JP4416900B2 - 複合材パネルおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機の機体構造や翼等に適用される複合材パネルおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の航空機の複合材翼は、下外板と上外板と桁と小骨等を別個に成形し、これらをファスナ手段により結合して構成するか、片面の外板と桁と小骨を複合材一体成形品とし、この複合材一体成形品に他面の外板をファスナ手段により結合することで構成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
各部材をファスナ結合した航空機の複合材翼は、部品点数が多くなるため、組立てに特別な組み立て治具を必要とし、組立て作業が煩雑で、コストを下げることに難点がある。
【０００４】
片面のみを複合材一体成形品とした航空機の複合材翼は、従来の構造コンセプトをそのままで一体化しているので、治具、成形プロセスが複雑になり、コストコストを下げることに難点がある。
【０００５】
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、、部品点数と組立て工数が大幅に削減でき、低コスト化を可能にする複合材パネルおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合材パネルの製造方法は、外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で形成する工程と、複数のストリンガーを所定間隔を置いて配置し隣接するストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維で形成した連結部材で連結する工程と、連結されたストリンガーおよび連結部材を成形型内に密閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維に樹脂を含浸する工程と、樹脂を含浸したストリンガーおよび連結部材を加熱硬化してストリンガーおよび連結部材を一体成形する工程と、プリプレグを外板成形型上に積層する工程と、積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材を配置する工程と、積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーおよび連結部材を加熱硬化して外板にストリンガーおよび連結部材を結合した外板部を成形する工程と、２つの外板部を補強部材で互いに結合して複合材パネルを形成する工程とを備え、ストリンガーと連結部材を繊維強化樹脂で一体成形することで寸法精度が向上し、連結部材と補強部材の隙間調整がなく組立時間が削減でき、ストリンガーと連結部材と外板とを一体成形する際に複雑なマンドレルを必要としないので治具セット時間が短縮できる。
【０００８】
本発明の複合材翼の製造方法は、翼外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で形成する工程と、複数のストリンガーを所定間隔を置いて配置し、隣接するストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維を積層して形成した連結部材で連結する工程と、連結されたストリンガーおよび連結部材を成形型内に密閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維に樹脂を含浸する工程と、樹脂を含浸したストリンガーおよび連結部材を加熱硬化してストリンガーおよび連結部材を一体成形する工程と、プリプレグを翼の上側表面形状を持つ成形型上に積層する工程と、プリプレグを翼の下側表面形状を持つ成形型上に積層する工程と、一方の成形型上に積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材と半硬化状態に成形された前後桁を配置する工程と、他方の成形型上に積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材を配置する工程と、積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーおよび連結部材と前後桁を加熱硬化して翼外板にストリンガーと連結部材と前後桁を結合した翼外板部を成形する工程と、積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーおよび連結部材を加熱硬化して翼外板にストリンガーと連結部材とを結合した翼外板部を成形する工程と、一方の翼外板部に結合された前桁と後桁に他方の翼外板部をファスナ結合する工程と、２つの翼外板部の連結部材を補強部材で互いに結合して所定の翼形部を形成する工程とから構成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明による複合材パネルの製造方法のブロック図を示し、この複合材翼の製造方法は、外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で形成する工程と、複数のストリンガーの隣接するストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維で形成した連結部材で連結する工程と、ストリンガーおよび連結部材を成形型内に密閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維に樹脂を含浸する工程と、ストリンガーおよび連結部材を加熱硬化してストリンガーおよび連結部材を繊維強化樹脂で一体成形する工程と、プリプレグを外板表面形状を持つ成形型上に積層する工程と、積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材を配置する工程と、プリプレグとストリンガーと連結部材を加熱硬化して一体成形されたストリンガーおよび連結部材を有する外板部を成形する工程と、２つの外板部を補強部材で互いに結合して複合材パネルを形成する工程とから構成される。
【００１０】
