(57)【要約】  本発明の実施形態は、概して、マクロ模様付き材料、及び該材料を輸送機関停止システムに関して使用する方法に関する。ある実施形態は、輸送機関を停止するために使用することのできる立体的に折った材料、ハニカム、格子構造、及びその他の周期性多孔材料構造を提供する。前記材料は、輸送機関からの圧力下において予測可能な潰れ方で確実に潰れる特性を備えるように設計され得る。前記材料は、所望の特性をもたらすために、様々な形状に形成され、様々な方法で組み合わされ得る。
2017510736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輸送機関停止システムであって、
予測可能な潰れ方で確実に潰れる材料で形成された複数のマクロ模様付き構造を備える輸送機関停止システム。
【請求項２】
前記マクロ模様付き構造は、立体的に折った構造を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記立体的に折った構造は、材料シートを一組又はそれ以上の組のローラーで押圧して、前記シート上に所望の隆起模様を形成することによって形成される請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記立体的に折った構造は、山形模様を備える請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記立体的に折った構造は、中間層によって分けられた１つ以上の構造を有する１つのブロックに結合される請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記マクロ模様付き構造は、それぞれの構造全体にわたって均一な幾何学的形状を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記マクロ模様付き構造が、１つ以上の外側パネルによって縁どられたハニカムセル構造を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記ハニカム構造は、約０．６３５〜１２．７ｃｍのセルサイズを備える請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記１つ以上の外側パネルは、１つ以上の切れ目又は切込みを備える請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ハニカム構造は、軸を有するセルを備え、前記セルの軸は停止ベッド面に対して非垂直に配置される請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記マクロ模様付き構造は、厚さが約０．００７６２〜０．０４０６４ｃｍの原材料を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記マクロ模様付き構造は、約０．７６２〜５．０８ｃｍの高さを備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記マクロ模様付き構造は、金属薄板、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、金属箔、プラスチック、紙、耐火紙、板紙、繊維板、波形材、ガラス繊維、強化複合体、銅繊維、強化複合材料、熱可塑性材料、セラミックス、セメント系材料、ポリマー、又はこれらの組み合わせを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
複数のマクロ模様付き構造から形成されたブロックを備え、前記ブロックの上面の前記マクロ模様付き構造は、前記ブロックの底面の前記マクロ模様付き構造より低い強度を有する請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記マクロ模様付き構造は、約３２．０３６９〜８００．９２３ｋｇ／ｍ３の範囲の密度と、０．２１０９２１〜７．０３０７ｋｇ／ｃｍ２の範囲の圧縮強度とを有する格子構造を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記マクロ模様付き構造は、約０．００２５４〜３．８１ｃｍの構成材の直径又は構成材の断面の特徴サイズを有する格子構造を備える請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
輸送機関停止システムであって、
互いに対して積層され、１つ以上の中間層によって分けられている立体的に折った構造として形成された複数のマクロ模様付き構造を備え、
前記構造の材料が、予測可能な潰れ方で確実に潰れる材料を含み、
前記マクロ模様付き構造は、厚さが約０．００７６２〜０．０４０６４ｃｍの原材料と、高さが約０．７６２〜３０．４８ｃｍの模様付き層とを備える輸送機関停止システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１４年３月３日に出願された「輸送機関停止システムのためのマクロ模様付き材料構造の使用」と題する米国仮出願第６１／９４７，１９４号による優先権を主張し、その開示内容全体を援用してここに組み入れる。
【０００２】
