JP2008500232A - 航空機用窓枠 - Google Patents

Abstract

航空機の外板（５）に設置される窓枠（１）は、少なくとも１つの外側フランジ（２）と、１つの内側フランジ（３）と、これらのフランジの間に垂直に配置された１つの垂直フランジ（４）とを備え、航空機構造体とは、外側フランジ（２）を介して接続され、内側フランジ（３）には、保持される窓要素が取り付けられ、この窓要素は、垂直フランジ（４）を介して保持される。窓枠（１）は、繊維ウェブ半完成部材で補強された樹脂を備え、外側フランジ、内側フランジ及び垂直フランジの３つの領域におけるウェブの層の経路は、それぞれ、機械的な荷重方向に沿う。製造するには、補強されたウェブ（２０、２１、２２）でできた半完成部材（１０）を成形型（１１）に入れ、その中に、一定の圧力及び温度下で樹脂を注入し、次に、このようにして形成した構成材を成形型の中で硬化する。
【選択図】図１

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、２００４年８月９日出願の米国特許仮出願第６０／６００，１０１号の優先日の利益を主張し、この開示内容を参考資料としてここに援用し、また、２００４年５月２４日出願のドイツ特許出願第ＤＥ １０ ２００４ ０２５ ３８０号の優先日の利益を主張し、この開示内容を参考資料としてここに援用する。

本発明は、航空機の窓に関する。特に、本発明は、航空機の外板に設置される窓枠に関し、また、窓枠の作成方法に関する。

今日作成され、稼動している航空機の殆どでは、アルミニウム製の窓枠が使用され、この窓枠は、鍛造、形直し及びカッピングにより作成される部材を備える。窓枠は、外側フランジと、内側フランジと、これら２つのフランジに垂直に、また、これらのフランジの間に配置された垂直フランジという合計３つの領域に分かれている。窓枠は、典型的には、２列のリベットで、外側フランジの上において、航空機構造体又は航空機の外板と接続される。内側フランジには、窓要素が配置され、この窓要素は、典型的には、２つのガラスと、その間に配置されてリテイナ又はダウンホルダを介してその位置に保持されるシーリングとを備え、このダウンホルダは、窓枠と接続される。

このような窓枠は、窓要素を固定するだけでなく、歪みの増大を吸収する機能も有し、この歪みの増大は、荷重を伝達する外板に設けられた、窓用の比較的大きい切欠部の端で起こる。そのため、一方で、窓枠の外側フランジが、この切欠部の補強を行い、他方で、枠と外板が、外側フランジを介して、リベットにより互いに接続される。周知のアルミニウム窓枠は、典型的には、鍛造によって製造されるため、リベットの力分布に適した枠形状の横断分布を得ることができず、なぜなら、簡易なリベット締めを可能にするためには、フランジの傾斜が最大約２度となるかもしれないからである。

内側フランジは、窓要素を受け入れる役割を果たし、これで、傾斜により窓の搭載が簡単になる。同時に、乗客キャビンでよく起こる内側の圧力からの存在する荷重が、この内側フランジを介して航空機の外板に伝達される。

垂直フランジは、できるだけ重量を少なくして外板における張力を最小限に抑えるために、枠における補強リブとしてのみ機能する。この垂直フランジには、また、典型的に、窓要素用のダウンホルダ即ちリテイナがその位置に保持されるためのアイボルトが取り付けられる。同時に、垂直フランジは、また、窓要素の搭載の際のガイドを形成する。

本発明は、この用途で今日使用されている窓枠と比較してかなりの軽量化を可能とする窓を提供することを目的とする。同時に、このような窓枠の製造費用は、できるだけ低いことが望まれる。更に、このような窓枠を作成する簡易で最も費用効率がよい方法が望まれる。

一例としての実施の形態によると、１つの外側フランジと、１つの内側フランジと、これらのフランジに垂直に、また、これらのフランジの間に配置された１つの垂直フランジとを備える、航空機の外板に設置される窓枠が提供される。航空機構造体とは外側フランジを介して接続される。内側フランジには、保持される窓要素が取り付けられ、この窓要素は、垂直フランジを介して保持される。更に、本発明は、このような窓枠の作成方法に関する。

