JP2004512210A - 飛行機、特に飛行機扉用の構造部材 - Google Patents

Abstract

アルミニウム合金またはマグネシウム合金からなる一体的な単体鋳造構造の、飛行機、特に飛行機扉のための構造部材。

Description

【０００１】
本発明は、飛行機、特に飛行機扉のための構造部材に関する。
【０００２】
飛行機、特に飛行機扉のための構造部材は従来、滑らかな外板からなっている。この外板は、軽量で大きな剛性および強度を得るために、その内面にリベット止めまたは接着された成形体、リブ等を備えている。
【０００３】
このような構造部材の製作は面倒である。というのは、補強成形体とリブが中実材料から９５％以上の切削率で製作され、封止リベットによるリベット止めが多くの作業を必要とするからである。
【０００４】
中実材料からの成形体とリブの加工は、使用されるアルミニウム合金またはマグネシウム合金の最終強度が熱の作用によって損なわれないようにするために必要である。同じ理由から、溶接によってではなくリベット止めまたは接着によって、個々の要素が連結される。
【０００５】
従来のこの製作方法は、最小の重量を有し、強度が充分である構造部材を製作することができるがしかし、大きな荷重がかかるリベット連結部の範囲または切欠き応力の高い範囲において応力割れまたは疲労亀裂が発生する。
【０００６】
本発明の根底をなす課題は、軽量および高強度であると共に低ストで製作可能であり、亀裂が拡大する危険を小さくすることによって修理や整備がしやすい、飛行機、特に飛行機扉用の構造部材を提供することである。
【０００７】
この課題から出発して、本発明に従ってアルミニウム合金またはマグネシウム合金からなる一体的な単体鋳造構造で製作される、飛行機、特に飛行機扉のための構造部材が提案される。
【０００８】
特に最新の低圧砂型鋳造法によって、均一で薄い壁厚を有する大きくて一体的な単体鋳造部品を製作することができる。この鋳造部品は加工を必要としないかあるいは個々の要素を組み立てる従来の構造よりも非常に少ない加工しか必要としない。材料特性を改善するために、型および中子のために、場合によっては半金型と関連してジルコン砂を使用することができる。
【０００９】
構造部材は好ましくはアーチ橋状の中空の横方向支持材と、この横方向支持材のアーチ脚部を連結する縦方向リブと、横方向支持材の端面を連結および閉鎖する傾斜した側面とからなり、熱処理中の保持と矯正と機械加工のためのクランプ面を有する収容保持部材を備えている。構造部材は更に、飛行機扉としての実施形では、周方向のリブによって補強された周方向のフランジを備えている。
【００１０】
その際、構造部材は好ましくは、一体的な単体鋳造の滑らかな外板を備え、この外板は代替的に接着またはリベット止めすることも可能である。
構造部材は更に、フランジのリブに対してほぼ平行に延びる、フランジに対してほぼ垂直なリブを備え、このリブが一方の側面の端部から平行な他方の側面の端部まで、外側の横方向支持材の外側のアーチ脚部に対して間隔をおいて延びている。構造部材はアーチ脚部からリブに延びる三角形補強部材を備えている。
【００１１】
外板が一体的に単体鋳造されているときには、フランジは外板のエッジ範囲を形成することができる。
本発明による構造部材の場合、材料集積と急激な横断面変化が回避される。この場合、不可避の横断面拡張部は好ましくは押湯方向に置かれる。
【００１２】
中空の横方向支持材をアーチ橋状に形成することによって、中子除去にとって充分な開口部が設けられ、アンダーカットされた中子形状は不要である。構造部材はセラミック材料を除去しにくい深くて細いスリットを備えておらず、鋳型からの取り出しを容易にする充分に大きなコーナー曲率半径を有する。
【００１３】