本開示の実施形態は、概して、マクロ模様付き材料、及びその材料を輸送機関停止システムに関連して使用する方法に関する。ある実施形態は、輸送機関を停止するために使用することのできる立体的に折った材料、ハニカム、格子構造、及びその他の周期性多孔材料構造を提供する。材料は、輸送機関からの圧力下において予測可能な潰れ方で確実に潰れる特性を有するように設計され得る。材料は、所望される特性をもたらすために、様々な形状に形成され、様々な方法で組み合わされ得る。
【背景技術】
【０００３】
航空機が滑走路末端を越えてオーバーランすることがあり得、実例もあり、乗員の怪我、及び航空機の破壊又は重度の損傷の可能性を高めている。このようなオーバーランは、最大、時速約１４８ｋｍ（８０ノット）の速度で航空機が走行する離陸中断時又は着陸中に発生している。オーバーランの危険性を最小限にするために、連邦航空局（ＦＡＡ）は、滑走路末端を越えて長さ約３０４．８ｍ（１０００フィート）の安全領域を有することを一般に要求している。現在、この安全領域がＦＡＡ基準であるが、国中の多くの滑走路が、この基準の採用以前に建設されていた。これらの滑走路は、水域、道路、又はその他の障害物により、約３０４．８ｍ（１０００フィート）のオーバーラン要件を順守することが経済的に困難であるような場所にあるかもしれない。
【０００４】
オーバーランが生じた状況における深刻な結果を緩和するために、滑走路を越えた位置における既存の土壌面を含むいくつかの材料が、航空機を減速させる能力に関して評価されてきた。しかし、土壌面は、移動している輸送機関（すなわち、航空機）を停止するための最良の解決策ではない。これは主に、土壌面の特性が予測不可能だからである。
【０００５】
調査された別のシステムが、輸送機関を停止するシステム又はその他の圧縮可能なシステムを提供している。この輸送機関を停止するシステム又はその他の圧縮可能なシステムは滑走路の末端に配置された材料又はバリアを含み、滑走路の末端から外れて走行している航空機車輪の圧力下で予測可能に且つ確実に潰れる（或いは変形する）。圧縮可能な低強度材料によりもたらされる抵抗力が、航空機を減速させて、航空機をオーバーラン領域の範囲内に停止させる。輸送機関停止システムの具体的な例は、特別設計材料停止システム（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ａｒｒｅｓｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＥＭＡＳ）と称され、現在では２００５年９月３０日付けの米国連邦航空局の勧告回状１５０／５２２０−２２Ｂ「航空機のオーバーランのための特別設計材料停止システム（ＥＭＡＳ）」に記載されているアメリカ合衆国の飛行場設計基準の一部である。ＥＭＡＳ及び滑走路の安全領域計画が、米国連邦航空局の指令５２００．８及び５２００．９により指導されている。
【０００６】
また、圧縮可能な（又は変形可能な）輸送機関停止システムを、例えば、航空機以外の輸送機関や物体を減速させるために、車道又は歩行者用通路（又はその他の場所）に設置してもよい。これらは、高速となり制御不能状態で疾走し、よって安全に停止させる必要のある自動車、列車、トラック、オートバイ、トラクタ、モペッド、自転車、ボート、又はその他の任意の輸送機関を安全に停止させるために使用され得る。
【０００７】
輸送機関を停止するために（特に、航空機の停止に関して）検討されてきたいくつかの具体的な材料は、フェノールフォーム、多孔セメント（気泡セメント）、発泡ガラス（気泡ガラス）、及び発泡化学結合リン酸塩セラミック（ＣＢＰＣ）を含む。これらの材料は、滑走路末端の停止装置ゾーン（アレスタゾーン）における浅いベッド（台状部）として形成されることができる。輸送機関が停止装置ゾーンに侵入すると、輸送機関の車輪は、ドラッグ荷重の増大を生じるように設計された材料内に沈み込む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、現在までに研究されてきた材料のいくつかを改良できよう。例えば、フェノールフォームは「反発」特性を有し、圧縮後にエネルギーの一部が戻ってくる点で不利となり得る。多孔性コンクリートは、変化しやすい原材料及び水和工程という固有の特性のために、密度特性と圧縮強度特性とが時間と共に変動するかもしれず、密度特性と圧縮強度特性とを製造中に維持することが困難となり得る。発泡ガラスは、均一性の制御が困難な場合がある。したって、輸送機関を停止するベッドのための改良された材料を開発することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、本書に記載されている発明の実施形態は、輸送機関からの圧力下において予測可能な潰れ方で確実に潰れる特性を有するように特別設計され得るマクロ模様付き材料又は構造を用いて、輸送機関停止システムを設計するためのシステムと方法を提供する。材料は、所望の特性をもたらすために、様々な形状に形成され、様々方法で組み合わされ得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、マクロ模様付き材料、具体的には、アルミニウム合金シート上の山形模様（シェブロン模様）における立体的に折った（３−Ｄ折り）構造の一実施形態の上面斜視図である。