一側面によると、窓枠は、繊維補強された熱可塑性材料を備えてもよい。

更なる一側面によると、ウェビングでできた半完成部材を成形型に入れ、その中に、一定の圧力及び温度下で、樹脂を注入し、次に、このようにして作成した構成材を成形型の中で硬化する方法が提供される。

本発明は、繊維が荷重方向に沿う、ウェビングが荷重に適応するように配置された、繊維組成の構造で作成される窓枠の使用を意図しているため、現在まで使用されているアルミニウムの窓枠と比較して、最大５０パーセントの軽量化が可能となる。本発明により最適化されるその層構造に基づき、本発明に係る窓枠は、準等方性層構造を有する半完成部材から作成される繊維窓枠に関連して同時に約２０パーセントの更なる軽量化を実現できる。このように優れた軽量化の可能性があるにもかかわらず、このような構成材の費用は、アルミニウムを鍛造した部材から作成された窓枠と比較しても、上がらないと考えられる。

同時に、平均壁厚が５ｍｍの、公差がほんの約０．２ｍｍの本発明に係る繊維窓枠を製造することができ、これは、約４パーセントの製作公差に相当する。これに対して、アルミニウムを鍛造した枠では、製造方法によっては、約１．５ｍｍの公差が許容され、これは、同じ壁厚で約３０パーセントの製作公差に相当する。したがって、本発明によれば、個々の窓枠間の重量のばらつきが実質的に低減されると考えられるだけでなく、同時に、航空機の中への枠の設置又は枠への窓要素の搭載が簡単にもなると考えられる。最後に、達成されると考えられる更なる利点は、本発明に係る窓枠の安全性の向上と断熱性の大きな向上である。

次に、本発明を、添付の図面に示す実施の形態を参照して、より詳細に説明する。

図１に示す窓枠１は、繊維構造で作成され、また、周知のアルミニウムを鍛造した枠と同様に、外側フランジ２と、内側フランジ３と、これら２つのフランジの間に配置された垂直フランジ４とを有する。しかしながら、従来のアルミニウム窓枠と対照的に、この場合の外側フランジ２は、均一な円周状のエッジを有する。更に、この外側フランジ２は、対応するアルミニウムを鍛造した部材と対照的に、半径方向で領域によって厚さが異なる。これにより、リベット締めや板の切欠部の領域における材料の利用が実質的に向上する。図２は、詳細な断面図でそれをより明確に示しており、航空機の外板５におけるこのような窓枠１の設置位置を示している。また、この図で重要なのは、枠と外板５とを接続するためのリベット位置６と、２つの窓ガラス７及び８でもあり、この２つの窓ガラス７及び８は、シーリング９と共に、窓要素を形成する。

窓枠１は、いわゆる「樹脂トランスファ成形」即ちＲＴＭ技術によって作成される。これに関して、最初に、プレフォームと呼ばれるモールド部材１０を繊維から作成する。次に、図３及び図４に示すように、これを２部品成形型１１に入れる。下部成形型１２と上部成形型１３の中に、この場合は２つの部分に形成された内側コア１４と外側コア１５が配置される。２つのコア１４と１５との間にプレフォーム１０を入れ、成形型１１を閉じ、一定の圧力及び温度下で、成形型に樹脂を注入する。次に、完成した構成材１を、成形型１１の中で硬化する。プレフォームは、完成した部材としてか、又は、いわゆるサブプレフォーム技術で作成することができ、このサブプレフォーム技術では、完成した窓枠１は、個々のサブストラクチャ要素又はサブプレフォームから合成される。

各場合において、プレフォーム１０は、異なる層に配置された、補強されたウェブの個々の層を備える。個々のウェブ層の個々の繊維の方向は、ここで説明した窓枠１で達成可能な軽量化にとって重要である。枠において周に沿っていない繊維方向の場合には、ここで述べた構成で達成される軽量化を達成できない。０°、４５°及び９０°という主要な層方向を、図５及び図６に示す。つまり、０°方向は、窓枠１の周方向を示し、９０°方向は、半径方向に走り、４５°方向は、垂直フランジ４から外側フランジ２への遷移領域を走る。