構造部材は好ましくは、滑らかな外板と、内側に突出する平行な縦方向リブと、この縦方向リブにアーチ状にかぶさる立設された中空の横方向支持材と、この横方向支持材の端面を連結する、同じ高さの閉鎖側面と、内側に突出する周方向のリブによって補強された、外面の一部を形成する周方向のフランジと、矯正、調整および機械加工のためのクランプ面を有する収容保持部材とを備えている。
本発明による構造部材によって、少ない中子、充分な離型斜面、中子製造のための充分な中子横断面積および取扱操作並びに適当な中子受けと共に、簡単な見切りが達成可能である。
【００１４】
アーチ橋状の横方向支持材の穴エッジがビードによって安定させられていると、鋳造工程に続く熱処理の際に、構造部材の歪みが小さくなる。問題なく行うことができる熱処理のために、内部応力の小さなリブ構造体が使用され、急激な横断面変化が回避され、切欠き応力が充分に大きなコーナー曲率半径によって低減される。構造部材は熱処理の間空気内でチル化されると、歪みが小さい。
【００１５】
鋳造された構造部材のはつりのために、すべての見切りおよび中子分割部に容易にアクセス可能であり、交叉する中子が使用されず、はつり時に工作物表面が切除されないようにするために、分割部の範囲にはつりリブが設けられ、そして後続の機械加工を行うはつり領域が分割部の範囲にできるだけ多く設けられている。
【００１６】
特に外板の外面および／または横方向支持材の内向きの表面および／または横方向支持材の端面を連結する側面の外面および／または周方向のフランジの内面および／またはフランジの両側の補強リブおよび／または収容保持部材のクランプ面が機械加工される。
【００１７】
外板の仕上げ代が約６ｍｍで、加工されたその壁厚が約１．５〜２．７ｍｍであり、機械加工すべき残りの面の仕上げ代が約３ｍｍで、加工されたその壁厚が約３〜４．２ｍｍであり、そして鋳造され加工されない範囲の壁厚が３〜４．２ｍｍであると、一体形の単体鋳造で構造部材を製作することができる。この構造部材の重量は従来の方法で作られた構造部材よりも軽量であり、製作コストおよび加工コストも同様に大幅に低減される。
【００１８】
クランプ面を有する収容保持部材は好ましくは、形状安定性のある範囲に、特に外側の横方向支持材とこの横方向支持材を連結する側面とによって形成された長方形部の４つのコーナーに配置されている。
【００１９】
次に、図に示した実施の形態に基づいて本発明を詳しく説明する。
図示した実施の形態の場合、本発明による構造部材はアルミニウム合金またはマグネシウム合金からなる一体的な単体鋳造構造の飛行機扉であり、約２４００ｍｍの高さと約１３００ｍｍの幅を有する。
【００２０】
飛行機扉は通常は、扉を挿入する胴体部分の曲率半径に一致する半径で曲げられている。
完全に滑らかな面の外板１は、支持作用を有する補強構造体に連結されている。この補強構造体は縦方向リブ５と、横方向リブ６と、縦方向リブ５をアーチ橋状にまたいでいる立設された横方向支持材７と、この横方向支持材７の端面を連結および閉鎖する側面２とからなっている。周方向に延びるフランジ３は外板１の一部を形成し、周方向に延び内側に突出するリブ４によって補強されている。
ランジ３に対してほぼ垂直なリブ１７が短辺に設けられている。このリブはフランジ３に設けたリブ４に対してほぼ平行に延び、外側の横方向支持材７の外側のアーチ脚部１６に対して間隔をおいて一方の側面３の端部から平行な他方の側面２の端部まで延びている。
【００２１】
各々１個の縦方向リブ５がアーチ開口部１２の下方のほぼ中央で延びている。一方、平行な他の２個の縦方向リブ５は、アーチ脚部１６の幅に一致する相互間隔を有し、このアーチ脚部に連結されている。上側と下側の横方向支持材７と側面２の端部の範囲の４つのコーナーには、熱処理中の保持、矯正および機械加工のためのクランプ面９を有する収容保持部材８が配置されている。三角形補強部材１３が外側の横方向支持材７のアーチ脚部からリブ１７まで延びている。他の三角形補強部材１４が側面２に沿って配置されている。更に、三角形補強部材１５がアーチ脚部１６とそこで延びるリブ５の範囲に設けられている。曲げ応力によって側面２がへこまないようにするために、横方向支持材７の間において、図示していない三角形補強部材によって側面２を更に内向きに支持することができる。