【図２】図２は、異なるアルミニウム合金材上の山形模様における立体的に折った構造であるマクロ模様付き材料の一実施形態の上面斜視図である。
【図３】図３は、マクロ模様付き材料の別の実施形態の上面斜視図である。
【図４】図４は、折り目又は模様を材料シートに形成するために使用し得る機械の一実施形態の側面斜視図である。
【図５】図５Ａは、複数のマクロ模様付き材料構造で形成された複数のブロックを示し、図５Ｂは、複数のマクロ模様付き材料構造で形成された複数のブロックからなる１つのパネルを示す。
【図６】図６は、複数のマクロ模様付き材料構造で形成された１つのブロックを示す。
【図７】図７Ａ−７Ｈは、本開示の範囲内にある代替構造の形状を示す。
【図８】図８は、ハニカム模様の一実施形態を示す。
【図９】図９は、ハニカムコアの両側に外側パネルを有するハニカム模様の概略図である。
【図１０】図１０は、ハニカムサンドイッチパネルの一実施形態を示す。
【図１１】図１１は、切れ目を入れた外側パネルを有するハニカムサンドイッチパネルの一実施形態を示す。
【図１２】図１２Ａ及び１２Ｂは、異なる方向性のセル軸を有するハニカムの実施形態に接触している航空機の車輪の概略図である。
【図１３】図１３は、積層されたハニカムブロック又はパネルの概略図である。
【図１４】図１４は、１つのブロックを形成する様々な構造の間に配置され得る接着剤層の概略図である。
【図１５】図１５Ａ及び１５Ｂは、ハニカムコアとハニカムパネルの火災試験の結果を示す。
【図１６】図１６は、本開示の範囲内にある様々な種類の格子構造を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態は、輸送機関を停止させるのに有用となるように設計された材料を提供する。一態様では、材料はマクロ模様付き材料として提供される。ここで、「マクロ模様付き材料」又は「マクロ模様付き構造」という用語は、三次元（「３−Ｄ」）空間において反復する複数のユニットで形成された構造を意味するために用いられる。複数のユニットに含まれ得る各ユニットの最低限の特徴サイズは、約１ミリメートル以上である。材料又は構造は、立体的に折った（３−Ｄ折り）材料、格子構造、ハニカム構造、及びその他の任意の種類の周期性多孔構造を含み得る。
【００１２】
ここでは、「周期性多孔材料構造」は、周期性多孔金属（例えば、Ｈａｙｄｎ  Ｎ．Ｇ．Ｗａｄｌｅｙ，“Ｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ  ｐｅｒｉｏｄｉｃ  ｃｅｌｌｕｌａｒ  ｍｅｔａｌｓ”，  Ｐｈｉｌ．  Ｔｒａｎｓ．  Ｒ．  Ｓｏｃ．  Ａ  （２００６）  ３６４，３１−６８に記載されたもの）の構造と同様の構造を有する材料を参照するが、金属材料に限定されない。このような周期性多孔材料構造は、金属材料、セラミックス、プラスチック、紙、及びこれらの複合物、又はこれらの組み合わせを含む任意の実行可能な材料で作ることができる。さらに、上記に規定した特徴サイズを有する非周期性多孔材料も、マクロ模様付き材料及び構造の範囲に含まれる。
【００１３】
一例では、材料は三次元構造に折られる。これらの構造は、折る、押圧する、又はモザイク状に構成（多角形分割）する、又はその他の方法で特別設計することによって形成し得る。これらの材料は、いかなる数の任意の形状、構成、及び層にも形成することが可能である。他の実施形態では、材料は、格子構造、物又は点の幾何学的配置、ロッド（棒）、スティック（棒）、インフレータブル（膨張可能）構造、又は織り合わせ構造及び模様、ハニカム、及び折ったハニカムのようなその他の任意の構造として形成される。
【００１４】
ここに記載されるマクロ模様付き材料又は構造は、金属及びそれらの合金、箔、プラスチック、紙、関連材料、又はこれらの組み合わせで作ることができる。更なる選択肢を以下に記載する。このような材料又は構造は、輸送機関停止システムとしての使用向けに仕立てるとエネルギー吸収能力を示すように製造し得る。材料との相互作用時に輸送機関の車輪又はその他の輸送機関の構造からドラッグ力が発生することによって、移動している輸送機関の運動エネルギーを吸収することができ、その結果、輸送機関を減速又は停止させて、輸送機関への損傷を最低限に抑え、輸送機関の乗員に対する怪我を減らすことができる。様々な材料又は構造の幾何学的構成及び材料特性を変更することによって、異なる重量の移動している輸送機関を所定の範囲内に安全に停止させることができる。（停止され得る輸送機関は、自動車、トラック、自転車、着陸後又は離陸前の航空機などのような陸上の車輪付き移動システムを含む。）
【００１５】
輸送機関停止システムとは、航空機滑走路の末端又はその他の輸送機関安全領域に設置するためのシステムをいう。これらのシステムは、外付けのエネルギー吸収源となる。これらのシステムは、輸送機関の構造自体とは離されている。輸送機関停止システムは、概して、システムに侵入してくる輸送機関を安全に減速するのに効果的である。これらのシステムは、ベッド（台状部）、隆起バリア、滑走路上の、材料で充填される凸凹のある領域、又はその他の任意の適切なシステムとして提供されてもよい。開示される停止システムは、概して、ここに記載されるマクロ模様付き材料及び構造により組み立てられる。
【００１６】