外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で形成する工程では、各ストリンガー１は、２次元織物を３次元形状に成形したドライプリフォームまた
は３次元形状に織られたドライプリフォームから作られる。ストリンガー１は、図２に示すように、平面部２とこの平面部２の中央部から直角の方向に延びる垂直部３を有する断面逆Ｔ形をなしている。ストリンガー１は、接着容易性を考慮して、図７に示すように、平面部２の両端部に一体に薄い張り出し部２ａを設けることができる。ストリンガー１は、航空機の胴体構造において外板の長手方向に沿って配置され外板を補強する。
【００１１】
複数のストリンガーの隣接するストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維で形成した連結部材で連結する工程では、図２に示すように、複数本のストリンガー１が、
２本のストリンガー１，１を一対として互いに間隔を置いて並列配置され、隣接するストリンガー１，１同士を連結部材（シアタイ）４で連結する。連結部材４はフランジ部を設けた断面逆Ｔ形をなし、並列配置された２本のストリンガー３，３の間に長手方向に間隔を置いて複数個配置される。
【００１２】
並列配置されるストリンガー１が３本以上の場合には、隣接する２本のストリンガー１，１同士を連結する連結部材４は、隣り合う連結部材４に対して同一線上に配置されずに互い違いに配置されることが好ましい。各連結部材４は、織物を３次元形状に成形したドライプリフォームまたは３次元形状に織られたドライプリフォームから作られる。連結部材４は、ストリンガー１，１の間に配置された時、ストリンガー１よりも高い延長部４ａが形成される。
【００１３】
ストリンガーおよび連結部材を成形型内に密閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維に樹脂を含浸する工程では、並列配置された２本のストリンガー１，１と複数の連結部材４は、空気排出口と樹脂導入口を残して密閉された成形型内に固定される。成形型内に固定されストリンガー１と連結部材４に樹脂導入口を介して樹脂が導入され、ストリンガー１と連結部材４の繊維に含浸される。樹脂を含浸したストリンガー１と連結部材４は加熱されて硬化され、略はしご状補強構造部材５を構成する。この場合、樹脂の硬化は最終状態までは硬化されずに半硬化状態に止められている。ここで、半硬化状態とは、成形型から脱型でき、さらに高温で加熱されても成形過程で必要とする以上の負荷が加えられない限りその形状を保持することができる程度の硬化度をいう。はしご状補強構造部材５は、図２に示すように、連結部材４が延長部４ａだけストリンガー１より上方に延びている。
【００１４】
はしご状補強構造部材５は、半硬化状態において整形することができるし、また、連結部材４も半硬化状態において燃料パイプや空気抜きパイプの通過孔を成形加工することができる。また、パネル板として組み立てられていない部品単体としての非破壊検査を行うことができる。さらに、成形型ははしご状の溝を形成した比較的単純なものでよい。
【００１５】
プリプレグをパネル板表面形状を持つ成形型上に積層する工程では、プリプレグは図示しないパネル板表面形状に対応した成形面を持つ成形型上に積層される。
この時、後のパネル板の組み立てやパネル板内部を点検するための作業孔が設けられるように積層される。積層されたプリプレグは、図３に示すプリプレグ外板６を形成する。
【００１６】
積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材を配置する工程では、複数の半硬化状態のはしご状補強構造部材５がプリプレグ外板６の上に接着フィルム７（図５）を介して並列配置される。各はしご状補強構造部材５は、ストリンガー３がプリプレグ外板６の長手方向に延びように配置される。
この場合、はしご状補強構造部材５，５の間隔を広くすることで作業孔のスペースが確保される。
【００１７】
プリプレグとストリンガーと連結部材を加熱硬化して一体成形されたストリンガーおよび連結部材を有する複合材の外板部を成形する工程では、図５に示すように、プリプレグ外板６と複数の半硬化状態のはしご状補強構造部材５とシリコン製マンドレル８が所定位置に配置される。これら全体はバギングフィルム９で覆われ、加圧加熱することで半硬化状態のはしご状補強構造部材５と未硬化のプリプレグ外板６が結合され完全硬化される。これにより、図４に示すストリンガー１と連結部材４とプリプレグ外板６が一体の外板部２０が成形される。
【００１８】
２つの外板部を補強部材で互いに結合して複合材パネルを形成する工程では、図８に示すように一方の外板部２０の連結部材４の延長部４ａと他方の外板部２０の連結部材４の延長部４ａに補強部材１１をファスナ１２により結合することで複合材パネルが形成される。
【００１９】
上記複合材パネルは、２つの複合材外板２０，２０と、一体成形されたストリンガー１および連結部材４とを有し、一体成形されたストリンガー１および連結部材４は、各複合材外板２０に一体結合され、一体成形されたストリンガー１および連結部材４は、連結部材４がストリンガー１より上方に延び、連結部材４の延長部４ａに補強部材１１がファスナ１２により結合される。この作業は作業孔を使って行われる。
上記複合材パネルは、たとえば、航空機の胴体部に適用される。
【００２０】
つぎに、本発明による複合材翼の製造方法について説明する。
本発明による複合材翼の製造方法は、上記複合材パネルの製造方法と比較すると、構成部材が相違するだけで最終工程を除いて工程はほとんど同じであるので相違点についてのみ説明する。
本発明による複合材翼の製造方法におけるストリンガー１と連結部材４とプリプレグ外板６が一体の下側翼外板部２０が、上記複合材パネルの製造方法におけるストリンガー１と連結部材４とプリプレグパネル板６が一体のパネル板部２０に相当する。
【００２１】
上側翼外板部１０は、下側翼外板部２０と同様にして成形されるが、図９に示すように、上側翼外板部１０には前桁２１と後桁２２が一体に接着される。前桁２１と後桁２２は、別の工程を経て半硬化状態で成形され、はしご状補強構造部材５と同様に接着フィルムを介してプリプレグ外板６上に置かれたシリコン製マンドレルに固定されバギングフィルムで覆われた後、加圧加熱されて上側翼外板部１０に一体に成形される。
【００２２】
