JP2014012467A - 航空機用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量性が大きく発揮された航空機用部材を提供する。
【解決手段】パネル１を具備する航空機用部材Ｓであって、前記パネル１は、外側板３と、内側板４と、周側板５と、リブと、強度増加用コアとを具備し、前記外側板３と前記内側板４とは、前記周側板５によって、結合されており、前記リブは板状であり、前記板状リブの一端側は、前記外側板３に対して、結合されており、前記板状リブの他端側は、前記内側板４を通り越えて外側に、突出しており、前記強度増加用コアは、前記外側板３と、前記内側板４と、前記周側板５または前記板状リブとで囲まれる空間内に設けられ、前記板状リブの他端側に在る突出面部７を介して前記パネル１が所望位置に取り付けられるよう構成されてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は航空機用部材に関する。例えば、航空機のスポイラ、フラップ、エレベータ、エルロン、ラダー、メインランディングギアドア、ノーズランディングギアドア等に用いられるパネルに関する。

航空機は各種の部材で構成されている。前記部材として、例えばスポイラ、フラップ、エレベータ、エルロン、ラダー、メインランディングギアドア、ノーズランディングギアドア等が挙げられる（図５参照）。この種の部材は、一般的には、金具が取り付けられたサンドイッチパネルである。すなわち、前記サンドイッチパネルが前記金具によって所定個所に取り付けられている。

前記サンドイッチパネルで構成された航空機用部材（スポイラ）の一例が図６〜図９に示される。スポイラＳ_１は、外側板５０と、内側板５１と、周側板（前記外側板５０と内側板５１とを連結する連結板）５２とを有する。外側板５０、内側板５１、及び周側板５２は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）で構成されている。スポイラＳ_１はハニカムコア５３を有する。ハニカムコア５３は、外側板５０と内側板５１と周側板５２とで構成された空間内に内蔵されている。スポイラＳ_１の機械的強度はハニカムコア５３等によって確保される。スポイラＳ_１は金具５４，５５を有する。金具５４は、パネルの左右対称中央位置において、外側板５０及び内側板５１に取り付けられている。金具５５は、金具５４の左右の位置において、外側板５０及び内側板５１に取り付けられている。左右中央位置の金具５４の孔５４ａにアクチュエータ（図示せず）の一端が掛止している。金具５４の左右に位置する金具５５の孔５５ａには軸（図示せず）が挿入されている。アクチュエータが作動すると、前記パネル（スポイラＳ_１）は前記軸（図示せず）の回りで回動する。金具５４，５５は、外側板５０、内側板５１、及び周側板５２に対して、面接合できる面を有する。金具５４，５５の水平面部５４ｂ，５５ｂが内側板５１面上に対向配置されている。金具５４，５５の水平面部５４ｃ，５５ｃが外側板５０面上に対向配置されている。水平面部５４ｂ，５５ｂの位置において、ファスナ（ボルト及びナット）５６が設けられている。水平面部５４ｃ，５５ｃの位置において、ファスナ（ボルト及びナット）５７が設けられている。ファスナ５６のボルト部は、外側板５０、内側板５１、及び金具５４，５５（水平面部５４ｂ，５５ｂ）を貫通している。ファスナ５７のボルト部は、外側板５０、及び金具５４，５５（水平面部５４ｃ，５５ｃ）を貫通している。金具５４，５５は、ファスナ５６，５７によって、外側板５０に締結されている。５８は樹脂製のポッティングである。ポッティング５８は、ファスナ５６の周囲であって、かつ、外側板５０と内側板５１との間に設けられている。ファスナ５６はポッティング５８の中心孔を貫通している。ポッティング５８の周囲には高強度コア５９が設けられている。高強度コア５９の構造はハニカムコア５３の構造と同等である。但し、コアを構成する板厚が厚い。すなわち、厚さが厚いことによって、機械的強度が高くなっている。高強度コア５９及びポッティング５８の存在によって、金具５４，５５（ファスナ５６，５７）の配設個所における機械的強度は高い。

