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JP6502719B2 - Aircraft structure, method of manufacturing aircraft structure, and method of creating design information of aircraft structure - Google Patents

Aircraft structure, method of manufacturing aircraft structure, and method of creating design information of aircraft structure Download PDF

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JP6502719B2
JP6502719B2 JP2015065283A JP2015065283A JP6502719B2 JP 6502719 B2 JP6502719 B2 JP 6502719B2 JP 2015065283 A JP2015065283 A JP 2015065283A JP 2015065283 A JP2015065283 A JP 2015065283A JP 6502719 B2 JP6502719 B2 JP 6502719B2
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Description

本発明の実施形態は、航空機構造体、航空機構造体の製造方法及び航空機構造体の設計情報の作成方法に関する。   Embodiments of the present invention relate to an aircraft structure, a method of manufacturing the aircraft structure, and a method of creating design information of the aircraft structure.

航空機構造体を設計する場合には、構造体の重量を小さくする一方、構造体の強度を確保することが重要である。そのため、近年では、航空機構造体の材料として、軽くて強度が大きい炭素繊維強化プラスチック(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics)やガラス繊維強化プラスチック(GFRP: Glass fiber reinforced plastics)等の複合材が使用されている。   When designing an aircraft structure, it is important to secure the strength of the structure while reducing the weight of the structure. Therefore, in recent years, composite materials such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastics) and glass fiber reinforced plastics (GFRP: plastic) are used as materials for aircraft structures. There is.

複合材で構成される航空機構造体は、強化繊維を樹脂に含浸させたプリプレグと呼ばれる薄いシートを積層させ、加熱硬化することにより成形される。このため、複合材の積層方向における強度は、プリプレグの面に沿う方向における強度に比べて小さい。そこで、複合材で構成される航空機構造体には、複合材の積層方向における強度を確保するために、チタンやCFRP等を素材とする補強材が設けられる場合もある。   An aircraft structure composed of a composite material is formed by laminating and heat curing a thin sheet called a prepreg in which reinforcing fibers are impregnated in a resin. For this reason, the strength in the lamination direction of the composite material is smaller than the strength in the direction along the surface of the prepreg. Therefore, in order to secure the strength in the stacking direction of the composite material, a reinforcement material made of titanium, CFRP, or the like may be provided in the aircraft structure formed of the composite material.

しかしながら、補強材を設けると、航空機構造体の重量及び製造コストの増加に繋がる。そこで、複合材で構成される構造体又は複合材自体の強度を向上させるために様々な試みがなされている。   However, the provision of reinforcements leads to an increase in the weight and manufacturing costs of the aircraft structure. Therefore, various attempts have been made to improve the strength of the structure made of the composite material or the composite material itself.

例えば、強度の確保が重要となる典型的な構造体であるストリンガー(縦通材)のプルオフ強度を向上させるために、ストリンガーを構成するために組合される積層後のプリプレグの間にカーボン繊維又はグラファイト繊維を織り込んだ状態又は編み込んだ状態で挿入する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   For example, in order to improve the pull-off strength of a stringer (longitudinal material), which is a typical structure in which securing of strength is important, carbon fibers or interlayer fibers after lamination which are combined to constitute the stringer. A technique has been proposed in which graphite fibers are inserted in a woven or knitted state (see, for example, Patent Document 1).

この技術によれば、ストリンガーのウェブとフランジとの間に形成されるフィラー(充填材)に塗布される接着剤が、カーボン繊維又はグラファイト繊維ににじみやすいため、フィラーをウェブ及びフランジに強力に接着できると説明されている。   According to this technique, since the adhesive applied to the filler formed between the stringer web and the flange is likely to bleed to carbon fibers or graphite fibers, the filler is strongly adhered to the web and the flange. It is described that it can.

また、複合材自体の強度を向上させるために、積層前におけるプリプレグに靭性を向上させるための層間補強シートを挟む技術が提案されている(例えば、特許文献2参照)。靭性を向上させる観点から好適な層間補強シートとしては、不織布、熱可塑性樹脂からなるメッシュ及び熱可塑性樹脂からなる粒子が挙げられると説明されている。   In addition, in order to improve the strength of the composite material itself, a technique has been proposed in which an interlayer reinforcing sheet for improving the toughness of the prepreg before lamination is sandwiched (see, for example, Patent Document 2). As a preferable interlayer reinforcing sheet from the viewpoint of improving toughness, it is described that non-woven fabric, mesh made of thermoplastic resin and particles made of thermoplastic resin are mentioned.

同様に、複合材自体の強度を向上させるために、積層前におけるプリプレグに繊維及び樹脂の他に2種類の不織布を1層以上の不織布層の状態として含有させる技術も提案されている(例えば、特許文献3参照)。この技術によれば、複合材の層間における剥離強度を向上できると説明されている。   Similarly, in order to improve the strength of the composite itself, a technique is also proposed in which two types of non-woven fabrics other than fibers and resins are contained in the state of one or more non-woven fabric layers in the prepreg before lamination (for example, Patent Document 3). According to this technology, it is described that the peel strength between the layers of the composite material can be improved.

特表2011−520690号公報Japanese Patent Application Publication No. 2011-520690 特開2003−019763号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-019763 特表2014−502569号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-502569

本発明は、航空機構造体の強度を一層向上させることを目的とする。   An object of the present invention is to further improve the strength of an aircraft structure.

本発明の実施形態に係る航空機構造体は、積層された第1の複数のプリプレグに対応し、ストリンガーの少なくともウェブを構成する第1の複合材部と、積層された第2の複数のプリプレグに対応し、前記ストリンガーの取付対象となるパネル又は前記ストリンガーのフランジと前記ウェブとの間に形成される隙間を充填するフィラーを構成する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部と、前記フィラーと前記ウェブとの間、前記フィラーと前記パネルとの間及び前記フィラーと前記フランジとの間の少なくとも1箇所に挿入される不織布を有するものである。
また、本発明の実施形態に係る航空機構造体は、積層された第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部と、積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部と、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入された不織布とを有し、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重となる部分については、せん断強度を高める第1の不織布が挿入される一方、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重となる部分については、引張強度を高める第2の不織布が挿入されるものである。
また、本発明の実施形態に係る航空機構造体の設計情報の作成方法は、積層された第1の複数のプリプレグに対応し、ストリンガーの少なくともウェブを構成する第1の複合材部を決定するステップと、積層された第2の複数のプリプレグに対応し、前記ストリンガーの取付対象となるパネル又は前記ストリンガーのフランジと前記ウェブとの間に形成される隙間を充填するフィラーを構成する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部を決定するステップと、前記フィラーと前記ウェブとの間、前記フィラーと前記パネルとの間及び前記フィラーと前記フランジとの間の少なくとも1箇所に挿入される不織布の種類を決定することにより前記第1の複合材部、前記第2の複合材部及び前記不織布を構成要素とする航空機構造体の設計情報を作成するステップとを有するものである。
また、本発明の実施形態に係る航空機構造体の設計情報の作成方法は、積層された第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部を決定するステップと、積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部を決定するステップと、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入される不織布の種類を決定することにより前記第1の複合材部、前記第2の複合材部及び前記不織布を構成要素とする航空機構造体の設計情報を作成するステップとを有し、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重である場合には、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入することでせん断強度を高められる第1の不織布を選択する一方、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重である場合には、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入することで引張強度を高められる第2の不織布を選択するものである。
また、本発明の実施形態に係る航空機構造体の設計情報の作成方法は、積層された第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部を決定するステップと、積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部を決定するステップと、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入される不織布の種類を決定することにより前記第1の複合材部、前記第2の複合材部及び前記不織布を構成要素とする航空機構造体の設計情報を作成するステップとを有し、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重となる部分については、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入することでせん断強度を高められる第1の不織布を選択する一方、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重となる部分については、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入することで引張強度を高められる第2の不織布を選択するものである。
また、本発明の実施形態に係る航空機構造体の製造方法は、第1の複数のプリプレグを積層して、ストリンガーの少なくともウェブを構成する第1の積層体を作成するステップと、第2の複数のプリプレグを積層して、前記ストリンガーの取付対象となるパネル又は前記ストリンガーのフランジと前記ウェブとの間に形成される隙間を充填するフィラーを構成する第2の積層体を作成するステップと、硬化前又は再硬化前における前記第1の積層体と前記第2の積層体との間であって、前記フィラーと前記ウェブとの間、前記フィラーと前記パネルとの間及び前記フィラーと前記フランジとの間の少なくとも1箇所に不織布を挿入するステップと、前記不織布が挿入された硬化前又は再硬化前における前記第1の積層体及び前記第2の積層体を硬化するステップとを有するものである。
また、本発明の実施形態に係る航空機構造体の製造方法は、第1の複数のプリプレグを積層して第1の積層体を作成するステップと、第2の複数のプリプレグを積層して第2の積層体を作成するステップと、硬化前又は再硬化前における前記第1の積層体と前記第2の積層体との間に不織布を挿入するステップと、前記不織布が挿入された硬化前又は再硬化前における前記第1の積層体及び前記第2の積層体を硬化するステップとを有し、硬化後の前記第1の積層体として得られる第1の複合材部と硬化後の前記第2の積層体として得られる第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重となる部分については、せん断強度を高める第1の不織布を挿入する一方、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重となる部分については、引張強度を高める第2の不織布を挿入するものである。
An aircraft structure according to an embodiment of the present invention corresponds to a first plurality of laminated prepregs, and includes at least a first composite portion forming a web of stringers, and a second plurality of laminated prepregs. A second composite part corresponding to the panel to which the stringer is to be attached or a filler for filling the gap formed between the flange of the stringer and the web, the first composite part A second composite part integrated with the part, and a non-woven fabric inserted in at least one place between the filler and the web, between the filler and the panel, and between the filler and the flange ; and it has a.
Further, an aircraft structure according to an embodiment of the present invention includes a first composite portion corresponding to a first plurality of stacked prepregs and a second composite corresponding to a second plurality of stacked prepregs. a wood part, and a second composite section which is integral with the first composite section, and inserted nonwoven between said first composite portion and the second composite section In the portion where the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a shear load, the first nonwoven fabric for increasing the shear strength is inserted. The second non-woven fabric for enhancing the tensile strength is inserted into a portion where the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a tensile load.
In the method of creating design information of an aircraft structure according to an embodiment of the present invention, a step of determining at least a first composite portion constituting at least a web of stringers corresponding to the first plurality of laminated prepregs is determined. And a second composite corresponding to the laminated second plurality of prepregs and constituting a filler to be formed between the panel to which the stringer is to be attached or the flange of the stringer and the web. Determining the second composite part integrated with the first composite part , between the filler and the web, between the filler and the panel, and the filler said first composite section by determining the type of non-woven fabric to be inserted into at least one position, constituting the second composite section and the nonwoven essential between said flange and In which a step of creating a design information of the aircraft structure to.
In the method of creating design information of an aircraft structure according to an embodiment of the present invention, a step of determining a first composite portion corresponding to a first plurality of stacked prepregs ; Determining a second composite part corresponding to a plurality of prepregs, the second composite part being integrated with the first composite part, the first composite part and the first composite part Design information of an aircraft structure having the first composite portion, the second composite portion, and the non-woven fabric as components by determining the type of non-woven fabric inserted between the two composite portions And, if the main load applied between the first composite part and the second composite part is a shear load, the first composite part and the first composite part. The first non-woven fabric can increase shear strength by being inserted between the second composite part and the second composite part. If the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a tensile load while selecting a cloth, the first composite portion and the second composite portion may be selected. The second non-woven fabric can be selected to increase the tensile strength by inserting it between the second and third composite members .
In the method of creating design information of an aircraft structure according to an embodiment of the present invention, a step of determining a first composite portion corresponding to a first plurality of stacked prepregs; Determining a second composite part corresponding to a plurality of prepregs, the second composite part being integrated with the first composite part, the first composite part and the first composite part Design information of an aircraft structure having the first composite portion, the second composite portion, and the non-woven fabric as components by determining the type of non-woven fabric inserted between the two composite portions And forming the first composite material portion and the portion having a shear load as a main load applied between the first composite material portion and the second composite material portion. The shear strength can be increased by inserting it between the second composite part The first composite portion and the second non-woven fabric are selected for the portion where the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a tensile load. A second non-woven fabric whose tensile strength can be enhanced by inserting it between the two composite parts is selected.
The method for manufacturing an aircraft structure according to an embodiment of the present invention further includes the steps of: laminating a first plurality of prepregs to form at least a first laminate forming a web of stringers ; Forming a second laminate that constitutes a filler for filling the gap formed between the panel to which the stringer is to be attached or the flange of the stringer and the web ; Between the first laminate and the second laminate before or before recuring, between the filler and the web, between the filler and the panel, and between the filler and the flange steps and, the first laminate and the second laminate before curing before or re-hardening the nonwoven fabric is inserted to insert a nonwoven fabric in at least one place between the In which a step of curing.
Further, in the method for manufacturing an aircraft structure according to the embodiment of the present invention, a step of laminating a first plurality of prepregs to form a first laminated body, and laminating a second plurality of prepregs to form a second Forming a laminate, inserting a non-woven fabric between the first and second laminates before curing or re-curing, and curing before or re-inserting the non-woven fabric. Curing the first laminate and the second laminate before curing, and a first composite portion obtained as the first laminate after curing and the second after curing In a portion where a main load applied between the second composite part obtained as a laminate of the present invention is a shear load, a first non-woven fabric for increasing the shear strength is inserted, while the first composite part is inserted Main load between the two and the second composite part The portion that the load is a tensile load, is to insert a second nonwoven to improve the tensile strength.