【００２２】
アーチ開口部１２のエッジはビード１１によって安定させられている。
個々の要素の間の移行部分の曲率半径をできるだけ大きくすることにより、横断面が急激に変化してい、内部応力の小さなリブ構造体が得られる。コーナーの曲率半径を充分な大きさにすることによって、鋳造後の熱処理時および運転中に、切欠き応力の発生が少ない。本発明による構造体を有する飛行機扉は、熱処理後、特に空気でチル化するときに、歪みがきわめて小さい。
【００２３】
本発明による構造部材は見切りが簡単であり、中子が少なくて済み、充分な離型斜面を備えている。中子の横断面が充分な大きさであるので、中子は簡単に製作および取扱可能である。
【００２４】
構造部材は好ましくは低圧砂型鋳造法で製作可能である。材料特性はジルコン砂および／または半金型を使用することによって改善される。
本発明の構造部材によって、材料蓄積および急激な横断面変化が回避され、不可避の横断面拡張部は押湯方向に配置可能である。壁厚は、鋳造され機械加工されない範囲が３〜４．２ｍｍ、外板が鋳造状態で７．５〜８．７ｍｍ、そして機械加工すべき面が約６〜７．２ｍｍになるように、鋳造技術的に得ることができる。
【００２５】
機械加工の後で、外板１の壁厚は約１．５〜２．７ｍｍ、すなわち仕上げ代が約６ｍｍであり、機械加工される残りの面、すなわちフランジ３とリブ４と横方向支持材表面１０は、機械加工前に約６〜７．２ｍｍであり、機械加工後約３〜４．２ｍｍである。上記の加工面は加工されない非加工部分の面から段差が付けられ、できるだけ大きなコーナー曲率半径が至る所に設けられている。
【００２６】
鋳型からの取り出しを容易にするために、できるだけ大きなアーチ開口部１２が横方向支持材７に設けられている。それによって、横方向支持材７の下方の中空範囲の中子を容易に除去可能である。中子にはアンダーカット部は設けられておらず、鋳型砂からの除去が困難である深くて細いスリットも同様に設けられていない。
【００２７】
すべての金型分割部（見切り部）と中子分割部に容易にアクセス可能であり、この分割部ははつりリブを備えている。従って、はつり時に材料表面が取り除かれる危険が低下する。
【００２８】
スプルーと分配通路と押湯装置は機械的に加工される範囲に配置可能である。従って、はつり時の作業が簡単であり、はつりのためにロボットを使用することができる。
【００２９】
矯正および機械加工のための収容保持個所、すなわちクランプ面９を備えた収容保持部材８は、構造部材の形状安定性のある範囲に配置され、充分に採寸されている。
【００３０】
本発明による構造部材は形状が簡単であると共に、複雑な中子技術を必要としないできわめて良好な静的および動的強度特性を有する。壁厚は応力領域に最適化させることが可能である。
【００３１】
図示した実施の形態は外板１を含めて単体鋳造された一体形の飛行機扉を示しているがしかし、側面２、場合によってはリブ４付きフランジ３、リブ４、縦方向リブ５、横方向リブ６、横方向支持材７、収容保持部材８およびリブ１７からなる構造部材を、鋳造品として製作することもできる。この場合、面状に機械加工し、続いて圧延板からなる外板１にリベットまたは接着によって連結する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による飛行機扉の外面のワイヤフレーム表示方式の斜視図である。
【図２】