特開２００７−９２７１６号公報 特表２０１１−５１２２９８号公報

航空機用部材は、基本的に、軽量化が要請されている。この軽量化の要請に沿って前記スポイラも開発されて来た。しかしながら、更なる軽量化が要請されている。

従って、本発明が解決しようとする課題は、軽量性が大きく発揮された航空機用部材を提供することである。

前記の課題を解決する為の検討が、本発明者によって、鋭意、推し進められて行った。その結果、前記金具５４，５５の一層の軽量化が達成できたならば、航空機用部材（航空機用パネル：スポイラ）の一層の軽量化が達成できることに気付くに至った。すなわち、本発明者は、軽量化には、金具５４，５５の占める割合が大きなことに気付いた。本発明者は、水平面部５４ｂ，５４ｃ，５５ｂ，５５ｃの面積が小さくなったならば、金具５４，５５は、それだけ、軽くなることに気付くに至った。しかしながら、水平面部５４ｂ，５４ｃ，５５ｂ，５５ｃの面積を小さくすると、ファスナ５６，５７の取付本数が少なくなる。このことは、スポイラＳ_１に力が作用した場合、ファスナ１個当たりに加わる荷重が大きくなることを意味する。場合によっては、ファスナの耐久力以上の力がファスナに作用する場合が起きるかも知れない。従って、水平面部５４ｂ，５４ｃ，５５ｂ，５５ｃの面積を単に小さくする技術思想（ファスナの本数を少なくする技術思想）は採用できない。

しかしながら、水平面部５４ｂ，５４ｃ，５５ｂ，５５ｃの面積を小さくする（更には、水平面部５４ｂ，５４ｃ，５５ｂ，５５ｃを無くす）考えは、軽量化の観点から、非常に、魅力的な考えであった。

斯かる観点に沿った検討が、本発明者によって、鋭意、推し進められて行った。その結果、金具の取付構造によっては、水平面部５４ｂ，５４ｃ，５５ｂ，５５ｃの面積を小さくする（場合によっては、水平面部５４ｂ，５４ｃ，５５ｂ，５５ｃを無くす）ことが出来るであろうことに気付くに至った。

この知見に基づいて本発明が達成された。

すなわち、前記の課題は、
パネルを具備する航空機用部材であって、
前記パネルは、外側板と、内側板と、周側板と、リブと、強度増加用コアとを具備し、
前記外側板と前記内側板とは、前記周側板によって、結合されており、
前記リブは板状であり、
前記板状リブの一端側は、前記外側板に対して、結合されており、
前記板状リブの他端側は、前記内側板を通り越えて外側に、突出しており、
前記強度増加用コアは、前記外側板と、前記内側板と、前記周側板または前記板状リブとで囲まれる空間内に設けられ、
前記板状リブの他端側に在る突出面部を介して前記パネルが所望位置に取り付けられるよう構成されてなる
ことを特徴とする航空機用部材によって解決される。

好ましくは、前記航空機用部材であって、前記板状リブの突出面部に取付具が配置され、前記取付具は前記突出面部に結合されてなることを特徴とする航空機用部材によって解決される。特に好ましくは、前記航空機用部材であって、前記取付具は前記突出面部を両側から挟持する挟持部を具備してなり、前記挟持部と前記突出面部とが、前記挟持部位置において、結合されてなることを特徴とする航空機用部材によって解決される。前記突出面部と前記取付具との結合は、好ましくは、ファスナによる結合である。前記ファスナは、前記突出面部に対して垂直な方向に軸部を有する。前記取付具は、好ましくは、金属製である。前記取付具は、好ましくは、取付用孔を有する。前記取付用孔には、例えば前記パネルを所定位置に位置させる為の軸が挿入される。或いは、前記取付用孔には、前記パネルを駆動させる為のアクチュエータが掛止される。

