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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5939488
(24)【登録日】2016年5月27日
(45)【発行日】2016年6月22日
(54)【発明の名称】中央ウィングボックスの製造方法
(51)【国際特許分類】
B64C 3/18 20060101AFI20160609BHJP
【ＦＩ】
B64C3/18
【請求項の数】9
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2013-517442(P2013-517442)
(86)(22)【出願日】2011年6月24日
(65)【公表番号】特表2013-530873(P2013-530873A)
(43)【公表日】2013年8月1日
(86)【国際出願番号】FR2011051467
(87)【国際公開番号】WO2012004490
(87)【国際公開日】20120112
【審査請求日】2014年5月30日
(31)【優先権主張番号】1055615
(32)【優先日】2010年7月9日
(33)【優先権主張国】FR
(73)【特許権者】
【識別番号】509323440
【氏名又は名称】エアバス オペレイションズ エスエーエス
(74)【代理人】
【識別番号】100091683
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄
(74)【代理人】
【識別番号】100179316
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 寛奈
(72)【発明者】
【氏名】ブロット，フィリッペ
(72)【発明者】
【氏名】コルマグロ，ジェロメ
(72)【発明者】
【氏名】ソウラ，デニス
(72)【発明者】
【氏名】ギレマウト，ジュリエン
(72)【発明者】
【氏名】レ ヘテト，トーマス
(72)【発明者】
【氏名】ギッタード，ドミニク
【審査官】
畔津 圭介
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許第０３６０７５０４（ＵＳ，Ａ）
【文献】
特表２００９−５１３３９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｂ６４Ｃ ３／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上部パネル（３２）と、下部パネル（３４）と、前部スパー（３６）と、後部スパー（３８）とを有する中央ウィングボックスを製造するための方法であって、Ｙ軸に対して平行な前記スパー（３６、３８）の上縁が前記上部パネル（３２）によって接続され、前記Ｙ軸に対して平行な前記スパー（３６、３８）の下縁が前記下部パネル（３４）によって接続される方法において、
少なくとも１つのパネル及び少なくとも１つのスパーをワンピースの複合材料から製造することからなり、
前記中央ウィングボックスは内表面の領域においてＹ軸に平行な複数の補強材（４０、４２）を備え、
前記補強材（４０、４２）は取り外し可能なマンドレル（５８）を受容するように、隣接する２つのアームと1つのベースを備えるＵ字形の断面形状を有することにより、各取り外し可能なマンドレル（５８）を主マンドレル（５６）に接合させ、次に前記主マンドレル(５６)のＹ軸の周りに少なくとも１つの繊維強化材（４４）を巻き付けることを特徴とする方法。
少なくとも１つのパネル及び少なくとも１つのスパーをワンピースの複合材料から製造することからなり、
前記中央ウィングボックスは内表面の領域においてＹ軸に平行な複数の補強材（４０、４２）を備え、
前記補強材（４０、４２）は取り外し可能なマンドレル（５８）を受容するように、隣接する２つのアームと1つのベースを備えるＵ字形の断面形状を有することにより、各取り外し可能なマンドレル（５８）を主マンドレル（５６）に接合させ、次に前記主マンドレル(５６)のＹ軸の周りに少なくとも１つの繊維強化材（４４）を巻き付けることを特徴とする方法。
【請求項2】
前記２つのパネル及び前記２つのスパーがワンピースで製造されることを特徴とする、請求項１に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