本発明の実施形態に係る航空機構造体の構成を示す横断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The cross-sectional view which shows the structure of the aircraft structure which concerns on embodiment of this invention. 不織布の種類別のモードI層間破壊靭性値GIC及びモードII層間破壊靭性値GIICを示すグラフ。Graph showing the Type of Mode I interlaminar fracture toughness G IC and Mode II interlaminar fracture toughness G IIC of the nonwoven fabric. 図2に示す不織布の性質を示す表。The table | surface which shows the property of the nonwoven fabric shown in FIG. フィラーに掛かる主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるかによって不織布の種類を変える例を示す図。The figure which shows the example which changes the kind of nonwoven fabric according to whether the main load concerning a filler is tensile load or shear load. フィラーに掛かる主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるかによって種類が異なる複数の不織布を異なる位置に挿入する例を示す図。The figure which shows the example which inserts the several non-woven fabric from which a kind differs according to whether the main load concerning a filler is tensile load or shear load in a different position.

本発明の実施形態に係る航空機構造体、航空機構造体の製造方法及び航空機構造体の設計情報の作成方法について添付図面を参照して説明する。   An aircraft structure, a method of manufacturing an aircraft structure, and a method of creating design information of an aircraft structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

(航空機構造体の構造)
図1は本発明の実施形態に係る航空機構造体の構成を示す横断面図である。
(Structure of aircraft structure)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an aircraft structure according to an embodiment of the present invention.

航空機構造体1は、航空機を構成する桁(スパー)、小骨(リブ)、外板(パネル)(スキンとも言う)及びストリンガー等の構造体であり、かつ複合材で構成された構造体である。図1は、一例として航空機構造体1が複合材で構成されたI型ストリンガー2である場合を示している。   The aircraft structure 1 is a structure including a spar, a small bone (rib), an outer plate (panel) (also referred to as a skin), and a stringer, which constitute an aircraft, and is a structure formed of a composite material. . FIG. 1 shows, as an example, the case where the aircraft structure 1 is a type I stringer 2 made of a composite material.

I型ストリンガー2は、図1に示すように横断面形状がI字型のストリンガーである。すなわち、I型ストリンガー2は、2つのフランジ3を、ウェブ4で連結した構造を有する。I型ストリンガー2は、パネル5に補強材として取付けられる。典型的には、I型ストリンガー2のパネル5側におけるフランジ3がファスナ6によってパネル5に固定される。また、必要に応じて、パネル5側におけるフランジ3とウェブ4との間に形成されるR面取り部分を補強するためのラディアスフィラー7が、パネル5側におけるフランジ3とともにファスナ6によって固定される。   The type I stringer 2 is a stringer having an I-shaped cross section as shown in FIG. That is, the type I stringer 2 has a structure in which two flanges 3 are connected by a web 4. The type I stringer 2 is attached to the panel 5 as a reinforcement. Typically, the flange 3 on the panel 5 side of a type I stringer 2 is secured to the panel 5 by fasteners 6. In addition, as required, a radial filler 7 for reinforcing an R-chamfered portion formed between the flange 3 and the web 4 on the panel 5 side is fixed by the fastener 6 together with the flange 3 on the panel 5 side.

I型ストリンガー2は、シート状の複数のプリプレグの積層体を組立てた後、加熱硬化することによって製造される。従って、I型ストリンガー2は、プリプレグの積層方向、すなわち繊維の方向が互いに異なる複数の複合材層2A、2B、2C、2D、2E、2Fを有する。具体的には、図1に示すように、I型ストリンガー2は、6つの複合材層2A、2B、2C、2D、2E、2Fを有する。   The type I stringer 2 is manufactured by heat curing after assembling a laminate of a plurality of sheet-like prepregs. Accordingly, the type I stringer 2 has a plurality of composite material layers 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F in which the lamination directions of the prepregs, that is, the fiber directions are different from each other. Specifically, as shown in FIG. 1, the type I stringer 2 has six composite material layers 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F.

第1の複合材層2Aは、パネル5から離れた側のフランジ3の上面側を形成する板状の複合材層である。第2の複合材層2Bは、パネル5側のフランジ3の下面側を形成する板状の複合材層である。第3の複合材層2Cは、パネル5から離れた側のフランジ3の下面側、ウェブ4の片側及びパネル5側のフランジ3の上面側を形成する横断面が逆C字型の複合材層である。第4の複合材層2Dは、パネル5から離れた側のフランジ3の下面側、ウェブ4の片側及びパネル5側のフランジ3の上面側を形成する横断面がC字型の複合材層である。   The first composite material layer 2A is a plate-like composite material layer that forms the upper surface side of the flange 3 on the side away from the panel 5. The second composite material layer 2B is a plate-like composite material layer that forms the lower surface side of the flange 3 on the panel 5 side. The third composite material layer 2C is a composite material layer having an inverted C-shaped cross section forming the lower surface side of the flange 3 on the side away from the panel 5, one side of the web 4 and the upper surface side of the flange 3 on the panel 5 side. It is. The fourth composite layer 2D is a composite layer having a C-shaped cross section forming the lower surface side of the flange 3 on the side away from the panel 5, one side of the web 4 and the upper surface side of the flange 3 on the panel 5 side. is there.

横断面が逆C字型の第3の複合材層2C及び横断面がC字型の第4の複合材層2Dは、それぞれウェブ4及び2つのフランジ3の内側の左側及び右側として互いに組合される。第3の複合材層2C及び第4の複合材層2Dは、第2の複合材層2Bの上に組合わせられる。第3の複合材層2C及び第4の複合材層2Dの上には、第1の複合材層2Aが組合わせられる。   The third composite layer 2C of inverted C-shaped cross section and the fourth composite layer 2D of C-shaped cross section are combined with each other as the inner left and right sides of the web 4 and the two flanges 3 respectively Ru. The third composite layer 2C and the fourth composite layer 2D are combined on the second composite layer 2B. The first composite layer 2A is combined on the third composite layer 2C and the fourth composite layer 2D.