好ましくは、前記航空機用部材であって、前記外側板、前記内側板、前記周側板、及び前記板状リブは、繊維強化複合材料で構成されてなることを特徴とする航空機用部材によって解決される。前記繊維強化複合材料は、好ましくは、炭素繊維強化複合材料、ガラス繊維強化複合材料、有機繊維強化複合材料、セラミックス繊維強化複合材料、金属繊維強化複合材料の群の中から選ばれる少なくとも一種である。特に好ましくは炭素繊維強化プラスチックである。又は、アラミド繊維などの有機樹脂繊維強化プラスチックである。

好ましくは、前記航空機用部材であって、前記強度増加用コアは、ハニカムコア又は発泡コアで構成されてなることを特徴とする航空機用部材によって解決される。

軽量性および機械的強度に富む航空機用部材が得られる。

本発明になるスポイラの概略斜視図 本発明になるスポイラの概略平面図 図２のＡ−Ａ線での概略断面図 図２のＢ−Ｂ線での概略断面図 飛行機の概略斜視図 従来のスポイラの概略斜視図 従来のスポイラの概略平面図 図７のＡ−Ａ線での概略断面図 図７のＢ−Ｂ線での概略断面図

本発明は航空機用部材である。例えば、スポイラ、フラップ、エレベータ、エルロン、ラダー、メインランディングギアドア、及び／又はノーズランディングギアドア等の航空機用部材である。これ等の部材はパネルを具備する。前記パネルはスキンを具備する。前記スキンは、例えば外側板と、内側板と、周側板とを具備する。前記外側板と前記内側板とは、前記周側板によって、結合されている。すなわち、前記外側板と前記内側板と前記周側板とによって、部屋が構成される。この部屋の外殻（表面）がスキンである。前記パネルはリブを具備する。このリブは板状リブである。この板状リブの一端側は、前記外側板に対して、結合されている。前記板状リブと前記外側板との結合形状は、断面が、略Ｔ形状である。断面略Ｔ形状に向き合った個所において、前記板状リブの一端と前記外側板とは、一体的に、結合されている。前記板状リブと前記内側板とは、好ましくは、互に、結合されている。例えば、前記板状リブと前記内側板とは、互いの交差（接触）個所において、結合されている。前記板状リブと前記周側板とは、好ましくは、互いの交差（接触）個所において、結合されている。前記板状リブは、前記部屋を、小さな部屋に分割している。すなわち、前記部屋は、前記板状リブによって、幾つかの小部屋に分割されている。前記板状リブの他端側は、前記内側板を通り越えて外側に、突出している。前記板状リブは、前記周側板の外側にも、突出している。前記板状リブは、前記部屋（前記スキン）から突出している突出面部を有する。すなわち、前記板状リブは前記部屋（前記スキン）の外に飛び出している。この突出面部において、前記パネルが所望位置に取り付けられるよう構成されている。前記部屋（小部屋）には、強度増加用コアが内蔵されている。これによって、パネルの機械的強度が向上する。勿論、前記板状リブによっても、パネルの機械的強度が向上している。特に、前記板状リブの主面と、前記外側板の主面および前記内側板の主面とが、垂直に交差している。従って、前記板状リブによるパネルの機械的強度向上効果は大きい。前記板状リブの数は、好ましくは、複数個である。