材料及び構造は、破壊モードが所望の性能要件を満たすように特別設計し得る。例えば、輸送機関又は乗員に深刻な危険をもたらさないような制御された方法で力がかかると、材料中の小片が変形又は破壊される。材料は、概して、オーバーランした航空機の車輪が材料に貫入して航空機を停止させるための所望の特性を有するように特別設計される。いくつかの例では、材料は、「脆い」と見なされるかもしれない。加えて、連邦規則は、破壊又は圧潰した（潰れた）材料又は構造に由来する破片の大きさが、滑走路上に安全問題を引き起こさないほど十分に小さいことを命じる可能性がある。別の例では、材料及び構造が不燃性要件を満たすように特別設計又は処理され得る。
【００１７】
１つの特定の例では、平坦な材料シートを複雑な３−Ｄ構造に折ると、輸送機関を停止する際に役立つ強度と密度の比率をもたらすことが判明した。背景として、折った材料構造及びハニカムは、他の用途、例えば、騒音低減用の音響用途に、救済及び救援物資を空中投下する際にそれらを保護して衝撃力を低減するために（例えば、空中投下クッションとして）、弾性衝撃吸収体として、建物の骨組みとして、又は香水若しくはその他の壊れやすい品物を梱包するために開発され、使用されてきた。しかし、これらの使用の目標は、材料が衝撃に耐えて、粉々になったり壊れたりしないことである。それに対して、本願に記載される材料の所望される意図は、材料が、輸送機関を安全に停止させるために、輸送機関からの衝撃下において、制御された方法で確実に圧潰し（潰れ）、輸送機関の乗員の怪我及び輸送機関への損傷を最低限に抑えるように設計されているという点である。
【００１８】
ここに記載される構造を提供するために使用し得る１つの折り理論は、1枚の材料シートを３−Ｄ模様に折ることである。これによって、コア構造１０を作り出すことができ、その例は、図１〜３に示されている。コア構造１０は、一旦形成されると、以下に更に概説するように、所望の圧縮強度をもたらすために、多様な幾何学的形状及び構成及び模様を有する他のコア構造１０と組み合わせてもよい。
【００１９】
科学者は、平坦なシートから折ることができる反復した幾何学模様を生み出す数学理論を発展させてきた。このような理論は、広範で多様な模様を生み出し、それらすべての模様が本開示の範囲内であると見なされる。（これらの理論の多くは、Ｒｕｔｇｅｒｓ大学のＤ．Ｈ．Ｋｌｉｎｇ博士が先駆者となって開発され、Ｋｌｉｎｇ博士と彼のチームが公開した関連文献に概説されている。例えば、多様な構造用に異なる模様を作り出すプロセスは、Ｒｕｔｇｅｒｓ大学のＥ．Ａ．  ＥｌｓａｙｅｄとＢ．Ｂ．  Ｂａｓｉｌｙによる“Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｆｏｌｄｉｎｇ  Ｆｌａｔ  Ｓｈｅｅｔｓ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｉｎｔｏ  ３−Ｄ  Ｉｎｔｒｉｃａｔｅ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｅｓｉｇｎｓ”と題する論文に記載されており、その開示内容全体を援用してここに組み入れる。）
【００２０】
いかなる種類の折り技術も、ここに記載されたコア構造１０を形成するために使用されてよい。いくつかの例は、ローラーを用いた連続折り、金型を用いた個別折り、及び真空折りを含むがそれに限らない。可能な折りプロセスの一例を図４に示している。この例では、１枚の材料シート１２を、その上に隆起模様１６又はしわ模様をつけるためにローラー１４で押圧し得る。その後、隆起模様のついたシートを、追加の折り目や模様を作るための模様が刻まれた別の組のローラー、つまりクロス折りローラーに通して送ってもよい。より具体的には、シート１２は、連続する外周溝が形成された一組のローラーに通して送って、事前に折られてもよい。その後、事前に折ったシートを、特定の模様が刻まれた一組のクロス折りローラーに通して送ってもよい。この連続して折られたシートを所望の寸法に切断してもよい。いくつかの例では、特定の模様が山形状又は三角形の模様であり得る。形成された隆起模様１６は、図１〜３に示されるもののように山形模様であってもよい。山形模様は、概して、一連の入れ子式Ｖ字形外観をもたらし得る。他の例では、隆起模様が、図７Ａに示されるように、はめ合い面（ｍａｔｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ）（“ＭＳ”）模様であり得る。ＭＳ模様は、概して、複数のずれた三角形状表面をもたらす。他の例では、特定の模様が、箱模様又は城郭風模様（図７Ｂ及び７Ｃ）、湾曲又は正弦波状模様、（点ではなく）平坦面を有する山形（図７Ｄ）、反射（若しくは星状）面（図７Ｅ）、軸受面反射体（図７Ｆ）、又はその他の模様であり得る。付加的な限定されない例が、図７Ｇ及び７Ｈに示されている。他のいかなる模様も可能であり、それらは本開示の範囲内であると見なされる。可能な隆起面の他の例は、山形模様を含むがそれに限らない。他の模様は、ハニカム模様、及び所望のエネルギー吸収特性をもたらす他の任意の模様を含み得る。
【００２１】
別の例では、所望のモザイク細工ユニットを形成して設置することによって、金型を作り出し得る。ひとたび金型が形成されると、特定の寸法を有する１枚の材料シートを金型に対して押圧し、所望の折った形状を形成し得る。結果として得られる構造は、所望の折り模様を有している。
【００２２】