そうすると、第1の複合材層2A、第3の複合材層2C及び第4の複合材層2Dの間には、横断面が概ね逆三角形の空隙が生じる。そこで、第1の複合材層2A、第3の複合材層2C及び第4の複合材層2Dの間に生じる空隙に、横断面が概ね逆三角形の棒状の第5の複合材層2Eが設けられる。   Then, a void having a substantially inverted triangle cross section is generated between the first composite material layer 2A, the third composite material layer 2C, and the fourth composite material layer 2D. Therefore, a bar-like fifth composite material layer 2E having a substantially inverted triangle cross section is provided in a space generated between the first composite material layer 2A, the third composite material layer 2C, and the fourth composite material layer 2D. Be

同様に、第2の複合材層2B、第3の複合材層2C及び第4の複合材層2Dの間には、横断面が概ね三角形の空隙が生じる。そこで、第2の複合材層2B、第3の複合材層2C及び第4の複合材層2Dの間に生じる空隙に、横断面が概ね三角形の棒状の第6の複合材層2Fが設けられる。   Similarly, a void having a substantially triangular cross section is generated between the second composite layer 2B, the third composite layer 2C, and the fourth composite layer 2D. Therefore, a rod-like sixth composite material layer 2F having a substantially triangular cross section is provided in the space generated between the second composite material layer 2B, the third composite material layer 2C, and the fourth composite material layer 2D. .

このように、I型ストリンガー2は、積層された複数のプリプレグに対応する複数の複合材層2A、2B、2C、2D、2E、2Fを有する。これは、ストリンガーとパネルとが一体となった構造、スパー或いはリブ等の平板構造でない他の航空機構造体についても同様である。   Thus, the type I stringer 2 has a plurality of composite material layers 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F corresponding to a plurality of laminated prepregs. The same is true for other non-flat plate structures such as stringer and panel integral structures, spars or ribs.

尚、第5の複合材層2E及び第6の複合材層2Fのように、ウェブ4とフランジ3との間に生じる空隙を埋めるためのフィラーはヌードルとも呼ばれる。I型ストリンガー2をパネル5に組合わせた状態で同時に加熱硬化する場合には、第2の複合材層2Bが設けられない場合もある。その場合には、ヌードルは、ウェブ4、フランジ3及びパネル5の間に生じる空隙を充填するために設けられる。   The filler for filling the space generated between the web 4 and the flange 3 as in the fifth composite material layer 2E and the sixth composite material layer 2F is also called noodle. When heat curing is performed simultaneously with the type I stringer 2 combined with the panel 5, the second composite material layer 2B may not be provided. In that case, noodles are provided to fill the air gaps that occur between the web 4, the flanges 3 and the panels 5.

I型ストリンガー2は、パネル5から引離す方向の荷重が負荷された場合に、破壊が生じないように強度設計される必要がある。I型ストリンガー2に、パネル5から引離す方向の荷重が負荷された場合に局所的に荷重が負荷される部分は、パネル5側におけるヌードルの周辺である。I型ストリンガー2に、パネル5から引離す方向の荷重が負荷された場合にヌードルの周辺で破壊が生じる時の荷重は、プルオフ荷重と呼ばれる。そして、I型ストリンガー2は、プルオフ荷重が、実際に想定される荷重に対して十分に大きい荷重となるように強度設計される。これは、同様な条件で使用されるT型ストリンガーやZ型ストリンガー等の他のストリンガーについても同様である。つまり、ストリンガーは重量の増加を抑えつつ、プルオフ荷重ができるだけ大きくなるように設計することが重要である。   The type I stringer 2 needs to be designed so as not to break when a load in the direction of pulling away from the panel 5 is applied. When a load in the direction of pulling away from the panel 5 is applied to the type I stringer 2, the portion to which the load is locally applied is the periphery of the noodle on the panel 5 side. When a load in the direction of pulling away from the panel 5 is applied to the type I stringer 2, the load at which breakage occurs around the noodle is called a pull-off load. The type I stringer 2 is designed so that the pull-off load is a load that is sufficiently large relative to the load that is actually assumed. The same applies to other stringers such as T-type stringers and Z-type stringers used under similar conditions. In other words, it is important to design the stringer so that the pull-off load is as large as possible while suppressing the increase in weight.

そこで、I型ストリンガー2にパネル5から引離す方向の荷重が負荷された場合に局所的に応力が集中する第6の複合材層2Fの周囲には、強度を向上させるための不織布8が挿入される。不織布8は、繊維を織らずに絡み合わせたシート状の素材である。特に、熱可塑性を有する不織布8を挿入することが強度を向上させる観点から好適であることが試験によって確認された。   Therefore, a non-woven fabric 8 for improving strength is inserted around the sixth composite material layer 2F where stress is concentrated locally when a load in a direction to be separated from the panel 5 is applied to the I-type stringer 2. Be done. The non-woven fabric 8 is a sheet-like material in which fibers are entangled without weaving. In particular, it was confirmed by the test that inserting the non-woven fabric 8 having thermoplasticity is preferable from the viewpoint of improving the strength.

不織布8は、第6の複合材層2Fと第2の複合材層2Bとの間、第6の複合材層2Fと第3の複合材層2Cとの間及び第6の複合材層2Fと第4の複合材層2Dとの間の少なくとも1箇所に挿入することができる。適切な種類の不織布8を挿入すると、I型ストリンガー2に生じる局所的な引張応力及びせん断応力に対抗する強度を向上させることができる。   The non-woven fabric 8 is provided between the sixth composite material layer 2F and the second composite material layer 2B, between the sixth composite material layer 2F and the third composite material layer 2C, and between the sixth composite material layer 2F and It can be inserted in at least one place between the fourth composite layer 2D. Insertion of the appropriate type of non-woven fabric 8 can improve the strength against local tensile stress and shear stress generated in the type I stringer 2.

I型ストリンガー2への不織布8の挿入位置は、第6の複合材層2Fの周囲に限らず、他の隣接する複合材層2A、2B、2C、2D、2E間を対象としてもよい。また、各複合材層2A、2B、2C、2D、2Eの内部に局所的に不織布8を挿入してもよい。更に、I型ストリンガー2に限らず、複合材で構成される他の航空機構造体についても隣接する少なくとも2つの複合材層間の必要な位置に不織布を挿入することによって航空機構造体の強度を向上させることができる。また、積層方向が同じ複合材層の内部の必要な位置に局所的に不織布を挿入することによって所望の航空機構造体の強度を向上させることもできる。   The insertion position of the non-woven fabric 8 into the type I stringer 2 is not limited to the periphery of the sixth composite material layer 2F, and may be between other adjacent composite material layers 2A, 2B, 2C, 2D, and 2E. In addition, the non-woven fabric 8 may be locally inserted into the respective composite material layers 2A, 2B, 2C, 2D and 2E. Furthermore, the strength of the aircraft structure is improved by inserting the non-woven fabric at the required position between at least two adjacent composite layers not only for the type I stringer 2 but also for other aircraft structures composed of composites. be able to. It is also possible to improve the strength of the desired aircraft structure by inserting the non-woven fabric locally at the required position inside the composite layer in the same stacking direction.

すなわち、任意の航空機構造体を、積層された第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部と、積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部とを一体化して構成することができる。そして、第1の複合材部と、第2の複合材部との間に不織布を挿入することによって航空機構造体の機械的特性を改善することができる。つまり、航空機構造体を構成する複合材層の荷重が集中する位置に、局所的に不織布を挿入することができる。   That is, an arbitrary aircraft structure is integrated with a first composite portion corresponding to the first plurality of laminated prepregs and a second composite portion corresponding to the second plurality of laminated prepregs. Can be organized and organized. The mechanical properties of the aircraft structure can then be improved by inserting the non-woven fabric between the first composite part and the second composite part. That is, the non-woven fabric can be locally inserted at a position where the load of the composite material layer constituting the aircraft structure is concentrated.

尚、一般には、複数のプリプレグの積層体を組合わせた後に、加熱硬化することによって複合材の構造体が製造されるが、硬化後のプリプレグの積層体と、硬化前のプリプレグの積層体とを組合わせて再硬化することによって複合材の構造体が製造される場合もある。例えば、パネルにストリンガーを取付けた構造を有する構造体を製造する場合に、ストリンガーの積層体を硬化させた後に、硬化後のストリンガーの接着面をフィルム接着剤で硬化前のパネルの上に接着した状態で加熱硬化する場合もある。この場合には、ストリンガーが再硬化されることになる。従って、不織布は、製造時において硬化前又は再硬化前における隣接するプリプレグの積層体の間に挿入されることになる。   Generally, after combining a laminate of a plurality of prepregs, a composite structure is manufactured by heat curing, but a laminate of a prepreg after curing and a laminate of a prepreg before curing are produced. Composite structures may also be produced by combining and re-curing. For example, when manufacturing a structure having a structure in which the stringer is attached to the panel, after curing the laminate of the stringer, the adhesive surface of the stringer after curing is adhered onto the panel before curing with a film adhesive. In some cases, heat curing may occur. In this case, the stringer will be recured. Therefore, the non-woven fabric is inserted between the laminates of adjacent prepregs before curing or re-curing at the time of manufacture.

また、積層方向が同じ複合材層の内部に局所的に不織布を挿入する場合には、一定枚数のプリプレグを積層した後に不織布を挿入し、その後再びプリプレグを一定枚数積層した後に加熱硬化することになる。従って、硬化後には、第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部と、第1の複数のプリプレグと同じ積層方向に積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部との間に不織布が挿入されることになる。   Further, in the case where a non-woven fabric is locally inserted into the composite material layer in the same lamination direction, a non-woven fabric is inserted after laminating a predetermined number of prepregs, and then a predetermined number of prepregs are laminated again and then heat cured. Become. Therefore, after curing, the first composite portion corresponding to the first plurality of prepregs, and the second composite corresponding to the second plurality of prepregs laminated in the same stacking direction as the first plurality of prepregs. The non-woven fabric is inserted between the material part.