繊維経路を図７乃至図１２に詳細に示す。最初に、図７は、窓枠１の荷重に適応した層構造の方向を原理的に示し、図８は、繊維束層構造の断面図を示す。この図において、符号２０は、内側フランジにおける０°のハブを示し、符号２１は、全ての外側領域における±６０°の層と、外側フランジ２から内側フランジ３に伸びる±６０°の層とを示し、符号２２は、垂直フランジ４の領域における０°と９０°の層を有する繊維束を示す。これらの層方向は、外側フランジ２と、内側フランジ３と、垂直フランジ４の接合部で測定される。次に、これらの領域の外側の層構造を、図９乃至図１２を参照して説明し、これらの図では、それぞれ、図の左側に示された窓枠１の一部分が示される。これらの図から分かるように、曲線に配置されたウェブ半完成部材に、以下の詳細が該当する。
垂直フランジ４：
・ 全ての繊維は、それらが測定された方向のままでいる。
内側フランジ３及び外側フランジ２：
・ ０°の繊維は、それらが測定された方向のままでいる（図９）。
・ ±４５°の繊維は、それらが測定された方向のままでいるが、曲がっている（図１０）。
・ ±６０°の繊維は、それらが測定された方向のままでいるが、曲がっている（図１１）。

最後に、図１２は、半径方向の９０°の繊維を示す。総合して、準等方性半径方向直線構造が提供され、ここで、繊維は、常に、荷重方向に走り、直線である。

このようにして作成された窓枠１は、周知のアルミニウム窓枠と比較して、略同じ製造費用で、約５０パーセント軽量化される。これの公差は、対応するアルミニウム構成材の公差よりも本質的に低いと考えられる。同時に、この枠は、周知のアルミニウム窓枠よりも高い安全性とよりよい断熱性を提供すると考えられる。

なお、「備える」という用語は、その他の要素又はステップを排除するのではなく、また、「１つの」は、複数を排除するのではない。また、異なる実施の形態に関連して述べられる要素を組み合わせてもよい。

また、請求項における符号は、請求項の範囲を限定することと考えられないこととする。

窓枠を示す斜視図である。 図１における窓枠の設置位置を示す詳細な断面図である。 図１の窓枠を作成するための成形型の一部を開位置で示す図である。 図３の成形型を閉位置で示す図である。 図１の窓枠における主要な方向を示す図であり、図６は、図５のＶＩで示される領域を詳細に示す図である。 図１の窓枠における主要な方向を示す図であり、図６は、図５のＶＩで示される領域を詳細に示す図である。 図１の窓枠の荷重に適応した構造の方向を示す原理図である。 プレフォームの構造を示す断面図である。 図１の窓枠の異なる領域における繊維経路を示す図である。 図１の窓枠の異なる領域における繊維経路を示す図である。 図１の窓枠の異なる領域における繊維経路を示す図である。 図１の窓枠の異なる領域における繊維経路を示す図である。

符号の説明

１ 窓枠
２ 外側フランジ
３ 内側フランジ
４ 垂直フランジ
７ 窓ガラス
８ 窓ガラス
９ シーリング
１０ プレフォーム
１０ モールド部材
１１ 成形型
１２ 下部成形型
１３ 上部成形型
１４ 内側コア
１５ 外側コア

Claims (2)

1. 航空機構造体を有する航空機の外板に設置される窓枠であって、
   外側フランジと、
   内側フランジと、
   垂直フランジと、
   窓要素とを備え、
   前記垂直フランジは、前記外側フランジと前記内側フランジに本質的に垂直に、また、前記外側フランジと前記内側フランジとの間に配置され、
   前記外側フランジは、前記航空機構造体に接続するようになされ、
   前記窓要素は、前記内側フランジに対して当接し、前記垂直フランジに支持され、
   前記窓枠は、繊維ウェビング半完成部材で補強された樹脂からなり、
   前記繊維ウェビング半完成部材は、繊維束を備え、
   前記繊維束の経路方向は、機械的な荷重方向に沿っている、窓枠。
2. 請求項１又は２のいずれか１項の窓枠の作成方法であって、
   異なるように配置されたウェブ（２０、２１、２２）でできた前記半完成部材（１０）を成形型に入れるステップと、
   前記繊維ウェビング半完成部材は、繊維束を備え、
   前記繊維束の経路方向は、機械的な荷重方向に沿っており、
   前記成形型に樹脂を注入する一方で前記成形型の前記半完成部材に一定の圧力及び温度を与えるステップと、
   その後、前記注入後の前記半完成部材を前記成形型の中で硬化することにより、前記窓枠（１）を形成するステップとを備える、方法。

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