上側翼外板部１０と下側翼外板部２０を補強部材１１で互いに結合して所定の翼形部を形成するには、上側翼外板部１０を治具に固定し、上側翼外板部１０の連結部材４の延長部４ａと前桁２１と後桁２２に補強部材１１をファスナ１２により結合する。
そして、下側翼外板部２０を治具に固定された上側翼外板部１０の前桁２１と後桁２２に対して位置決めし、下側翼外板部２０を上側翼外板部１０の前桁２１と後桁２２にリベットまたはボルト等のファスナ１３で固定する。
【００２３】
上側翼外板部１０に前桁２１と後桁２２で結合された下側翼外板部２０は、作業孔を利用して下側翼外板部２０の連結部材４の延長部４ａに補強部材１１がファスナ１２により結合される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明による複合材パネルの製造方法によれば、連結部材をストリンガーに結合し連結部材とストリンガーを樹脂含浸法により一体成形するので、連結部材とストリンガーの寸法精度が向上し、連結部材の位置が正確に設定できるので、連結部材と連結部材を繋ぐ補強部材との隙間調整を行う必要がなく組立時間を削減できる。
また、本発明による複合材パネルの製造方法によれば、連結部材とストリンガーを半硬化状態で一体に成形するので、連結部材とストリンガーの一体成形品の加工や非破壊検査が簡単になり、組立時間が短縮しかつ精度も向上する。
また、本発明による複合材パネルの製造方法によれば、連結部材とストリンガーを一体成形する樹脂含浸法の成形型は、細長い溝を形成するだけの比較的単純な形状でよく、その他の硬化の際に用いられる治具も簡単な形状であり、複合材パネルの大きさに応じた対応が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による複合材パネルの製造方法のブロック図。
【図２】はしご状補強構造部材の一部を示す図。
【図３】プリプレグパネル板を示す図。
【図４】成形されたパネル板部を示す図。
【図５】パネル板部の成形方法を示す図。
【図６】パネル板部の長手方向側面図。
【図７】ストリンガ一の変形例を示す図。
【図８】本発明による複合材パネルの断面図。
【図９】本発明による複合材翼の断面図。
【符号の説明】
３ ストリンガー
４ 連結部材
５ はしご状補強構造部材
６ プリプレグパネル板
１０ 上側外板部
１１ 補強部材
２０ 下側外板部
２１ 前桁
２２ 後桁

Claims (5)

  1. ２枚の外板とその間に置かれて外板を補強するストリンガーとを有する複合材パネルの製造方法において、
    外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で形成する工程と、
    複数のストリンガーを所定間隔を置いて配置し、隣接するストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維で形成した連結部材で連結する工程と、
    連結されたストリンガーおよび連結部材を成形型内に密閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維に樹脂を含浸する工程と、
    樹脂を含浸したストリンガーおよび連結部材を加熱硬化してストリンガーおよび連結部材を一体成形する工程と、
    プリプレグを外板成形型上に積層する工程と、
    積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材を配置する工程と、
    積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーおよび連結部材を加熱硬化して外板にストリンガーおよび連結部材を結合した外板部を成形する工程と、
    ２つの外板部を補強部材で互いに結合して複合材パネルを形成する工程とを備えたことを特徴とする複合材パネルの製造方法。
  2. 樹脂未含浸のストリンガーおよび連結部材は、３次元形状に成形した織物または３次元形状に織られた織物から成形されることを特徴とする請求項１に記載の複合材パネルの製造方法。
  3. 樹脂を含浸し加熱されたストリンガーおよび連結部材は、所定状態まで硬化された半硬化一体成形品であることを特徴とする請求項１に記載の複合材パネルの製造方法。
  4. 一体成形されたストリンガーおよび連結部材は、連結部材がストリンガーより上方に延び、延びた部分にファスナ結合されることを特徴とする請求項１に記載の複合材パネルの製造方法。
  5. 翼外板を補強するストリンガーを樹脂未含浸の繊維で形成する工程と、
    複数のストリンガーを所定間隔を置いて配置し、隣接するストリンガー同士を樹脂未含浸の繊維を積層して形成した連結部材で連結する工程と、
    連結されたストリンガーおよび連結部材を成形型内に密閉し樹脂を導入してストリンガーおよび連結部材の繊維に樹脂を含浸する工程と、
    樹脂を含浸したストリンガーおよび連結部材を加熱硬化してストリンガーおよび連結部材を一体成形する工程と、
    プリプレグを翼の上側表面形状を持つ成形型上に積層する工程と、
    プリプレグを翼の下側表面形状を持つ成形型上に積層する工程と、
    一方の成形型上に積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材と半硬化状態に成形された前後桁を配置する工程と、
    他方の成形型上に積層されたプリプレグの上に一体成形されたストリンガおよび連結部材を配置する工程と、
    積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーおよび連結部材と前後桁を加熱硬化して翼外板にストリンガーと連結部材と前後桁を結合した翼外板部を成形する工程と、
    積層されたプリプレグと一体成形されたストリンガーおよび連結部材を加熱硬化して翼外板にストリンガーと連結部材とを結合した翼外板部を成形する工程と、
    一方の翼外板部に結合された前桁と後桁に他方の翼外板部をファスナ結合する工程と、
    ２つの翼外板部の連結部材を補強部材で互いに結合して所定の翼形部を形成する工程と
    を備えたことを特徴とする複合材翼の製造方法。
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