一方、上述のように、プリプレグの積層方向が異なる複数の積層体を組合わせ、積層体の間に不織布を挿入する場合には、硬化後に、第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部と、第1の複数のプリプレグと異なる積層方向に積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部との間に不織布が挿入されることになる。   On the other hand, as described above, in the case of combining a plurality of laminates having different prepreg lamination directions and inserting a non-woven fabric between the laminates, after curing, the first composite corresponding to the first plurality of prepregs The non-woven fabric is inserted between the material portion and the second composite portion corresponding to the second plurality of prepregs stacked in the stacking direction different from the first plurality of prepregs.

航空機構造体がI型ストリンガー2等のストリンガーである場合には、航空機構造体は、ストリンガーの少なくともウェブを構成する第1の複合材部と、ストリンガーの取付対象となるパネル又はストリンガーのフランジとウェブとの間に形成される隙間を充填するフィラーを構成する第2の複合材部とを有する。そこで、フィラーとウェブとの間、フィラーとパネルとの間及びフィラーとフランジとの間の少なくとも1箇所に不織布を挿入することができる。もちろん、必要に応じてウェブの内部やフランジの内部に局所的に不織布を挿入することもできる。   When the aircraft structure is a stringer, such as a Type I stringer 2, the aircraft structure comprises a first composite section constituting at least a web of the stringer and a flange or web of the panel or stringer to which the stringer is to be attached And a second composite part that constitutes a filler that fills the gap formed between the two. Thus, the non-woven fabric can be inserted into at least one place between the filler and the web, between the filler and the panel, and between the filler and the flange. Of course, it is also possible to insert the non-woven fabric locally into the inside of the web or the inside of the flange as required.

尚、ストリンガーのフィラーには局所的に引張応力及びせん断応力が負荷されるため、フィラーの内部にも不織布を挿入することがストリンガーのプルオフ荷重の増加に繋がる。フィラーは、プリプレグを渦巻状に重ねて構成することができる。従って、渦巻状のプリプレグの間に渦巻状に不織布を挿入することができる。このような、不織布を挿入したフィラーは、例えば、プリプレグと不織布を重ねて丸めることによって製作することができる。   In addition, since tensile stress and shear stress are locally applied to the filler of the stringer, inserting the non-woven fabric also into the inside of the filler leads to an increase in the pull-off load of the stringer. The filler can be formed by piling up the prepreg in a spiral shape. Therefore, it is possible to insert the non-woven fabric spirally between the spiral prepregs. Such a non-woven fabric inserted filler can be produced, for example, by overlapping and rolling a prepreg and a non-woven fabric.

(航空機構造体の設計方法)
次に、不織布の種類の決定を含む航空機構造体の設計情報の作成方法について説明する。
(Design method of aircraft structure)
Next, a method of creating design information of an aircraft structure including determination of the type of non-woven fabric will be described.

図1に例示されるような航空機構造体の設計情報を作成する場合には、航空機構造体の板厚や断面積等のサイズに基づいて、積層された第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部、例えば、ウェブやフランジ等を構成する第1の複合材部が決定される。また、第1の複合材部と一体化されるフィラー等の第2の複合材部が決定される。第2の複合材部は、積層された第2の複数のプリプレグに対応する複合材部である。第2の複数のプリプレグの積層方向は、第1の複数のプリプレグの積層方向と同一であっても良いし、異なっていてもよい。   When creating design information of an aircraft structure as exemplified in FIG. 1, the first corresponding to the first plurality of prepregs stacked based on the size such as the board thickness and cross-sectional area of the aircraft structure A first composite part constituting one composite part, for example, a web, a flange or the like is determined. Also, a second composite part, such as a filler, integrated with the first composite part is determined. The second composite portion is a composite portion corresponding to the stacked second plurality of prepregs. The stacking direction of the second plurality of prepregs may be the same as or different from the stacking direction of the first plurality of prepregs.

次に、第1の複合材部と第2の複合材部との間に挿入される不織布の種類が決定される。これにより、第1の複合材部、第2の複合材部及び不織布を構成要素とする機械的強度が改善された航空機構造体の設計情報を作成することができる。そして、作成した航空機構造体の設計情報を設計依頼者や設計者等に提供することができる。   Next, the type of non-woven fabric inserted between the first composite part and the second composite part is determined. This makes it possible to create design information of an aircraft structure having improved mechanical strength, which includes the first composite portion, the second composite portion, and the non-woven fabric as components. Then, design information of the created aircraft structure can be provided to a design client, a designer, or the like.

不織布の種類は、第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるのかによって決定することができる。第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるのかは、航空機構造体の応力解析を行うことによって判定することができる。   The type of non-woven fabric can be determined depending on whether the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a tensile load or a shear load. Whether the main load applied between the first composite part and the second composite part is a tensile load or a shear load can be determined by conducting stress analysis of the aircraft structure .

例えば、航空機構造体が図1に示すようなI型ストリンガー2であれば、有限要素法(FEM :Finite Element Method)等による応力解析によってI型ストリンガー2に、パネル5から離れた側におけるフランジ3をパネル5から引き離す方向の引張荷重を負荷したときの応力分布を求めることができる。これにより、フィラーである第6の複合材層2Fと第2の複合材層2Bとの間、第6の複合材層2Fと第3の複合材層2Cとの間及び第6の複合材層2Fと第4の複合材層2Dとの間における各引張応力及び各せん断応力を求めることができる。そして、第6の複合材層2Fと第2の複合材層2Bとの間、第6の複合材層2Fと第3の複合材層2Cとの間及び第6の複合材層2Fと第4の複合材層2Dとの間における主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるのかを判定することができる。加えて、特に引張応力又はせん断応力が集中する箇所も特定することができる。   For example, if the aircraft structure is an I-type stringer 2 as shown in FIG. 1, the flange 3 on the side away from the panel 5 may be formed on the I-type stringer 2 by stress analysis using FEM (Finite Element Method) or the like. The stress distribution can be determined when a tensile load is applied in a direction away from the panel 5. Thereby, between the sixth composite material layer 2F and the second composite material layer 2B which are fillers, between the sixth composite material layer 2F and the third composite material layer 2C, and the sixth composite material layer Each tensile stress and each shear stress between 2F and the fourth composite material layer 2D can be determined. And, between the sixth composite material layer 2F and the second composite material layer 2B, between the sixth composite material layer 2F and the third composite material layer 2C, and between the sixth composite material layer 2F and the fourth It can be determined whether the main load between the composite material layer 2D and the composite material layer 2D is a tensile load or a shear load. In addition, in particular, locations where tensile stress or shear stress is concentrated can also be identified.

尚、航空機構造体が主翼等の空気の圧力を受ける構造体であれば、空気の圧力分布を負荷する条件で応力解析を実行することによって航空機構造体を構成する第1の複合材部と第2の複合材部との間における引張応力及びせん断応力を求めるようにしてもよい。   If the aircraft structure is a structure that receives the pressure of air such as a main wing, the first composite portion and the first composite part that configure the aircraft structure by executing stress analysis under the condition that loads the pressure distribution of air. The tensile stress and the shear stress between the two composite parts may be determined.

また、航空機構造体の破壊試験を行えば、応力分布を求めるための数値解析を必ずしも行わずに、応力集中が起こる箇所を確認することができる。実際に、横断面が逆L字型の左右対称な2つの複合材層と、平板状の複合材層とを組合わせて空隙をフィラーで充填したT型ストリンガーに引張荷重を付与して破壊試験を行った。   Moreover, if the destructive test of the aircraft structure is performed, it is possible to confirm the location where stress concentration occurs, without necessarily performing the numerical analysis for obtaining the stress distribution. In fact, a fracture test is performed by applying a tensile load to a T-type stringer in which a filler is filled with voids by combining two symmetrical composite layers with an inverted L-shaped cross section and a flat composite layer. Did.

その結果、プリプレグを20ply積層した厚みを有するT型ストリンガーの場合には、破壊の起点がフィラーの内部となることが確認された。その後、引張荷重を増加すると、亀裂がウェブの内部及びフィラーのフランジ側における面に生じ、次第に亀裂が進展していくことが確認された。   As a result, in the case of a T-type stringer having a thickness of 20 ply laminated prepregs, it was confirmed that the origin of breakage is inside the filler. Thereafter, when the tensile load was increased, it was confirmed that cracks were generated in the inside of the web and the surface on the flange side of the filler, and the cracks gradually developed.

一方、プリプレグを56ply積層した厚みを有するT型ストリンガーの場合には、逆L字型の複合材層のR面取り部分において複合材の剥離が発生した。その後、引張荷重を増加すると、R面取り部分における剥離とは別にフィラーと平板状の複合材層との間において新たな剥離が発生した。   On the other hand, in the case of a T-type stringer having a thickness of 56 ply laminated prepregs, peeling of the composite material occurred at the R-chamfered portion of the inverted L-shaped composite material layer. Thereafter, when the tensile load was increased, new peeling occurred between the filler and the flat composite layer separately from the peeling at the R-chamfered portion.

このように、航空機構造体の各部の寸法や断面積等のサイズに依存して航空機構造体の破壊モードが変化する。航空機構造体の破壊モードは、負荷される外部荷重の分布及び向きに加えて、ファスナの位置や種類等の他の強度に影響を及ぼす要因によっても変化すると考えられる。すなわち、局所的に荷重が掛かる位置と、主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるかが、航空機構造体のサイズ及び構造並びに航空機構造体に負荷される外部荷重の分布及び向きに依存して変化する。   Thus, the failure mode of the aircraft structure changes depending on the size, cross-sectional area, etc. of each part of the aircraft structure. In addition to the distribution and orientation of the applied external load, it is believed that the failure mode of the aircraft structure will also change due to factors that affect the strength, such as the location and type of fasteners. That is, the position where the load is locally applied and whether the main load is a tensile load or a shear load depend on the size and structure of the aircraft structure and the distribution and direction of the external load applied to the aircraft structure. Change.