【請求項3】
前記主マンドレル（５６）と前記取り外し可能なマンドレル（５８）で構成されるマンドレル（４６）は、マンドレル（４６）上に前記Ｙ軸を中心に少なくとも１つの繊維強化材（４４）を巻き付けることによって製造されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
【請求項4】
前記マンドレル（４６）又は前記主マンドレル（５６）は、それ自体が物質を透過させない漏れ防止性を有し、
前記中央ウィンドボックスは、スリーブ状の漏れ防止性を有するブラダー（６２）により覆われ、
前記ブラダー（６２）が、前記マンドレル（４６）又は前記主マンドレル（５６）と共に機密シールされた空間を画定することを可能にするために、
前記主マンドレル（５６）は、前記ブラダー（６２）と接触するための表面を提供するように、前記Ｙ軸方向に前記中央ウィンドボックスの長さより大きな長さを有することにより、前記中央ウィンドボックスの両側に延在することを特徴とする、請求項1又は３に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
前記中央ウィンドボックスは、スリーブ状の漏れ防止性を有するブラダー（６２）により覆われ、
前記ブラダー（６２）が、前記マンドレル（４６）又は前記主マンドレル（５６）と共に機密シールされた空間を画定することを可能にするために、
前記主マンドレル（５６）は、前記ブラダー（６２）と接触するための表面を提供するように、前記Ｙ軸方向に前記中央ウィンドボックスの長さより大きな長さを有することにより、前記中央ウィンドボックスの両側に延在することを特徴とする、請求項1又は３に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
【請求項5】
前記中央ウィングボックスを形成する繊維要素と前記ブラダー（６２）との間に、前記Ｙ軸に平行な回転軸に沿った２つのプレート部分の相対的な回転運動を許容するために、関節型継手によって接続された少なくとも前記２つのプレート部分を備える少なくとも１つの平滑化プレートを配置することからなることを特徴とする、請求項４に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
【請求項6】
前記マンドレル（４６）が、前記中央ウィングボックスを構成する前記繊維強化材を締固める間に前記マンドレル（４６）の周囲の長さを大きくするように、少なくとも１つの曲率半径の領域で膨張するための手段（６６）を備えることを特徴とする、請求項３〜５のうちいずれか一項に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
【請求項7】
前記Ｙ軸に対して９０°で配置された繊維強化材（４４）が、パネルとスパーとを接続するゾーンの近くで切断されることを特徴とする、請求項３〜６のうちいずれか一項に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
【請求項8】
切断部（７０）の両側に配置された繊維強化材（４４）の部分（６８、６８’）が、前記繊維強化材（４４）を位置決めする間に重ね合わせられ、締固め後に、前記部分（６８、６８’）が端から端に再び位置決めされるように、前記重なりの長さが調整されることを特徴とする、請求項７に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
【請求項9】
曲率半径の前記領域において、前記重なりが、前記切断部（７０）を分布させるように、一方のプライから他方のプライまでオフセットされることを特徴とする、請求項８に記載の中央ウィングボックスを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、中央ウィングボックスを製造するための方法に関する。
【背景技術】
【0002】
図１に示したように、航空機の構造体は、２つのサブアセンブリ、一方で胴体１０、他方で翼１２を備え、これらは中央ウィングボックスとして公知のボックス構造体１４によって連結される。
【0003】
図２に示したように、中央ウィングボックス１４は、一方で２つのパネル、上部パネル１６及び下部パネル１８、他方で最小の２つのスパー、前部スパー２０及び後部スパー２２を備える。