前記パネルには、好ましくは、取付具が取り付けられている。特に、複数個の取付具が取り付けられている。前記取付具は前記板状リブに取り付けられている。スポイラなどの部材は、必要に応じて、動く。例えば、スポイラは、アクチュエータの力によって、所定の軸を中心にして、回動する。前記取付具の中の一つの取付具には、前記アクチュエータの力が作用する掛止部が設けられている。例えば、アクチュエータの一端が掛止する孔が設けられている。前記取付具の中の幾つかの取付具は、前記軸（回動中心軸）が挿入される孔を有する。例えば、前記アクチュエータの力が作用する取付具が、前記パネルの中央位置に設けられていたとすると、前記軸（回動中心軸）が挿入される孔を有する取付具は、前記取付具を中心にして左右の対称な位置に設けられている。この左右対称な位置に設けられた取付具の孔に軸（回動中心軸）が挿入される。この軸を回動中心として前記パネルはアクチュエータの力で回動する。前記取付具は、好ましくは、金属製である。形状は、好ましくは、前記板状リブの突出面部と前記取付具とが面接合できる形状である。前記板状リブの突出面部の主面が平坦面であれば、前記取付具の主面も平坦面である。前記板状リブの突出面部の主面が凹凸面であれば、前記取付具の主面は凸凹面である。好ましくは、前記板状リブの突出面部の主面も、前記取付具の主面も、平坦面からなる場合である。前記取付具の更に好ましい構造は、前記突出面部を、左右から挟持することが出来る構造（形状）である。これによって、前記取付具と前記突出面部との一体結合性が高まる。前記突出面部と前記取付具との結合は、好ましくは、ファスナによる結合である。前記ファスナは、前記突出面部に対して垂直な方向に軸部を有する。この形態で前記突出面部と前記取付具とが結合されていると、アクチュエータの力で前記パネルが回動する場合、前記ファスナの軸部は回動軸芯方向に有る。前記パネルの動作方向の面内に前記板状リブが存する。従って、前記アクチュエータから前記パネルに作用する力は、効果的に、分散している。前記パネルに作用する力は一点集中型では無い。従って、前記パネルの動作性が良い。かつ、損傷も起き難い。

前記外側板、前記内側板、前記周側板、及び前記リブは、好ましくは、繊維強化複合材料で構成される。この繊維強化複合材料には、例えば炭素繊維強化複合材料、ガラス繊維強化複合材料、その他のセラミックス繊維強化複合材料、有機繊維強化複合材料、金属繊維強化複合材料が挙げられる。特に好ましい繊維強化複合材料は、軽量性や強度の観点から、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、又はアラミド繊維強化プラスチック（ＡＦＲＰ）等の有機繊維強化プラスチックである。前記強度増加用コアは、好ましくは、ハニカムコア、又は発泡コアで構成される。

以下、本発明が具体的に説明される。但し、以下の説明は、本発明の一実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されるものでは無い。すなわち、本発明の特長が大きく損なわれない変形・応用例も本発明に含まれる。

図１〜図４は本発明になる航空機用部材の一実施形態（スポイラ）の説明図である。図１はスポイラの概略斜視図である。図２はスポイラの概略平面図である。図３は図２のＡ−Ａ線での概略断面図である。図４は図２のＢ−Ｂ線での概略断面図である。

各図中、Ｓはスポイラである。

スポイラＳはパネル１を具備する。

パネル１は偏平箱形状である。偏平箱形状のパネル１はスキン（表層：外殻）２を有する。パネル１（スキン２）は、例えば外側板３と内側板４と周側板５とで構成されている。外側板３と内側板４とは周側板５で連結されている。外側板３と周側板５とは一体構造である。内側板４と周側板５とは一体構造である。外側板３と内側板４と周側板５とで構成されたスキン２は、内部が、空洞である。スキン２によって、一つの大きな部屋が構成されている。

パネル１は複数枚の板状リブ６を有する。板状リブ６の一端６ａは、外側板３の平坦な内面上に、立設している。各々の板状リブ６の他端６ｂ，６ｃはスキン２外に飛び出している。前記他端６ｂは内側板４の外側（図１，３では上側）に飛び出している。７は突出面部（他端６ｂを有する突出面部）である。前記他端６ｃは周側板５の外側（図４では上側）に飛び出している。８は突出面部（他端６ｃを有する突出面部）である。

板状リブ６の一端６ａと外側板３の内面とは、その接合（交差）個所において、一体構造である。板状リブ６と内側板４とは、その接合（交差）個所において、一体構造である。板状リブ６と周側板５とは、接合（交差）個所において、一体構造である。スキン２（外側板３、内側板４、周側板５）、及び板状リブ６は、例えば繊維強化複合材料で構成されている。例えば、ＣＦＲＰで構成されている。例えば、所定形状（例えば、前記スキンと板状リブとで構成される形状）に繊維（例えば、炭素繊維）が設けられた後、この繊維（例えば、炭素繊維）に樹脂が含浸させられたならば、繊維同士は含浸樹脂によって一体化する。従って、外側板３と内側板４と周側板５と板状リブ６とは、各々の接合（交差）個所において、含浸樹脂よって一体化している。