別の例では、１枚の材料シートを加熱して延ばしてもよい。この方法は、ポリマーシート、プラスチックシート、又は複合材料シートには特に有用である。その後、真空を適用し、所望の折り模様が刻まれた金型に打ち延ばし可能なシートを押しつけてもよい。これらの手法の組み合わせを用いてもよい。立体折りの方法、又は他の立体的に折った構造を形成する方法が可能であり、本開示の範囲内であると見なされる。
【００２３】
どのような隆起模様を使用すべきかを決定する際に検討する基準は、所望する衝撃強度、エネルギー吸収、圧潰強度、圧縮勾配、及びその他の任意の要素を含むがそれに限らない。材料は、所望するように改変されてもよい。例えば、特定の密度と耐食性を備えた材料を選定してもよく、特定の幾何学的形状と高さを有するように材料を形成してもよい。
【００２４】
最終的な材料及び選定される構造の特性は、特別設計を通じて調整し得る。変更は、原料シート材料、その厚さ、折り模様、及び模様の幾何学的形状に対して行い得る。特性と性能特徴を選定するためのデザインの柔軟性により、多様な用途向けの材料をより良く、且つより効果的に使用することができる。
【００２５】
例えば、材料シートは、金属薄板であり得る。材料シートは、箔、アルミニウム箔、銅箔、又はそれらの合金の箔のような金属箔であってもよい。材料シートは、板紙、繊維板、波形材、耐火紙のような紙、又はガラス繊維強化複合材料であってもよい。材料は、熱可塑性材料、その他のポリマー複合材料、ポリマー（ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレンを含むがそれに限らない）のようなプラスチック、又は、強化プラスチック若しくはその組み合わせのような複合材料であってもよい。材料は、強化複合体、炭素繊維、強化複合材料、セラミック、セメント系材料、又はこれらの組み合わせであってもよい。
【００２６】
材料は、上記材料のどのような組み合わせであってもよい。また、他の材料が可能であり、それらは本開示の範囲内であると見なされることが想定されている。膨張可能な材料について探究されてもよく、それらは本開示の範囲内であると見なされる。材料は、適切な圧力、熱、又はその他の手段を適用すると変形する、適切ないかなる材料であってもよい。原材料特性は、所望の圧潰強度をもたらすように選定されてよい。耐力、極限強度、熱処理歴、及び化学的安定性などのパラメータを検討してもよい。ある特定の例では、１１００シリーズのアルミニウム合金を試験して、多様な輸送機関停止用途において良好な性能を示した。
【００２７】
本発明者が特定した１つの概念は、構造（又は組み合わせた複数の構造）が確実に圧潰するには、選定した模様が、異方性が低く、全方位ではないにしてもほとんどの方角において、概ね均一であることが望ましいということである。コア構造１０は、その折り目及びその他の寸法が、構造１０の様々な断面にわたって概ね同様であるように形成し得る。
【００２８】
構造は、概して、積層され、又は、輸送機関停止システムを形成するより大きな構造に形成される。一例では、マクロ模様付き格子、ハニカム又は３−Ｄ構造をした材料が、その個々のピースで形成された１つの規定構造を備える１つの本体に形成される。設定量のマクロピース（いかなる形状でもよく、例えば、球体、折ったシート、ロッド、平坦パネル、ハニカムパネルなど）が配置されてもよい。これは、特定の本体を形成するために積層され、層に組み立てられ、ベッド内に配置される箱、立方体、又は他の選択肢であってもよい。それらは、反復模様が存在するように規定位置を有してもよい。この反復模様は、異なる方向に向けられた複数の積層構造によって形成されてもよい。別の例では、個々のピース又は構造は、離れていてもよく、また、接着剤で接着、溶接、連結、又はその他の任意の適切な手段によって固着されてもよい。要するに、組み立ては、概して無作為ではない。構造は、決して結合されないが、反復模様を作り出すように概して設計される。こうすることによって、多方向から確実に圧潰するシステムを提供する手助けをすることができる。
【００２９】
また、本発明者は、特定の厚さの材料であれば、輸送機関停止システムとしての使用が可能であることを測定した。一例では、折る前の材料の厚さが、約０．００７６２〜０．０４０６４ｃｍ（０．００３〜０．０１６ｉｎｃｈ）の範囲にあり得る。別の例では、折る前の材料の厚さが、約０．０１２７〜０．０３８１ｃｍ（０．００５〜０．０１５ｉｎｃｈ）であり得る。別の例では、折る前の材料の厚さが、約０．５ｍｍ未満、特に、約０．３ｍｍ未満であり得る。
【００３０】
一例では、折った材料上に形成される隆起模様１６の高さは、約０．７６２〜５．０８ｃｍ（０．３〜２ｉｎｃｈ）であり得る。特定の範囲は、約１．０１６〜２．５４ｃｍ又は３．８１ｃｍ（０．４〜１ｉｎｃｈ又は１．５ｉｎｃｈ）であり得る。この高さが、構造１０全体にわたって均一であるか、概ね一致することが、概して有益である。こうすることによって、構造のどの部分が衝撃を受けようとも、確実に構造を圧潰させることができる。均等に分布する模様を提供することにより、衝撃時における所望の圧潰信頼性を手助けすることができる。
【００３１】