【0004】
公知の方法において、これらの４つの要素は別個に製造され、次に、図２、図３Ａ及び図３Ｂに示したように、アングル部材のような中間部品２４を使用して、及び／又は図３Ｂ及び図３Ｃに示したように、縁部フランジタイプのパネル又はスパーのレベルの軽量の延長部２６を介して互いに接続される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
すべての場合において、スパー当たり少なくとも２つの継手、すなわち中央ウィングボックス１４用に少なくとも４つの継手を設けることが必要である。
【0006】
金属部品の場合、各々の継手は、組み立てるべき２つの要素の位置決め段階、例えばピンニングによる前組立段階、ドリル／穿孔段階、削り屑を洗い落とす段階、及び固定のための複数列のリベット接合の段階を必要とする。
【0007】
これらの操作は長く、ボックスのコストに相当の影響を及ぼす。
【0008】
複合材料から製造されるパネル及びスパーの場合、製造方法は、金属要素と同一のステップを含むが、ドリル加工段階は、剥離の危険性のためさらに長くなり、かつさらに難しくなる。
【0009】
複合材料に関連する他の問題によれば、組み立てるべき部品の間の間隙は、残余の曲げ応力なしに組立を可能にする部品間の接触を達成するために３／１０ｍｍ未満であるべきである。この応力は、特に接触面の領域において、組み立てるべき部品の製造方法の完全な制御を必要とする。
【0010】
しかし、接触公差内にあるために、組み立てるべき２つの部品の間に押し込み樹脂を間挿することからなる追加のステップを設けることがかなりしばしば必要である。
【0011】
この操作は長いが、この理由は、樹脂を堆積した後に、樹脂の厚さを較正するために部品を一時的に組み立て、次に樹脂を乾燥するために分解しなければならないからである。最後の組立は樹脂の乾燥後にのみ実行される。
【0012】
他の観点によれば、組み立てるべき部品の縁部において、リベット接合による組立は、大きな局所応力を生じ、余分の厚さが必要となる。複合材料の場合、これらの余分の厚さは、繊維強化材の配向が最適でなければならないのでより重要である。当然、これらの余分の厚さはペイロードを増大させる。
【0013】
同様に、本発明は、製造時間の短縮を可能にする複合材料から製造されるウィングボックスの製造方法を提案することによって従来技術の欠点を解決しようと努める。
【0014】
他の目的によれば、本発明は、中央ウィングボックスの外表面に関する欠陥を制限することに関する。
【課題を解決するための手段】
【0015】
このため、本発明は、上部パネルと、下部パネルと、前部スパーと、後部スパーとを有する中央ウィングボックスを製造するための方法であって、Ｙ軸に対してほぼ平行の前記スパーの上縁が上部パネルによって接続され、Ｙ軸に対してほぼ平行の前記スパーの下縁が下部パネルによって接続される方法において、少なくとも１つのパネル及び少なくとも１つのスパーをワンピースの複合材料から製造することからなることを特徴とする方法に関する。
【0016】
他の特徴及び利点は、添付図面に関して純粋に一例として与えられる本発明の次の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】航空機の中央セクションの斜視図である。
【図2】従来技術による中央ウィングボックスの斜視図である。
【図3A】従来技術による組立のための異なる実施形態の図面である。
【図3B】従来技術による組立のための異なる実施形態の図面である。
【図3C】従来技術による組立のための異なる実施形態の図面である。
【図4】本発明の実施形態による中央ウィングボックスの一部の外部の斜視図である。
【図6】本発明の他の実施形態による中央ウィングボックスの正面図である。
【図8】本発明の中央ウィングボックスの他の実施形態の斜視図である。
【図12】本発明による中央ウィングボックスを得るようにマンドレルにおける繊維強化材の配置を保証する装置の斜視図である。
【図13】本発明による中央ウィングボックスを製造するためのマンドレルの断面図である。
【図14】マンドレルにおける漏れ防止スリーブの位置決めを可能にする装置を示した側面図である。
【図15】繊維強化材を締固める前に中央ウィングボックスのパネルとスパーとを接続するゾーンの断面図である。