前記スキン内の空洞部には発泡コア９が内蔵されている。これによって、パネル１の機械的強度は向上している。勿論、前記板状リブ６によっても、パネル１の機械的強度は向上している。特に、板状リブ６は、外側板３の主面に対して、垂直方向に設けられている。従って、パネル１の機械的強度向上効果は大きい。

１０は、パネル１の長手方向（図１，２，３では左右方向）の中央位置において設けられた金具である。金具１０は挟持片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを有する。中央位置の板状リブ６の突出面部７，８に対応して金具１０が配置された場合、突出面部７は挟持片１０ａと挟持片１０ｃとによって挟まれ、突出面部８は挟持片１０ｂと挟持片１０ｄとによって挟まれる。挟持片１０ａと挟持片１０ｃとの間の間隔は突出面部７（リブ６）の厚さにほぼ等しい。挟持片１０ｂと挟持片１０ｄとの間の間隔は突出面部８（リブ６）の厚さにほぼ等しい。従って、板状リブ６の突出面部７，８に金具１０が配置された場合、突出面部７，８の外側面と挟持片１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄの内側面とは、ほぼ、面接合している。挟持片１０ａ，１０ｃには複数個の孔が形成されている。この孔に対応して、突出面部７にも、孔が形成されている。挟持片１０ｂ，１０ｄには、複数個の孔が形成されている。この孔に対応して、突出面部８にも、孔が形成されている。前記の孔にはボルト１１，１２が挿通され、ボルトとナットとによって、金具１０と中央位置の板状リブ６とは、連結されている。１３は、アクチュエータ（図示せず）の一端が掛止する孔である。

１４は、前記金具１０の左右の位置において設けられた金具である。本実施形態では、金具１４は、合計、４個である。金具１４は挟持片１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを有する。左右位置の板状リブ６の突出面部７，８に対応して金具１４が配置された場合、突出面部７は挟持片１４ａと挟持片１４ｃとによって挟まれ、突出面部８は挟持片１４ｂと挟持片１４ｄとによって挟まれる。挟持片１４ａと挟持片１４ｃとの間の間隔は突出面部７（リブ６）の厚さにほぼ等しい。挟持片１４ｂと挟持片１４ｄとの間の間隔は突出面部８（リブ６）の厚さにほぼ等しい。従って、左右位置の板状リブ６の突出面部７，８に金具１４が配置された場合、突出面部７，８の外側面と挟持片１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄの内側面とは、ほぼ、面接合している。挟持片１４ａ，１４ｃには孔が形成されている。この孔に対応して、突出面部７にも、孔が形成されている。挟持片１４ｂ，１４ｄにも孔が形成されている。この孔に対応して、突出面部８にも、孔が形成されている。前記の孔にはボルト１５，１６が挿通され、ボルトとナットとによって、金具１４と左右位置の板状リブ６とは、連結されている。１７は軸（回動軸）挿通用の孔である。前記孔に軸（回動軸）が挿通されることによって、前記パネルが所定個所に取り付けられる。前記パネルは、前記軸（回動軸）を回動中心にして、前記アクチュエータの力で回動する。

上記実施形態のスポイラＳは、従来のスポイラＳ_１に比べて、大きさ（パネル外径寸法）が同じ場合、２０ｗｔ％も軽量であった。すなわち、パネルに対する金具の取付構造を考慮することによって、スポイラの軽量化が達成できた。

アクチュエータからの力がパネルに作用する場合、従来タイプのスポイラＳ_１にあっては、金具からパネルに伝わる力は、ファスナ５６，５７点に集中する。この為、ファスナ５６，５７近傍個所の機械的強度が大きくなければ、当該箇所は損傷する恐れが高い。当該個所の機械的強度を高めることは、それだけ、重量が増す。力の一点集中を避ける（力の分散を図る）為には、ファスナの本数を増加させることも考えられる。このことは、ファスナ取付個所の取付金具の面積増大を引き起こす。すなわち、重量増加を引き起こす。何れにしても、従来タイプのスポイラＳ_１には種々の問題点が残されていた。