上記に概説したように、形成された結果として得られる構造１０を、他の構造と積層して又は層状にして、コア構造の１つのブロック１８を形成し得る。コア構造の複数のブロック又はユニットの例は、図５及び６に示されている。コア構造のブロック１８は、同じ材料と、同じ又は類似する幾何学的形状とを備えた構造１０で形成し得る。別の例では、コア構造のブロック１８は、異なる材料と、同じ又は類似する幾何学的形状とを備えた構造で形成し得る。別の例では、コア構造のブロック１８は、同じ材料と、異なる幾何学的形状とを備えた構造で形成し得る。これらの特徴のいかなる組み合わせが使用されてもよい。上述したように、１つの特定の例は、コア構造のブロック１８の異方性が低くなるように、類似する幾何学的形状を備えた構造１０を提供する。
【００３２】
構造１０は、いかなる数の方向に層状にされてもよい。例えば、図５Ａに示される例では、構造が互いに重なり合って長手方向に積層され得る。別の実施形態では、構造は、図６に示されるように、垂直状の配置に整列され得る。図５Ａに示されるように、挿入層２０を積層された構造の各層の間に挿入してもよい。或いは、構造を直接互いに積層してもよい。更なる実施形態では、構造１０を捩って、又は巻いて円形ユニット又はブロックにし得る。他のいかなる構成の選択肢も可能であり、それらは本開示の範囲内であると見なされる。構造は、異なる上面層及び／又は底面層、異なる中間層を備えてもよく、また、層がすべて類似していてもよい。
【００３３】
一例では、層を形成する構造１０は、互いに接着剤で接着され得る。別の例では、層を形成する構造１０が互いに溶接され得る。別の例では、層を形成する構造１０は、（例えば、圧潰可能な不燃性材料を使用して）互いにセメント付けされ得る。中間層２０は、所定の場所に接着剤で接着及び／又は溶接され得る。折った構造１０の隙間領域に充填材（不図示）を組み込むことが可能である。充填材は、安定した圧潰可能で不燃性の材料を含み得るがそれに限られない。例えば、非常に軽量なセラミックフォームを含む。更なる例は、ルースパウダー、軟弱セラミックセメント、ゼリー、発泡体、各種の砂、これらの組み合わせ、及びその他任意の適切な選択肢を含む。充填材は、マクロ模様付き構造の空洞を満たすことができ、それによって、マクロ模様付き構造の性能を向上させ、及び／又は結果として得られる輸送機関停止システムの応答挙動を変更させ得る。
【００３４】
一特定の実施形態では、ブロック１８は、複数の折った層／構造１０を交互に２つの異なる方向に向けることによって形成され得る。これらの２つの方向は、互いに垂直であり得る。中間層である折られていない平坦シート２０を、構造１０の間に付加し得る。これは、（接着剤又はその他の接合手段で）ブロックユニット１８を構築する手助けとなる。一つの特定の態様では、ブロックユニット１８はそれぞれ、約８１．９３５ｃｍ３（５ｉｎｃｈ３）である。他の寸法が可能であり、それらは本開示の範囲内であると見なされる。例えば、ブロックは、大きさが約１６．３８７〜１９６．６４４ｃｍ３（１〜１２ｉｎｃｈ３）の範囲であってもよい。
【００３５】
これらのブロックユニット１８は、異方性の低い圧縮耐力強度を有することができる。例えば、異なる方向における強度の差が３０％未満であり得る。圧縮耐力強度の低異方性は、輸送機関を停止する際には望ましい。（輸送機関は、異なったあらゆる方向のうちの一方向からブロック１８に接近して接触することが予期される。）ブロックユニット１８は、次に、あるレベルに配置され、接着剤又はその他の接合手段で、折られていない表面シート２０と接合され得る。これらの中間層シート２０の、上面及び／又は底面は、約０．００７６２〜０．０４０６ｃｍ（０．００３〜０．０１６ｉｎｃｈ）の厚さを有し得る。一態様では、中間層２０の厚さは、折った構造１０を作るのに使用される当初のシートの厚さと同様でも、また異なってもよい。
【００３６】
異なるレベルの接合済みユニット又はブロック１８を更に接合し、上に１レベル付加して、より大きなブロックを形成することができる。これらのブロックは、形状が長方形、正方形、又はその他の任意の適切な寸法若しくは形状であってもよい。
【００３７】
図５Ａは、折った構造１０、折られていない中間層２０、上面層２２（折られていない）、底面層２４（折られていない）、及び接着剤で構築された複数のユニット１８を示す。この例では、各ユニット１８は、概ね立方体の形状をしており、折った２つの隣接する構造１０層のいずれの間にも、１つ以上の平坦な層間の又は中間の層２０を備えている。折った構造１０の層の向きは、前述したように、２つの互いに垂直な方向における同じ強度を達成するために、交互にされていた。材料は、異なる方向において異なる強度を有し得るので、層の向きを交互にすることによって強度の差異を低減するのが望ましいであろう。折った構造の層の高さも、試験により決定され、横方向と垂直方向間の強度の差異を最小限に抑えるために、適切な折り工具を選定して使用することによって達成される。原材料シートの厚さ、シートの材料、折り目の高さ、層間の厚さのようなパラメータ、及びその他のパラメータを調節して、所望の材料強度及び異なる方向における低減された強度異方性を獲得することが、達成可能である。例えば、ある範囲の折った層は、約０．７６２〜３．８１ｃｍ（０．３〜１．５ｉｎｃｈ）であり得る。
【００３８】