【図17】締固める前に中央ウィングボックスのパネルとスパーとを接続するゾーン領域の繊維強化材の配置を示している断面図である。
【図18】締固めた後に中央ウィングボックスのパネルとスパーとを接続するゾーン領域の繊維強化材の配置を示している断面図ある。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下の説明では、長手方向軸（Ｘ軸としても公知）は、航空機の前部先端から後部円錐に延在する軸に対応することが考えられる。横断面は、Ｙ軸（航空機が地上にあるときに水平）と、Ｚ軸（航空機が地上にあるときに垂直）とを含む長手方向軸に対して直角の面に対応する。
【0019】
図８に示したように、中央ウィングボックス３０は、上部パネル３２と、下部パネル３４と、前部スパー３６と、後部スパー３８とを含む。スパー３６及び３８は、実質的に平坦であり、ほぼ横断面に配置される。これらのスパーは間隔が空けられ、Ｙ軸に対してほぼ平行であるそれらの上縁は、上部パネル３２によって接続され、一方、Ｙ軸に対してほぼ平行であるそれらの下縁は、下部パネル３４によって接続される。
【0020】
パネル３２及び３４は、一般に平坦でなく、僅かに凸状である。
【0021】
ボックスの軸はＹ軸に対応する。スパー又はパネルの内表面は、他方のパネル又はスパーに向かって配向された前記パネル又は前記スパーの表面に対応し、外表面は内表面に対向する表面である。
【0022】
パネル及びスパーは、同様の方法では装填されない。したがって、パネル３２及び３４は、Ｙ軸に沿った圧縮力及び伸張力に耐え、平面ＸＺの曲げ力に耐える。
【0023】
これらの高い負荷を吸収するために、パネル３２、３４は、それらの内表面の領域のＹ軸に対して平行の補強材４０を備える。
【0024】
スパーは、Ｙ軸に沿った圧縮力及び伸張力を受け、平面ＸＺに含まれる方向の剪断力を受ける。
【0025】
有利に、スパーの内表面の領域で、スパー３６、３８はＹ軸に対して平行の補強材４２を備える。
【0026】
本発明によれば、中央ウィングボックス３０は、少なくとも１つのパネルと、ワンピースの複合材料から製造された少なくとも１つのスパーとを備える。
【0027】
図４及び図５に示した実施形態によれば、中央ウィングボックス３０は２つのサブアセンブリを備え、それらの各々は、複合材料からワンピースで製造されたパネル及びスパーを有し、２つのサブアセンブリは２つの境界面によって互いに接続される。したがって、第１のサブアセンブリのスパーは、第２のサブアセンブリのパネルとの境界面によって接続され、他方、第２のサブアセンブリのスパーは、第１のサブアセンブリのパネルとの境界面によって接続される。場合に応じて、境界面は、例えばアングル部材のような別個の要素の形態を取り得るか、あるいはスパー内に又はパネル、例えば縁部フランジ内に組み込まれる要素の形態を取ることが可能である。
【0028】
１つの操作モードによれば、２つのサブアセンブリは、モールドに配置された乾燥したプレフォームから得られ、鋳型には液体樹脂が射出され、次に鋳型全体が少なくとも部分的に重合される。第１の実施形態によれば、２つのサブアセンブリは互いに独立して完全に重合され、次に従来技術と同一の境界面により組み立てられる。他の実施形態によれば、２つのサブアセンブリは部分的に重合され、次に、完全に重合される前にハーフベイク状態で組み立てられる。このアセンブリは、後に詳述するように相補的な繊維強化材の巻きを有するマンドレルで製造することができる。
【0029】
したがって、本発明によれば、各々のスパーは、多くても１つの境界面を備える。この解決方法により、組み立てるべき部品数の低減を考慮して組立時間を低減することが可能である。
【0030】
この実施形態によれば、補強材４２をスパーの外表面に配置することができる。
【0032】
この解決方法は、すべての境界面を排除する利点、したがって、スパーが境界面を備えないので、組立時間をさらに低減する利点を有する。
【0033】
他の態様によれば、この解決方法はまた、縁部フランジの場合におけるような２つの要素の間の接合を保証するための（図７に示したような）オーバーラップゾーンを含まないことによって、あるいは、リベットのような固定手段の場合に局所的な力を吸収するために必要な余分の厚さのゾーンを設けないことによってペイロードを低減する利点を有する。