航空機構造体の応力解析を行う場合においても、解析モデルを適切に作成すれば、破壊試験と同様な結果を得ることができると考えられる。すなわち、航空機構造体に負荷される外部荷重の分布及び向きと、航空機構造体のサイズ及び構造とに応じて解析モデルが変化し、応力解析の結果も変化すると考えられる。   Even when stress analysis of an aircraft structure is performed, it is considered that if the analysis model is appropriately prepared, it is possible to obtain the same result as the destructive test. That is, it is considered that the analysis model changes according to the distribution and direction of the external load applied to the aircraft structure and the size and structure of the aircraft structure, and the result of the stress analysis also changes.

このような航空機構造体の応力解析又は破壊試験を行うと、応力解析又は破壊試験の結果に基づいて適切な不織布の種類及び不織布の適切な挿入位置を決定することが可能となる。すなわち、荷重が集中する位置に不織布を挿入すればよいことになる。具体的には、一体化される複数の複合材部を決定し、航空機構造体の破壊試験又は応力解析の結果に基づいて複数の複合材部への不織布の挿入位置、すなわち複合材部の間及び複合材部の内部の少なくとも一方への不織布の挿入位置を決定することにより複数の複合材部及び不織布を構成要素とする航空機構造体の設計情報を作成することができる。   When stress analysis or failure test of such an aircraft structure is performed, it is possible to determine an appropriate non-woven fabric type and an appropriate insertion position of the non-woven fabric based on the results of the stress analysis or failure test. That is, it is sufficient to insert the non-woven fabric at a position where the load is concentrated. Specifically, the plurality of composite parts to be integrated are determined, and the insertion position of the non-woven fabric into the plurality of composite parts based on the result of the destructive test or stress analysis of the aircraft structure, ie, between the composite parts And by determining the insertion position of the non-woven fabric into at least one of the inside of the composite part, it is possible to create design information of the aircraft structure having the plurality of composite parts and the non-woven fabric as components.

また、引張荷重が支配的な複合材層間には、引張強度の向上効果のある不織布を選択する一方、せん断荷重が支配的な複合材層間には、せん断強度の向上効果のある不織布を選択すればよいということになる。   Also, select a non-woven fabric with an effect of improving tensile strength as the composite material layer in which the tensile load is dominant, and select a non-woven fabric with an improvement effect in the shear strength as the composite material layer in which the shear load is dominant. It means that it is good.

図2は不織布の種類別のモードI層間破壊靭性値GIC及びモードII層間破壊靭性値GIICを示すグラフであり、図3は図2に示す不織布の性質を示す表である。 FIG. 2 is a graph showing Mode I interlaminar fracture toughness value G IC and Mode II interlaminar fracture toughness value G IIC according to the type of nonwoven fabric, and FIG. 3 is a table showing the properties of the nonwoven fabric shown in FIG.

図2(A)の棒グラフの縦軸はモードI層間破壊靭性値GICを示し、図2(B)の棒グラフの縦軸はモードII層間破壊靭性値GIICを示す。また、各棒グラフに記載されている数字は、当該棒グラフに対応する条件で測定した複数のデータの平均値を示し、各棒グラフに記載されている線分の幅は、当該棒グラフに対応する条件で測定した複数のデータの最大値と最小値との間における幅を示す。 The vertical axis of the bar graph in FIG. 2A indicates the mode I interlaminar fracture toughness value G IC, and the vertical axis of the bar graph in FIG. 2B indicates the mode II interlaminar fracture toughness value G IIC . In addition, the numbers described in each bar graph indicate the average value of a plurality of data measured under the condition corresponding to the bar graph, and the width of the line segment described in each bar graph corresponds to the condition corresponding to the bar graph The width between the maximum value and the minimum value of a plurality of measured data is shown.

図3に示すように、呉羽テック株式会社製の品番LNS0030、LNS1225、G5025、G4020及びRD13−0003でそれぞれ特定される不織布から選択した不織布を複合材層間に挿入してそれぞれモードI層間破壊靭性値GIC及びモードII層間破壊靭性値GIICを測定した。 As shown in FIG. 3, a non-woven fabric selected from non-woven fabrics specified by product numbers LNS0030, LNS1225, G5025, G4020 and RD13-0003 manufactured by Toha Tech Co., Ltd. is inserted between the composite layers and the Mode I interlaminar fracture toughness value is shown. G IC and Mode II interlaminar fracture toughness G II C were measured.

品番LNS0030で特定される不織布は、目付が30g/m、融点が115℃、160℃における溶融粘度が650Pa・sの、ポリアミドを主原料とする不織布である。品番LNS1225で特定される不織布は、目付が25g/m、融点が115℃、160℃における溶融粘度が1100Pa・sの、ポリアミドを主原料とする不織布である。品番G5025で特定される不織布は、目付が25g/m、融点が150℃、190℃における溶融粘度が300Pa・sの、ポリエステルを主原料とする不織布である。品番G4020で特定される不織布は、目付が20g/m、融点が143℃、190℃における溶融粘度が590Pa・sの、ポリエステルを主原料とする不織布である。品番RD13−0003で特定される不織布は、目付が15g/m、融点が95℃から103℃、160℃における溶融粘度が230Pa・sの、共重合ポリエステルを主原料とする不織布である。尚、目付は、単位面積当たりの重量であり、通常、1m当たりの重量が目付として表示される。 The non-woven fabric specified by the product No. LNS 0030 is a non-woven fabric mainly composed of polyamide and having a basis weight of 30 g / m 2 , a melting point of 115 ° C., and a melt viscosity at 160 ° C. of 650 Pa · s. The nonwoven fabric specified by product No. LNS 1225 is a nonwoven fabric mainly composed of polyamide and having a basis weight of 25 g / m 2 , a melting point of 115 ° C., and a melt viscosity at 160 ° C. of 1100 Pa · s. The nonwoven fabric specified by product No. G5025 is a nonwoven fabric mainly composed of polyester having a basis weight of 25 g / m 2 , a melting point of 150 ° C., and a melt viscosity at 190 ° C. of 300 Pa · s. The nonwoven fabric specified by product No. G4020 is a nonwoven fabric mainly composed of polyester having a basis weight of 20 g / m 2 , a melting point of 143 ° C., and a melt viscosity at 190 ° C. of 590 Pa · s. The nonwoven fabric specified by product number RD 13-0003 is a nonwoven fabric mainly composed of copolyester having a basis weight of 15 g / m 2 , a melting point of 95 ° C. to 103 ° C., and a melt viscosity at 160 ° C. of 230 Pa · s. Incidentally, the basis weight is the weight per unit area, usually the weight per 1 m 2 is displayed as basis weight.

図2(A)、(B)の棒グラフにおいて一番左のデータは、複合材層間に不織布を挿入せずに測定したデータである。その他のデータは、複合材層間に不織布を挿入して測定したデータである。尚、モードII層間破壊靭性値GIICについては挿入する不織布の枚数を変えてデータを取得した。 The leftmost data in the bar graphs of FIGS. 2A and 2B are data measured without inserting a non-woven fabric between the composite layers. Other data are data measured by inserting a non-woven fabric between composite layers. As for mode II interlaminar fracture toughness value G IIC , data was acquired by changing the number of non-woven fabrics to be inserted.

図2(A)によれば、品番LNS0030で特定されるポリアミドを主原料とする不織布、品番LNS1225で特定されるポリアミドを主原料とする不織布、品番G5025で特定されるポリエステルを主原料とする不織布、品番RD13−0003で特定される共重合ポリエステルを主原料とする不織布のいずれを複合材層間に挿入しても、複合材層間に不織布を挿入しない場合に比べてモードI層間破壊靭性値GICが増加することが確認できる。特に、品番LNS0030で特定されるポリアミドを主原料とする不織布を複合材層間に挿入すると、他の不織布を挿入する場合に比べてモードI層間破壊靭性値GICの増加量が大きいことも確認できる。 According to FIG. 2 (A), the nonwoven fabric mainly composed of polyamide specified by product number LNS0030, the nonwoven fabric mainly composed of polyamide specified by product number LNS1225, the nonwoven fabric mainly composed of polyester specified by product number G5025 Even if any of the non-woven fabric composed mainly of copolyester specified by the part number RD13-0003 is inserted between the composite layers, the Mode I interlaminar fracture toughness value G IC compared to the case where the non-woven fabric is not inserted between the composite layers. Can be confirmed. In particular, when a non-woven fabric composed mainly of a polyamide specified by part number LNS 0030 is inserted between the composite layers, it can be confirmed that the increase in Mode I interlaminar fracture toughness value G IC is large as compared with the case where other non-woven fabric is inserted. .

一方、図2(B)によれば、品番RD13−0003で特定される共重合ポリエステルを主原料とする不織布を3ply積層して複合材層間に挿入すれば、複合材層間に不織布を挿入しない場合に比べてモードII層間破壊靭性値GIICが増加することが確認できる。 On the other hand, according to FIG. 2 (B), when non-woven fabric is not inserted between composite layers if three non-woven fabrics made mainly of copolyester specified by product number RD13-0003 are laminated and inserted between composite layers. It can be confirmed that the mode II interlaminar fracture toughness value G IIC is increased as compared with the above.

以上の結果、品番RD13−0003で特定される共重合ポリエステルを主原料とする不織布を複合材層間に挿入すれば、モードI層間破壊靭性値GIC及びモードII層間破壊靭性値GIICの双方を向上できることが分かる。但し、モードI層間破壊靭性値GICを増加させるためには、品番LNS0030で特定されるポリアミドを主原料とする不織布を複合材層間に挿入することがより効果的であることが分かる。 As a result of the above, when a non-woven fabric composed mainly of a copolyester specified by part number RD13-0003 is inserted between the composite layers, both Mode I interlaminar fracture toughness value G IC and Mode II interlaminar fracture toughness value G IIC can be obtained. It turns out that it can improve. However, in order to increase the mode I interlaminar fracture toughness value G IC , it is understood that it is more effective to insert a non-woven fabric mainly composed of the polyamide specified by the product number LNS 0030 into the composite material layer.