図５Ｂは、３６個の立方体ユニット１８で作られた、より大きなブロック２６を示し、各立方体ユニット１８は、１２．７ｃｍ×１２．７ｃｍ×１２．７ｃｍ（５ｉｎｃｈ×５ｉｎｃｈ×５ｉｎｃｈ）の立方体１８である。この例では、立方体１８を接合するために接着剤が使用されている。加えて、表面シート２８が、２つのレベルの立方体ユニット１８の上面及び底面に接合されている。２つのレベルの立方体１８の間には、２つのレベルの立方体ユニットを一緒に接合するために使用されている大きい平坦シート３０もある。大きい表面シート２８、及び２つのレベルの立方体の間の大きい平坦シート３０は別として、隣接する立方体ユニット１８の間には、追加の接合は一切使用されなかった。しかし、所望されるならば、接着剤又はその他の固定材料を使用してもよいことが理解されるべきである。より高いブロック２６は、隣接するレベル間に更なるレベルと平坦シート３０とを付加することによって形成し得る。ブロック２６に使用されるユニット１８の高さ及びその他の態様は、同じである必要はないことが理解されるべきである。例えば、異なる材料、異なる幾何学的形状、及び異なるデザインのブロックを使用してもよい。しかし、類似する材料、幾何学的形状、及びデザインのブロック１８を使用する１つの利点は、形成されるより大きなブロック２６の異方性が低く、そのようなブロックは、確実に且つ予測可能に圧潰し得るという点である。
【００３９】
図６は、図５Ａ及び５Ｂに示されるように複数の構造１０が水平に配置された場合よりも、各中間層の間に一層大きなスペースができるように、複数の構造１０が互いに対して垂直に配置された実施形態を示す。
【００４０】
表面シート２８及び平坦シート３０の厚さは、異なる圧潰プロファイルをもたらすために変えられてもよいことが理解されるべきである。これにより、ユニット１８又はより大きいブロック２６を、様々な性能要件を満たすように、例えば、所望の垂直強度が高さに伴って変わるように設計することができる。より大きなブロック２６を構築するために特定の大きさのユニット１８を使用して、ブロック２６におけるユニット１８間の接合を制御するという概念は、輸送機関を停止中の良好な破壊モードを確実にする手助けとなり得る。
【００４１】
示された例では、山形模様を試験した。この模様は、輸送機関停止システムにおいて、意図された用途としての良好なエネルギー吸収特徴を示す試験結果をもたらすことが判明したが、他の模様を使用してもよく、それらは本開示の範囲内であると見なされることが理解されるべきである。
【００４２】
他の実施形態では、マクロ模様付き材料が、格子構造、ハニカム、折ったハニカム、又はその他の周期性多孔構造として形成され得る。例えば、ハニカム構造３２は、２つの外側パネル３６の間に挟まれているハニカム状のセル構造３４として形成され得る。ハニカムセル構造３４は、図８に例示されている。セルの大きさは、約０．６３５〜２．５４ｃｍ（１／４〜１ｉｎｃｈ）の範囲であり得る。使用される材料に応じて、セルの大きさを更に大きくすることが可能である。セルの種類は、長方形、六角形、又はその他の任意の適切な形状であってよい。ハニカムコア構造は、一般的に、一次元で耐荷重能力を有し、力学特性において極度に異方性を有する。しかし、特別設計を通して（例えば、最終ハニカム構造が異なる方向からの荷重に耐えることができるように、表面パネルを付加してコアの高さを調節することにより、又は折ったハニカム構造を用いることにより）、材料の異方性を低くすることができる。
【００４３】
セル軸は、異なる方向に対して同じような圧潰強度を有するように設計、又は方向付けし得る。一例では、ハニカム状のセル構造３４の材料は、アルミニウム又はその他金属合金のような金属又は合金のシート又は箔であり得る。材料はプラスチックでもよい。材料は、紙、例えば、アラミド紙、板紙、又はその他の選択肢であってもよい。材料は、セラミックス、セメント系材料、複合材料、これらの組み合わせ、又は所望の圧潰性の側面を有し得る他の適切な材料であってもよい。
【００４４】
外側パネル３６を有するハニカム構造３２の概略例が、図９に例示されている。ハニカム構造３２の実例は、図１０に示されている。外側パネル３６は、セル構造３４と同じ又は異なる材料で作られてもよい。外側パネル３６は、より強固なパネルを提供するハニカム構造３２の「外皮」となる。
【００４５】
材料の標準寸法及び／又は材料の厚さは、結果として得られる構造の所望する圧潰性をもたらすように最適化し得る。例えば、材料の標準寸法は、薄いアルミ箔の厚さから金属の硬いシートの範囲であり得る。組み立てられたハニカムパネルの厚さは、高さＨが約０．６３５〜１０１．６ｃｍ（１／４〜４０ｉｎｃｈ）の範囲であり得る。ある特定の実施形態では、パネルは、高さが約６０．９６ｃｍ（２４ｉｎｃｈ）である。別の実施形態では、複数のパネルで組み立てられたブロックの高さが、最高約１０１．６ｃｍ（４０ｉｎｃｈ）である。高さは、必要に応じて変更することができ、１０１．６ｃｍ（４０ｉｎｃｈ）より高い高さが可能であることが理解されるべきである。
【００４６】
図１１に示されるように、外側パネル３６は、切れ目を入れてもよく、又はパネル３６の外皮に作られた１つ又はそれ以上の切込み３８を有してもよい。これは、構造３２の、若しくは組み合わせた構造３２としてのエネルギー吸収特徴を高める手助けとなる。切れ目３８は、示されるように概ね平行であっても、また無作為若しくは様々な方向であってもよい。切れ目又は切込みは、試験において所望のドラッグ荷重をもたらすことが示された。
【００４７】