本発明による飛行機扉の内張りしていない内面のワイヤフレーム表示方式の斜視図である。
【図３】
本発明による飛行機扉の内面のコーナー範囲のワイヤフレーム表示方式の拡大図である。

Claims (18)

1. アルミニウム合金またはマグネシウム合金からなる一体的な単体鋳造構造の、飛行機、特に飛行機扉のための構造部材。
2. アーチ橋状の中空の横方向支持材（７）と、
   横方向支持材（７）のアーチ脚部を連結する縦方向リブ（５）と、
   横方向支持材（７）の端面を連結および閉鎖する傾斜した側面（２）とからなり、
   熱処理中の保持と矯正と機械加工のためのクランプ面（９）を有する収容保持部材（８）を備えている、請求項１記載の構造部材。
3. ほぼ垂直な周方向のリブ（４）によって補強された周方向のフランジ（３）を備えている、請求項２記載の構造部材。
4. フランジ（３）のリブ（４）に対してほぼ平行に延びる、フランジ（３）に対してほぼ垂直なリブ（１７）を備え、このリブが一方の側面（２）の端部から平行な他方の側面（２）の端部まで、外側の横方向支持材（７）の外側のアーチ脚部（１６）に対して間隔をおいて延びている、請求項３記載の構造部材。
5. アーチ脚部（１６）からリブ（１７）に延びる三角形補強部材（１３）を備えている、請求項４記載の構造部材。
6. 単体鋳造の一体形の滑らかな外板（１）を備えている、請求項１〜５のいずれか一つに記載の構造部材。
7. フランジ（３）が外板（１）のエッジ範囲を形成している、請求項６記載の構造部材。
8. 滑らかな外板（１）と、
   内側に突出する平行な縦方向リブ（５）と、
   この縦方向リブ（５）にアーチ状にかぶさる立設された中空の横方向支持材（７）と、
   この横方向支持材（７）の端面を連結する、同じ高さの閉鎖側面（２）と、
   内側に突出する周方向のリブ（４）によって補強された、外板（１）の一部を形成する周方向のフランジ（３）と、
   矯正および機械加工のためのクランプ面（９）を有する収容保持部材（８）とを備えている、請求項１〜７のいずれか一つに記載の構造部材。
9. アーチ橋状の横方向支持材（７）の穴エッジがビード（１１）によって安定させられている、請求項１〜８のいずれか一つに記載の構造部材。
10. 外板（１）の外面および／または横方向支持材（７）の内向きの表面（１０）および／または横方向支持材（７）の端面を連結する側面（２）の外面および／または周方向のフランジ（３）の内面および／またはフランジの両側の補強リブ（４）および／または収容保持部材（８）のクランプ面（９）が機械加工されている、請求項１〜９のいずれか一つに記載の構造部材。
11. 外板（１）の仕上げ代が約６ｍｍで、加工されたその壁厚が約１．５〜２．７ｍｍであり、機械加工すべき残りの面の仕上げ代が約３ｍｍで、加工されたその壁厚が約３〜４．２ｍｍである、請求項１０記載の構造部材。
12. 鋳造され加工されない範囲の壁厚が３〜４．２ｍｍである、請求項１〜１１のいずれか一つに記載の構造部材。
13. クランプ面（９）を有する収容保持部材（８）が、形状安定性のある範囲に配置されている、請求項１〜１２のいずれか一つに記載の構造部材。
14. クランプ面（９）を有する収容保持部材が、外側の横方向支持材（７）とこの横方向支持材を連結する側面（２）とによって形成された長方形部の４つのコーナーに配置されている、請求項１３記載の構造部材。
15. 内部応力の小さなリブ構造体を備えている、請求項１〜１４のいずれか一つに記載の構造部材。
16. 連続する曲線的な横断面移行部を備えている、請求項１〜１５のいずれか一つに記載の構造部材。
17. コーナーが切欠き応力を低減する大きな曲率半径を有する、請求項１〜１６のいずれか一つに記載の構造部材。
18. 部材の内部応力を低減するための熱処理中に空気でチル化される、請求項１〜１７のいずれか一つに記載の構造部材。