モードI層間破壊靭性値GICが大きいということは、モードIの引張荷重に対する強度が大きいということを意味する。一方、モードII層間破壊靭性値GIICが大きいということは、モードIIのせん断荷重に対する強度が大きいということを意味する。 A large Mode I interlaminar fracture toughness value G IC means that the strength to a mode I tensile load is large. On the other hand, the fact that the mode II interlaminar fracture toughness value G IIC is large means that the strength against the mode II shear load is large.

このため、第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重であってもせん断荷重であっても共重合ポリエステルを主原料とする不織布を第1の複合材部と第2の複合材部との間に挿入すれば航空機構造体の強度を向上させることができる。従って、第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重となる部分と、第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重となる部分が混在する場合であっても、共重合ポリエステルを主原料とする不織布を使用すれば、同種の不織布を用いることができる。このため、例えば、ヌードルフィラーの内部及び周囲に共重合ポリエステルを主原料とする不織布を挿入することができる。   For this reason, it is possible to use a first nonwoven fabric mainly composed of copolyester as the first raw material, regardless of whether the main load applied between the first composite part and the second composite part is a tensile load or a shear load. The strength of the aircraft structure can be improved by inserting it between the composite part and the second composite part. Therefore, the part where the main load applied between the first composite part and the second composite part is a tensile load, and the load between the first composite part and the second composite part Even in the case where a portion where the main load to be performed is a shear load is mixed, the same kind of non-woven fabric can be used if non-woven fabric containing co-polyester as a main raw material is used. Therefore, for example, a non-woven fabric composed mainly of copolyester can be inserted into and around the noodle filler.

一方、異なる種類の複数の不織布を第1の複合材部と第2の複合材部との間に挿入したり、或いは、異なる種類の複数の不織布から選択された最適な不織布を第1の複合材部と第2の複合材部との間に挿入したりすることもできる。そのために、様々な不織布を複合材層間に挿入してモードI層間破壊靭性値GIC及びモードII層間破壊靭性値GIICを測定すれば、候補の数を増やすことができる。すなわち、図3にリストアップされた不織布に限らず、他の不織布を用いることもできる。 On the other hand, a plurality of non-woven fabrics of different types may be inserted between the first composite part and the second composite part, or an optimal non-woven fabric selected from a plurality of non-woven fabrics of different types as the first composite It can also be inserted between the material part and the second composite part. Therefore, the number of candidates can be increased by inserting various non-woven fabrics between composite layers and measuring the mode I interlaminar fracture toughness value G IC and the mode II interlaminar fracture toughness value G IIC . That is, not only the non-woven fabric listed in FIG. 3 but also other non-woven fabric can be used.

図4は、フィラーに掛かる主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるかによって不織布の種類を変える例を示す図である。   FIG. 4 is a view showing an example in which the type of non-woven fabric is changed depending on whether the main load applied to the filler is a tensile load or a shear load.

一般に、フランジやウェブを構成する複合材層の厚さが薄い場合には、複合材層の破壊モードがモードIとなる。すなわち、複合材層の厚さが薄い場合には、引張応力が支配的となる。逆に、複合材層の厚さが厚い場合には、複合材層の破壊モードがモードIIとなる。すなわち、複合材層の厚さが厚い場合には、せん断応力が支配的となる。   In general, when the thickness of the composite layer constituting the flange or the web is thin, the failure mode of the composite layer is mode I. That is, when the thickness of the composite layer is thin, tensile stress is dominant. Conversely, when the thickness of the composite layer is large, the failure mode of the composite layer becomes mode II. That is, when the thickness of the composite layer is large, shear stress is dominant.

従って、図4(A)に示すように、フィラー10と組合わせられる複合材層11の厚さが薄い場合には、引張強度が高い不織布12をフィラー10と複合材層11との間に挿入することが適切である。このため、例えば、図3に示す品番LNS0030で特定されるポリアミドを主原料とする引張強度が高い不織布をフィラー10と複合材層11との間に挿入することができる。 Therefore, as shown in FIG. 4A, when the thickness of the composite material layer 11 to be combined with the filler 10 is thin, the nonwoven fabric 12 I having high tensile strength is placed between the filler 10 and the composite material layer 11. It is appropriate to insert. For this reason, for example, a non-woven fabric having high tensile strength and mainly containing polyamide specified by product number LNS 0030 shown in FIG. 3 can be inserted between the filler 10 and the composite material layer 11.

逆に、図4(B)に示すように、フィラー10と組合わせられる複合材層11の厚さが厚い場合には、せん断強度が高い不織布12IIをフィラー10と複合材層11との間に挿入することが適切である。このため、例えば、図3に示す品番RD13−0003で特定される共重合ポリエステルを主原料とする不織布を3ply積層してフィラー10と複合材層11との間に挿入することができる。 Conversely, as shown in FIG. 4B, when the thickness of the composite material layer 11 to be combined with the filler 10 is large, the nonwoven fabric 12 II having high shear strength is placed between the filler 10 and the composite material layer 11. It is appropriate to insert in For this reason, for example, it is possible to insert three layers of non-woven fabric composed mainly of a copolyester specified by part number RD13-0003 shown in FIG. 3 and insert it between the filler 10 and the composite material layer 11.

このように、第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重である場合には、第1の複合材部と第2の複合材部との間に挿入することでせん断強度を高められるような第1の不織布を選択することができる。一方、第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重である場合には、第1の複合材部と第2の複合材部との間に挿入することで引張強度を高められるような第2の不織布を選択することができる。   Thus, if the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a shear load, the first composite portion and the second composite portion The first non-woven fabric can be selected such that the shear strength can be increased by inserting it in between. On the other hand, when the main load to be applied between the first composite portion and the second composite portion is a tensile load, between the first composite portion and the second composite portion The second non-woven fabric can be selected such that the tensile strength can be increased by the insertion.

図5は、フィラー10に掛かる主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるかによって種類が異なる複数の不織布を異なる位置に挿入する例を示す図である。   FIG. 5 is a view showing an example in which a plurality of non-woven fabrics of different types are inserted at different positions depending on whether the main load applied to the filler 10 is a tensile load or a shear load.

図5に示すように、フィラー10の異なる面に引張荷重と、せん断荷重とがそれぞれ主たる荷重として負荷される場合もある。また、フィラー10の内部に負荷される主たる荷重は、引張荷重となる場合が多い。   As shown in FIG. 5, a tensile load and a shear load may be applied to different surfaces of the filler 10 as main loads, respectively. In addition, the main load applied to the inside of the filler 10 is often a tensile load.

そこで、せん断荷重が支配的となるフィラー10と複合材層11Aとの間には、せん断強度が高い不織布12IIを挿入することができる。例えば、図3に示す品番RD13−0003で特定される共重合ポリエステルを主原料とする不織布を3ply積層してフィラー10と複合材層11Aとの間に挿入することができる。 Therefore, non-woven fabric 12 II having high shear strength can be inserted between the filler 10 and the composite material layer 11 A in which shear load is dominant. For example, non-woven fabrics composed mainly of a copolyester specified by part number RD13-0003 shown in FIG. 3 can be laminated in three plies and inserted between the filler 10 and the composite material layer 11A.

一方、引張荷重が支配的となるフィラー10の内部及びフィラー10と複合材層11Bとの間には、引張強度が高い不織布12を挿入することができる。例えば、図3に示す品番LNS0030で特定されるポリアミドを主原料とする不織布をフィラー10の内部及びフィラー10と複合材層11Bとの間に挿入することができる。 On the other hand, non-woven fabric 12 I having high tensile strength can be inserted between the inside of the filler 10 where the tensile load is dominant and between the filler 10 and the composite material layer 11B. For example, a non-woven fabric whose main raw material is a polyamide specified by product number LNS 0030 shown in FIG. 3 can be inserted between the inside of filler 10 and between filler 10 and composite material layer 11B.

このように、第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重となる部分については、第1の複合材部と第2の複合材部との間に挿入することでせん断強度を高められるような第1の不織布を選択することができる。一方、第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重となる部分については、第1の複合材部と第2の複合材部との間に挿入することで引張強度を高められるような第2の不織布を選択することができる。   Thus, for the portion where the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a shear load, the first composite portion and the second composite portion The first non-woven fabric can be selected such that the shear strength can be increased by inserting it in between. On the other hand, for a portion where the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a tensile load, the portion between the first composite portion and the second composite portion is used. The second non-woven fabric can be selected such that the tensile strength can be increased by the insertion.

つまり、主たる荷重の方向に応じて異なる種類の不織布を異なる位置に挿入することができる。この場合、同種の不織布を挿入する場合に比べて、航空機構造体の強度を一層向上させることができる。フィラー10の内部についても、主たる荷重の方向に応じて、フィラー10の周囲に挿入される不織布と同一又は異なる種類の不織布を挿入することができる。   That is, different types of non-woven fabrics can be inserted at different positions depending on the direction of the main load. In this case, the strength of the aircraft structure can be further improved as compared with the case of inserting the same kind of non-woven fabric. Also within the filler 10, according to the direction of the main load, it is possible to insert a non-woven fabric of the same or a different type as the non-woven fabric inserted around the filler 10.

上述したように、主たる荷重の方向、すなわち主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるかは、航空機構造体を構成する各部材の板厚等の寸法に依存して変化する。例えば、航空機構造体がストリンガーであれば、ウェブ、フランジ、R面取りの周辺部位及びフィラー等の部位ごとに主たる荷重の方向が異なる。また、引張荷重又はせん断荷重の集中が起こる位置も航空機構造体を構成する各部材の板厚等の寸法に依存して変化する。   As described above, the direction of the main load, ie, whether the main load is a tensile load or a shear load, changes depending on the dimensions such as the thickness of each member of the aircraft structure. For example, if the aircraft structure is a stringer, the direction of the main load is different for each portion such as the web, flange, peripheral portion of the R-chamfer and filler. In addition, the position at which concentration of tensile load or shear load occurs also changes depending on dimensions such as the thickness of each member constituting the aircraft structure.