これに対して、上記実施形態のスポイラＳにおいては、アクチュエータからの力は、先ず、板状リブ６に作用する。前記力の方向は板状リブ６の板面内にある。前記力は板状リブ６を介して全体に分散する。前記パネル面に作用する前記力は一点集中型では無い。この為、パネルの耐久性が高い。スポイラＳ_１の上記問題点の多くは改善されていた。

上記実施形態における具体的説明はスポイラの場合であった。しかしながら、その他の航空機用部材（例えば、フラップ、エレベータ、エルロン、ラダー、メインランディングギアドア、ノーズランディングギアドア等）においても、同様である。すなわち、これ等の空機用部材においても、スキン（パネル表層（外殻））に対して板状リブを設けること、板状リブをスキン内部からスキン外に突出（延在）させること、この突出面部に対して金具を取り付けることが実施されたならば、軽量化や機械的強度向上の特長が奏される。

Ｓ スポイラ
１ パネル
２ スキン
３ 外側板
４ 内側板
５ 周側板
６ 板状リブ
６ａ 板状リブ一端
６ｂ 板状リブ他端
７ 突出面部
９ 発泡コア
１０ 金具（取付具）
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ 挟持片
１１，１２ ボルト（ファスナ）
１４ 金具（取付具）
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ 挟持片
１５，１６ ボルト（ファスナ）
１７ 軸挿通用孔

Claims (10)

1. パネルを具備する航空機用部材であって、
   前記パネルは、外側板と、内側板と、周側板と、リブと、強度増加用コアとを具備し、
   前記外側板と前記内側板とは、前記周側板によって、結合されており、
   前記リブは板状であり、
   前記板状リブの一端側は、前記外側板に対して、結合されており、
   前記板状リブの他端側は、前記内側板を通り越えて外側に、突出しており、
   前記強度増加用コアは、前記外側板と、前記内側板と、前記周側板または前記板状リブとで囲まれる空間内に設けられ、
   前記板状リブの他端側に在る突出面部を介して前記パネルが所望位置に取り付けられるよう構成されてなる
   ことを特徴とする航空機用部材。
2. 前記板状リブの突出面部に取付具が配置され、
   前記取付具は前記突出面部に結合されてなる
   ことを特徴とする請求項１の航空機用部材。
3. 前記取付具は前記突出面部を両側から挟持する挟持部を具備してなり、
   前記挟持部と前記突出面部とが、前記挟持部位置において、結合されてなる
   ことを特徴とする請求項２の航空機用部材。
4. 前記突出面部と前記取付具との結合はファスナによる結合であり、
   前記ファスナは前記突出面部に対して垂直な方向に軸部を有する
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３の航空機用部材。
5. 前記取付具は取付用孔を有する
   ことを特徴とする請求項２〜請求項４いずれかの航空機用部材。
6. 前記外側板、前記内側板、前記周側板、及び前記リブは、繊維強化複合材料で構成されてなる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかの航空機用部材。
7. 繊維強化複合材料は、炭素繊維強化複合材料、ガラス繊維強化複合材料、有機繊維強化複合材料、セラミックス繊維強化複合材料、金属繊維強化複合材料の群の中から選ばれる少なくとも一種である
   ことを特徴とする請求項６の航空機用部材。
8. 強度増加用コアは、ハニカムコア又は発泡コアで構成されてなる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項７いずれかの航空機用部材。
9. 前記取付具は金属で構成されてなる
   ことを特徴とする請求項２〜請求項５いずれかの航空機用部材。
10. 航空機のスポイラ、フラップ、エレベータ、エルロン、ラダー、メインランディングギアドア、及び／又はノーズランディングギアドアに用いられる
    ことを特徴とする請求項１〜請求項９いずれかの航空機用部材。
    

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