図１２は、セル軸４０の方向に対する様々な選択肢を示す。図１２Ａでは、セル軸４０が２２度の角度をなしている。図１２Ｂでは、セル軸４０は４５度の角度をなしている。試験は、９０度（垂直なセル軸）、４５度、及び２２度で行った。特定の試験条件下では、４５度が良好に作用することが判明した。しかし、輸送機関の車輪の予想される係合角度に応じて、他の角度が使用されてもよい。科学文献は、強度をセル軸の角度の関数として確立してきた。ハニカム構造３２の強度は、セル軸４０の関数であり得ることが判明した。これらの例では、ハニカム構造３２は、任意の適切な手段を介してベースパネルＢに固定し得る。一例では、接着剤を介してベースパネルＢに固定し得る。１つ又はそれ以上のハニカム構造３２が端と端を接して配置されてもよい。
【００４８】
別の例において、図１３は、複数のハニカム構造３２が積層されて組み合わされた構造４２が形成されることを示す。この例では、構造３２は、滑走路に沿って遠くなるほど隆起した領域を作り出すように積層し得る。一つの側面では、積層されたハニカム構造３２が、類似する強度を備えるように設計され得る。別の側面では、積層されたハニカム構造３２は、異なる強度を有するように設計され得る。例えば、より軽い航空機の停止用には、上面に、より弱いハニカム構造３２Ａを設けてもよい。より強いハニカムパネル３２Ｂは、底面又は下部層として設けてもよい。すべての層は、１つ又はそれ以上の接着剤層４２を介して互いに接着剤で接着、又は他の方法で接着することができる。
【００４９】
図１５は、一連の火災試験結果を示す。図１５Ａは、パネルのないハニカムセル構造３４を示す。図１５Ｂは、パネル３６が固定された図１５Ａの構造３４を示す。これらの結果は、ハニカム構造３２が所望の耐火性をもたらすことを示す。しかし、パネルに、例えば、テンプロテックス（Ｔｅｍｐｒｏｔｅｘ（登録商標））又はその他の耐火材料若しくは耐食材料のコーティングのような更なる耐火コーティングを施すことが可能である。
【００５０】
本開示に従って使用し得るマクロ模様付き材料の別の例は、層状にプリント（造形）される３−Ｄプリントされた材料である。所望のマクロ模様付き材料の形状をコンピュータで生成し、その後、任意の適切な材料を使用してプリントし得る。追加材料を３Ｄプリントオプションに使用可能であろう。例えば、砂又は軽石の粉を（適切な結合剤と組み合わせることにより）所望の形にプリントし得る。使用される材料は、移動している航空機の車輪が材料を圧潰、さもなくば変形させるような、上述の圧潰パラメータを概して有するべきである。
【００５１】
本開示に従って使用し得るマクロ模様付き材料の更なる例は、１つの構造を形成するために様々な点で互いに接続された複数のスティックによって形成された格子材料である。そのような格子型構造の限定されない例が、図１６に示されている。
【００５２】
格子構造の材料特性は、格子構造自体、原材料、又は材料構成材の大きさを変更することによって調整することができる。変更は、スティックの長さ、幅又は直径、接合点での接合強度、並びにその他のパラメータに対しても行い得る。例えば、圧縮強度は、輸送機関停止システム用途の特定の要件に応じて、約０．２１０９２１〜７．０３０７ｋｇ／ｃｍ２（３〜１００ｐｓｉ）に制御し得る。例えば、密度は、約３２．０３６９〜８００．９２３ｋｇ／ｍ３（２〜５０ｐｃｆ）の範囲であり得る。例えば、格子構造は、約０．００２５４〜３．８１ｃｍ（０．００１〜１．５ｉｎｃｈ）までの構成材直径又は構成材断面特徴サイズを有し得る。可能な格子構造の一例は、格子トラス構造である。
【００５３】
輸送機関停止システムが、上述の立体的に折った材料から作られるか、あるいは、ハニカム構造から作られるかにかかわらず、マクロ模様付き材料は、異なる層が異なるレベルの圧潰性を備えるように積層し得る。一例では、コア構造を、構造の異なるレベルで圧潰性を異ならせるように配置し得る。例えば、外側層は、構造への損傷の多くが外側で発生するように、内側層より容易に圧潰してもよい。別の例として、より大きなドラッグ荷重を生み出すように、外側パネル又は層に、より大きな又は深い切れ目を入れてもよい。別の例として、システムの外側層を、同じシステムにおける下方の材料とは異なる強度を有する材料からなる異なる層で形成してもよい。これらのパラメータを最適に組み合わせると、輸送機関停止システムとして最大限の有効性がもたらされるであろう。これらの特徴は、異なる空港要件、滑走路のサイズ、及び／又は安全に停止させる航空機の予想されるサイズに合わせて調整され得る。
【００５４】
結果として得られる構造及びその構造から形成されるブロック体は、滑走路又は道路の端に配置することのできるパネル、ブロック、ベッド、又はいかなる構造に形成し得る。結果として得られる輸送機関停止システムは、任意の適切な方法で固定し得る。結果として得られる輸送機関停止システムを、そのような目的のために、いかなる材料で覆っても、又はコーティングしてもよい。
【００５５】
以上に記載し且つ図面に示した構造及び方法に対する変更及び改変、追加及び削除は、本開示の範囲若しくは主旨、又は以下の特許請求の範囲から逸脱することなく行われ得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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