そこで、予め航空機構造体を構成する各部材の板厚等の寸法と、各部材に負荷される主たる荷重の方向との関係を調べて参照情報として記録しておくことができる。或いは、航空機構造体を構成する各部材の板厚等の寸法と、挿入すべき不織布の種類とを直接関連付けて参照情報として保存するようにしてもよい。その場合には、挿入すべき不織布の種類とともに挿入すべき位置についても関連付けて参照情報として保存しておくことができる。   Therefore, the relationship between the dimensions such as the plate thickness of each member constituting the aircraft structure and the direction of the main load applied to each member can be checked and recorded as reference information. Alternatively, the dimensions such as the thickness of each member constituting the aircraft structure and the type of non-woven fabric to be inserted may be directly associated with each other and stored as reference information. In this case, the type of nonwoven fabric to be inserted and the position to be inserted can be associated and stored as reference information.

すなわち、航空機構造体を構成する各部材の板厚等の寸法、挿入すべき不織布の種類及び不織布を挿入すべき位置の関係を参照情報として保存することができる。そうすると、参照情報を参照するのみで、航空機構造体を構成する各部材の板厚等の寸法に基づいて、応力解析や破壊試験を行うことなく不織布の種類及び挿入位置を決定することが可能となる。   That is, it is possible to store, as reference information, the relationship between dimensions such as the thickness of each member constituting the aircraft structure, the type of non-woven fabric to be inserted and the position at which the non-woven fabric is to be inserted. Then, only by referring to the reference information, it is possible to determine the type and insertion position of the non-woven fabric without performing stress analysis or a destructive test based on dimensions such as plate thickness of each member constituting the aircraft structure. Become.

但し、航空機構造体を構成する各部材の全ての寸法をパラメータとすると、パラメータの数が非常に多くなる。このため、航空機構造体の少なくとも1部のサイズと、航空機構造体を構成する第1の複合材部と第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるのかとの関係を表す参照情報を作成しておくことができる。或いは、航空機構造体の少なくとも1部のサイズと不織布の適切な種類との関係を表す参照情報を作成しておくことができる。これにより、参照情報を参照して簡易に適切な不織布の種類を決定することが可能となる。すなわち、主たる荷重の方向に対して高い強度を有する熱可塑性の不織布を、ウェブ、フランジ、R面取りの周辺部位及びフィラー等の適切な複合材層間に挿入することが可能となる。   However, when all dimensions of each member constituting the aircraft structure are used as parameters, the number of parameters is extremely large. For this reason, at least a part of the size of the aircraft structure and the main load applied between the first composite portion and the second composite portion constituting the aircraft structure is a tensile load or a shear load It is possible to create reference information representing the relationship with the subject. Alternatively, reference information may be created that represents the relationship between the size of at least a portion of the aircraft structure and the appropriate type of nonwoven. This makes it possible to easily determine the type of non-woven fabric with reference to the reference information. That is, it becomes possible to insert a thermoplastic non-woven fabric having high strength in the direction of the main load between the appropriate composite layers such as the web, the flange, the peripheral portion of the R-chamfer and the filler.

(航空機構造体の製造方法)
次に上述の方法で設計された航空機構造体の製造方法について説明する。
(Method of manufacturing aircraft structure)
Next, a method of manufacturing an aircraft structure designed by the above-described method will be described.

航空機構造体を製造する場合には、一体化される対象となる少なくとも2つのプリプレグの積層体が作成される。すなわち、第1の複数のプリプレグを積層して第1の積層体が作成される。一方、第2の複数のプリプレグを積層して第2の積層体が作成される。尚、第2の複数のプリプレグの積層方向は、第1の複数のプリプレグの積層方向と同一であっても良いし、異なっていてもよい。   When manufacturing an aircraft structure, a laminate of at least two prepregs to be integrated is created. That is, the first plurality of prepregs are stacked to form a first stacked body. On the other hand, the second plurality of prepregs are stacked to form a second stacked body. The stacking direction of the second plurality of prepregs may be the same as or different from the stacking direction of the first plurality of prepregs.

具体例として、航空機構造体が図1に示すI型ストリンガー2であれば、複数のプリプレグを積層することによって、6つの複合材層2A、2B、2C、2D、2E、2Fにそれぞれ対応する6つのプリプレグの積層体が作成される。尚、荷重が集中するヌードルフィラーである第6の複合材層2Fに対応するプリプレグの積層体ついては、内部に不織布を挿入してもよい。   As a specific example, if the aircraft structure is an I-type stringer 2 shown in FIG. 1, 6 layers corresponding to 6 composite material layers 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F can be obtained by laminating a plurality of prepregs. A laminate of two prepregs is made. A non-woven fabric may be inserted inside the laminate of the prepreg corresponding to the sixth composite material layer 2F which is a noodle filler in which the load is concentrated.

次に、第1の積層体と第2の積層体との間への不織布の挿入を伴って第1の積層体及び第2の積層体の組立てが行われる。すなわち、硬化前におけるプリプレグの積層体を組立てる際に、プリプレグの積層体間の適切な位置に、予め荷重の方向に応じて種類が決定された熱可塑性の不織布が挿入される。   Next, assembly of the first laminate and the second laminate is performed with insertion of the non-woven fabric between the first laminate and the second laminate. That is, when assembling the laminate of the prepreg before curing, a thermoplastic nonwoven fabric whose type is previously determined according to the direction of the load is inserted at an appropriate position between the laminates of the prepreg.

具体例として、航空機構造体が図1に示すI型ストリンガー2であれば、6つの複合材層2A、2B、2C、2D、2E、2Fにそれぞれ対応する6つのプリプレグの積層体が組合わせられる。この時、荷重が集中するヌードルフィラーである第6の複合材層2Fに対応するプリプレグの積層体の周囲には、不織布8が挿入される。尚、第6の複合材層2Fには、接着剤を塗布した後に、不織布8を被せるようにしてもよい。   As a specific example, if the aircraft structure is type I stringer 2 shown in FIG. 1, six prepreg laminates respectively corresponding to six composite material layers 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F can be combined. . At this time, the non-woven fabric 8 is inserted around the laminate of the prepreg corresponding to the sixth composite material layer 2F which is a noodle filler in which the load is concentrated. The nonwoven fabric 8 may be covered on the sixth composite material layer 2F after the adhesive is applied.

次に、不織布が挿入された状態で組立てられた硬化前におけるプリプレグの第1の積層体及び第2の積層体が硬化される。具体的には、プリプレグの第1の積層体及び第2の積層体がバギングされた状態で、オートクレーブ装置内に搬入される。そして、オートクレーブ処理によって第1の積層体及び第2の積層体が、加圧下において加熱硬化される。   Next, the first laminate and the second laminate of the prepreg before curing assembled with the non-woven fabric inserted are cured. Specifically, the first laminate and the second laminate of the prepreg are carried into the autoclave device in a bagged state. Then, the first laminate and the second laminate are heat-cured under pressure by autoclave treatment.

これにより、硬化後における航空機構造体を得ることができる。例えば、図1に示すようにヌードルフィラーである第6の複合材層2Fの周囲に不織布8が挿入された状態で、6つの複合材層2A、2B、2C、2D、2E、2Fが一体化したI型ストリンガー2を製作することができる。   This makes it possible to obtain an aircraft structure after curing. For example, as shown in FIG. 1, the six composite material layers 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F are integrated in a state where the non-woven fabric 8 is inserted around the sixth composite material layer 2F which is a noodle filler. Type I stringer 2 can be produced.

尚、上述したようにストリンガー等の一部の部品を硬化した後にパネルと組合わせて再硬化するようにしてもよい。従って、硬化前又は再硬化前における第1の積層体と第2の積層体との間に不織布を挿入することができる。そして、不織布が挿入された硬化前又は再硬化前における第1の積層体及び第2の積層体を硬化することができる。   As described above, some parts such as stringers may be cured and then combined with the panel and recured. Therefore, the nonwoven fabric can be inserted between the first laminate and the second laminate before curing or before recuring. Then, the first laminate and the second laminate can be cured before curing or recuring in which the non-woven fabric is inserted.

また、プリプレグの積層方向が同じ積層体の間に局所的に不織布を挿入する場合には、プリプレグの積層中において不織布を挿入するようにしてもよい。すなわち、必ずしもプリプレグの積層後に不織布を挿入しなくてもよい。例えば、第1の複数のプリプレグを積層して第1の積層体を製作した後に第1の積層体の上に不織布を重ね、不織布の上に第2の複数のプリプレグを積層して第2の積層体を製作するようにしてもよい。   Further, in the case where the non-woven fabric is locally inserted between the laminates having the same prepreg lamination direction, the non-woven fabric may be inserted during the lamination of the prepreg. That is, the nonwoven fabric may not necessarily be inserted after the lamination of the prepreg. For example, after a first plurality of prepregs are laminated to produce a first laminate, a nonwoven fabric is overlaid on the first laminate, and a second plurality of prepregs are laminated on the nonwoven fabric to form a second laminate. A laminate may be produced.

(効果)
以上の航空機構造体の製造方法及び航空機構造体の設計情報の作成方法によれば、不織布を荷重が集中する複合材層の位置に局所的に挿入することによって、ストリンガーで補強されたパネル等の複合材で構成される航空機構造体の強度を従来よりも向上させることができる。例えば、航空機構造体がストリンガーであれば、ストリンガーのプルオフ強度を向上させることができる。このため、図1に例示されるI型ストリンガー2において、ラディアスフィラー7を省略できる場合もある。
(effect)
According to the above method of manufacturing an aircraft structure and a method of creating design information of an aircraft structure, a panel reinforced with stringers by locally inserting a non-woven fabric at the position of the composite layer where the load is concentrated The strength of the aircraft structure composed of the composite material can be improved as compared with the prior art. For example, if the aircraft structure is a stringer, the stringer pull-off strength can be improved. For this reason, in some cases, the radial filler 7 can be omitted in the type I stringer 2 illustrated in FIG.