【0034】
本発明の１つの特徴によれば、中央ウィングボックス３０は、少なくとも１つの繊維強化材４４をマンドレル４６のＹ軸（ボックスの軸に対応する）を中心に巻き付けることによって得られる。
【0035】
巻き付けは、マンドレル４６と前記繊維強化材４４を堆積するための手段との間のＹ軸を中心とする相対的な回転運動から行われる。場合に応じて、マンドレルはＹ軸を中心に旋回することができ、及び／又は堆積手段がＹ軸を中心に旋回することができる。
【0036】
「繊維強化材」とは、少なくとも１つの繊維、１つの繊維アセンブリ又は１つ又は複数のミニシートの繊維（１５ｍｍ未満の幅を有する）を意味すると理解される。
【0037】
一例として、マンドレルに堆積するための操作の過程で、いくつかの繊維強化材が同時に堆積される（例えば３２まで）。これらの繊維強化材は互いに独立しているので、二つの曲率半径を有する表面にそれらを堆積することが可能である。
【0038】
「巻き付け」とは、繊維強化材４４が少なくとも１つのスパー及び１つのパネルの上方に、かつＹ軸と交差する平面に含まれる方向に沿って延在することを意味すると理解される。
【0039】
中央ボックスの製造は、Ｙ軸に沿った繊維シートの堆積及び／又は繊維強化材の堆積、及びＹ軸を中心に繊維強化材４４を巻き付けることから行われる。
【0040】
場合に応じて、シート及び繊維強化材は、乾燥しているか又は予め含浸されてもよい。
【0041】
パネルに関して、力の吸収を保証するために、繊維強化材の大部分はＹ軸に対して平行に配向される。スパーに関し、スパーは、剪断応力に耐えるために、Ｙ軸に対してある程度平行に、またある程度＋／−４５°の配向に従って配向される。
【0042】
Ｙ軸と交差する平面に含まれる方向に沿った繊維強化材は、パネル及びスパーの凝集を保証するために設けられる。
【0043】
パネルの領域のＹ軸の方向に沿ったあるプライを停止して、スパーの領域で他の方向を有するプライで置き換えることができるであろう。
【0044】
しかし、Ｙ軸と交差する平面の方向を有する補強材は、中央ウィングボックスの抵抗及び凝集を保証するために主に連続的であろう。
【0045】
繊維要素の製造及び堆積のために、ストリップの堆積のために、特にＹ軸に沿った堆積のために機械を使用することができ、及び／又は機械４７（図１２に見ることができる）を、繊維の堆積のために、特に、例えば９０°でまた＋／−４５°で、Ｙ軸と交差する平面の方向にマンドレルの周りを巻き付けるために使用することができる。
【0046】
一実施形態として、特にＹ方向に高重量の繊維を堆積するために機械を使用することができ、軽量の繊維を堆積するために、例えば９０°でまた＋／−４５°で、特にＹ軸と交差する平面の方向にマンドレルの周りを巻き付けるために機械を使用することができる。
【0047】
マンドレル４６は、中央ウィングボックスの内表面を構造化するための形状を有する。
【0048】
図９〜図１１に示した実施形態によれば、補強材４０及び４２は、２つのアームを有するＵ字形の断面と、パネル又はスパーの内表面に対して平坦に配置できるベースとを有するプロファイル４８から製造される。プロファイルは、２つの隣接プロファイルの取り付けられた２つのアームが補強材を形成するように互いに取り付けられる。
【0049】
パネルとスパーとを接続するゾーンに近い補強材は、Ｌ字形のベース５４によって接続された２つのアーム５２を備える図１１に示したプロファイル５０から得ることができる。
【0050】
ネイルヘッドとして公知の要素は、２つのプロファイル４８、５０が取り付けられるときに現れる間隙に配置することが可能である。
【0052】
中央ウィングボックスが、Ｙ軸に対して平行の補強材４０及び４２を備える場合、マンドレル４６は、図１３に示したように、いくつかの部分と、主マンドレル５６と、以下に取り外し可能なマンドレル５８として知られる取り外し可能な部分とを備えることが有利である。取り外し可能なマンドレルは、任意の適切な手段、例えば固定キー６０によって主マンドレルに保持される。
【0053】
１つの操作モードによれば、プロファイルは、接続（例えば溶接又は接着による）が補強材とパネル又はスパーとの間で制御される場合、熱可塑性マトリックスを有する複合材料から得ることができる。
【0054】
他の操作モードによれば、プロファイル４８、５０は、予め含浸した繊維質材料から製造することが可能であり、取り外し可能なマンドレル５８の上方でドレープ成形される。有利に、プロファイル４８、５０は、前記プロファイル４８、５０の引き続く寸法変化を制限するように部分的に重合される。
【0055】
次に、プロファイル４８、５０が配置される取り外し可能なマンドレル５８は、主マンドレル５６に取り付けられる。最後に、パネル及び補強材を形成する繊維強化材はドレープ成形されて、補強材４８及び５０に直接巻き付けられる。
【0056】
繊維性要素の堆積後、アセンブリは、排出システムによって、及びブラダー６２と称される公知の漏れ防止のスリーブによって覆われる。
【0057】
有利に、主マンドレル５６は漏れ防止性を有し、中央ウィングボックスの長さよりも大きな長さを有し、ブラダー６２と接触するための両側の表面を提供するために、中央ウィングボックスの両側で延在する。この構成により、漏れの危険性、したがって重合後の材料の欠陥の危険性を低減することが可能である。
【0058】
第１の実施形態によれば、プロファイル、スパー及びパネルは予め含浸した繊維性要素から製造される。
【0059】
他の実施形態によれば、それらは乾燥した繊維性要素から製造される。この場合、樹脂は、漏れ防止の主マンドレル５６とブラダー６２とによって境界付けられた空間内に射出されるか又は注入される。
【0060】
ブラダー６２は、図１４に示した堆積ヘッド６４を用いて取り付けることができ、この堆積ヘッドにより、ブラダー６２を主マンドレル、取り外し可能なマンドレル、補強材、パネル及びスパーからなるアセンブリの上に巻き付けることが可能である。
【0061】
最後に、このアセンブリは、中央ウィングボックスの固結を保証するために重合サイクルを受ける。
【0062】
この操作モードにより、中央ウィングボックスの内表面の非常に優れた形状を得ることが可能であり、このことは、例えば接続ロッドのような前記内表面の領域に接続される要素の組立操作を容易にする。
【0063】
一実施形態によれば、マンドレル５６及び５８は、金属であるかあるいは重合後のマンドレル５６及び５８の熱収縮がデモールディングを補助するように同様の材料から製造される。
【0064】
可能な余分の厚さは、マンドレルが滑らかでありかつデモールディングを補助するように外表面の領域に設けられる。
【0065】
有利に、効果的な締固めを保証するために、中央ボックスを形成する要素とブラダー６２との間に平滑化プレートが配置される。
【0066】
本発明の他の特徴によれば、少なくとも１つの平滑化プレートは、Ｙ軸に対して平行の回転軸線に沿った前記２つの部分の間の相対的な回転運動を許容する関節型継手によって接続された少なくとも２つの部分を備える。この構成により、パネルとスパーとを接続する曲率半径の領域に一定の圧力を及ぼすことが可能である。
【0067】
この関節型継手は、ヒンジでもよく、あるいは関節型継手の領域の平滑化プレートの材料の可撓性に起因してもよい。
【0068】
パネルとスパーとを接続する少なくとも１つの曲率半径の領域において、マンドレル４６は、中央ウィングボックスを構成する繊維強化材を圧縮する間に前記マンドレルの周囲の長さを大きくするように、少なくとも１つの曲率半径の領域のマンドレルを拡張するための手段６６を備える。
【0069】
図１５は、締固める前にパネルとスパーとを接続するゾーン領域の繊維強化材のプレフォームの一部を示している。
【0070】
図１６は、締固め後の同一の部分を示しており、マンドレル４６は、曲率半径の領域で拡張されている。この構成により、締固め中に曲率半径の領域のボックスの機械的特性に影響を及ぼす可能性がある起伏の出現を制限することが可能である。
【0071】
一実施形態によれば、マンドレルの膨張のための手段６６は、マンドレルと繊維強化材との間に間挿される膨張可能なブラダーの形態で存在してもよい。しかし、１つ又は複数の曲率半径の領域のマンドレルの膨張を達成するために、他の解決方法も考えられる。
【0072】
本発明の他の特徴によれば、Ｙ軸に対して９０°で配置された繊維強化材４４は、パネルとスパーとを接続するゾーンの近くで切断される。繊維強化材が伸長不可能である限り、この構成により、マンドレルの拡張又は膨張の阻止を回避することが可能である。