特に、航空機構造体を構成するために積層されるプリプレグの数は、最大で80plyに達することもある。このため、従来提案されているように、プリプレグ自体や全てのプリプレグ間に不織布を挿入すると、構造体の板厚の増加に繋がる。   In particular, the number of prepregs laminated to construct an aircraft structure may reach up to 80 ply. For this reason, as conventionally proposed, when the non-woven fabric is inserted between the prepreg itself and all the prepregs, the plate thickness of the structure is increased.

これに対して、上述の方法では、不織布が局所的に荷重が集中する特定の複合材層間に選択的に挿入される。従って、航空機構造体の不用意な板厚の増加を防ぐことができる。加えて、必要最小限の不織布で、必要な航空機構造体の強度を確保することができる。このため、プリプレグ自体や全てのプリプレグ間に不織布を挿入する場合に比べて、不織布の使用量を抑制することもできる。換言すれば、不織布が挿入されていない従来のプリプレグを用いて航空機構造体を構成しつつ、簡易に航空機構造体に必要な強度を付与することができる。   On the contrary, in the above-mentioned method, the non-woven fabric is selectively inserted between specific composite layers in which the load is concentrated locally. Therefore, it is possible to prevent an increase in the thickness of the aircraft structure. In addition, the required non-woven fabric can ensure the required strength of the aircraft structure. For this reason, compared with the case where a nonwoven fabric is inserted between the prepreg itself and all the prepregs, the usage-amount of a nonwoven fabric can also be suppressed. In other words, it is possible to easily provide the required strength to the aircraft structure while configuring the aircraft structure using the conventional prepreg in which the non-woven fabric is not inserted.

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。   Although the specific embodiments have been described above, the described embodiments are merely examples and do not limit the scope of the invention. The novel methods and apparatus described herein may be embodied in various other ways. Also, various omissions, substitutions and changes in the form of the methods and apparatus described herein may be made without departing from the spirit of the invention. The appended claims and their equivalents are intended to cover such different forms and modifications as fall within the scope and spirit of the invention.

1 航空機構造体
2 I型ストリンガー
2A、2B、2C、2D、2E、2F 複合材層
3 フランジ
4 ウェブ
5 パネル
6 ファスナ
7 ラディアスフィラー
8 不織布
10 フィラー
11、11A、11B 複合材層
12、12II 不織布
1 Aircraft Structure 2 Type I Stringer 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F Composite Layer 3 Flange 4 Web 5 Panel 6 Fastener 7 Radial Filler 8 Non-woven 10 Filler 11, 11A, 11B Composite Layer 12 I , 12 II Non-woven

Claims (11)

積層された第1の複数のプリプレグに対応し、ストリンガーの少なくともウェブを構成する第1の複合材部と、
積層された第2の複数のプリプレグに対応し、前記ストリンガーの取付対象となるパネル又は前記ストリンガーのフランジと前記ウェブとの間に形成される隙間を充填するフィラーを構成する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部と、
前記フィラーと前記ウェブとの間、前記フィラーと前記パネルとの間及び前記フィラーと前記フランジとの間の少なくとも1箇所に挿入される不織布と、
を有する航空機構造体。
A first composite portion corresponding to the first plurality of laminated prepregs and constituting at least a web of stringers ;
A second composite part corresponding to a second plurality of laminated prepregs and constituting a filler for filling a gap formed between a panel to which the stringer is to be attached or a flange of the stringer and the web A second composite part integrated with the first composite part;
And the nonwoven fabric to be inserted in at least one place between the filler between the web, and between the filler and the filler and the panel and the flange,
An aircraft structure having a .
積層された第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部と、
積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部と、
前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入された不織布と、
を有し、
前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重となる部分については、せん断強度を高める第1の不織布が挿入される一方、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重となる部分については、引張強度を高める第2の不織布が挿入される航空機構造体。
A first composite portion corresponding to the first plurality of laminated prepregs;
A second composite part corresponding to the stacked second plurality of prepregs, wherein the second composite part is integrated with the first composite part;
Non-woven fabric inserted between the first composite part and the second composite part
I have a,
For the portion where the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a shear load, a first non-woven fabric for increasing shear strength is inserted, while the first non-woven fabric is inserted. An aircraft structure in which a second non-woven fabric for enhancing tensile strength is inserted in a portion where a main load applied between the composite portion and the second composite portion is a tensile load .
前記フィラーの内部に、前記不織布と同一又は異なる種類の不織布を挿入した請求項1又は2記載の航空機構造体。 The aircraft structure according to claim 1 or 2 , wherein a non-woven fabric of the same type or a different type as the non-woven fabric is inserted inside the filler. 積層された第1の複数のプリプレグに対応し、ストリンガーの少なくともウェブを構成する第1の複合材部を決定するステップと、
積層された第2の複数のプリプレグに対応し、前記ストリンガーの取付対象となるパネル又は前記ストリンガーのフランジと前記ウェブとの間に形成される隙間を充填するフィラーを構成する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部を決定するステップと、
前記フィラーと前記ウェブとの間、前記フィラーと前記パネルとの間及び前記フィラーと前記フランジとの間の少なくとも1箇所に挿入される不織布の種類を決定することにより前記第1の複合材部、前記第2の複合材部及び前記不織布を構成要素とする航空機構造体の設計情報を作成するステップと、
を有する航空機構造体の設計情報の作成方法。
Determining a first composite section corresponding to the first plurality of laminated prepregs and constituting at least a web of stringers ;
A second composite part corresponding to a second plurality of laminated prepregs and constituting a filler for filling a gap formed between a panel to which the stringer is to be attached or a flange of the stringer and the web Determining a second composite part to be integrated with the first composite part;
The first composite part by determining the type of non-woven fabric inserted in at least one place between the filler and the web, between the filler and the panel, and between the filler and the flange ; Creating design information of an aircraft structure having the second composite part and the non-woven fabric as components;
A method of creating design information for an aircraft structure having:
積層された第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部を決定するステップと、
積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部を決定するステップと、
前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入される不織布の種類を決定することにより前記第1の複合材部、前記第2の複合材部及び前記不織布を構成要素とする航空機構造体の設計情報を作成するステップと、
を有し、
前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重である場合には、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入することでせん断強度を高められる第1の不織布を選択する一方、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重である場合には、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入することで引張強度を高められる第2の不織布を選択する航空機構造体の設計情報の作成方法。
Determining a first composite section corresponding to the first plurality of laminated prepregs;
Determining a second composite part corresponding to the second plurality of laminated prepregs, the second composite part being integrated with the first composite part;
The first composite portion, the second composite portion, and the non-woven fabric are configured by determining the type of non-woven fabric inserted between the first composite portion and the second composite portion. Creating design information of an aircraft structure to be an element;
Have
When the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a shear load, the first composite portion and the second composite portion When the first non-woven fabric whose shear strength can be enhanced by inserting between the two is selected while the main load applied between the first composite material part and the second composite material part is a tensile load A method of creating design information of an aircraft structure for selecting a second non-woven fabric whose tensile strength can be enhanced by inserting it between the first composite portion and the second composite portion.
積層された第1の複数のプリプレグに対応する第1の複合材部を決定するステップと、
積層された第2の複数のプリプレグに対応する第2の複合材部であって、前記第1の複合材部と一体化される第2の複合材部を決定するステップと、
前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入される不織布の種類を決定することにより前記第1の複合材部、前記第2の複合材部及び前記不織布を構成要素とする航空機構造体の設計情報を作成するステップと、
を有し、
前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重となる部分については、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入することでせん断強度を高められる第1の不織布を選択する一方、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重となる部分については、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に挿入することで引張強度を高められる第2の不織布を選択する航空機構造体の設計情報の作成方法。
Determining a first composite section corresponding to the first plurality of laminated prepregs;
Determining a second composite part corresponding to the second plurality of laminated prepregs, the second composite part being integrated with the first composite part;
The first composite portion, the second composite portion, and the non-woven fabric are configured by determining the type of non-woven fabric inserted between the first composite portion and the second composite portion. Creating design information of an aircraft structure to be an element;
Have
With respect to a portion where the main load applied between the first composite portion and the second composite portion is a shear load, the portion between the first composite portion and the second composite portion is used. The first non-woven fabric whose shear strength can be enhanced by inserting between the two, while the main load applied between the first composite part and the second composite part is the tensile load And a method of creating design information of an aircraft structure in which a second non-woven fabric whose tensile strength can be enhanced by inserting it between the first composite portion and the second composite portion is selected.
前記航空機構造体の応力解析を行うことによって前記主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるのかを判定する請求項又は項記載の航空機構造体の設計情報の作成方法。 The method for creating design information of an aircraft structure according to claim 5 or 6 , wherein stress analysis of the aircraft structure is performed to determine whether the main load is a tensile load or a shear load. 前記航空機構造体の破壊試験又は応力解析の結果に基づいて前記不織布の挿入位置を決定する請求項4乃至7のいずれか1項に記載の航空機構造体の設計情報の作成方法。 The method for creating design information of an aircraft structure according to any one of claims 4 to 7, wherein the insertion position of the non-woven fabric is determined based on the result of a destructive test or a stress analysis of the aircraft structure. 前記航空機構造体の少なくとも1部のサイズと、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重であるかせん断荷重であるのかとの関係を表す参照情報又は前記航空機構造体の少なくとも1部のサイズと前記不織布の適切な種類との関係を表す参照情報を作成しておき、前記参照情報を参照して前記不織布の種類を決定する請求項記載の航空機構造体の設計情報の作成方法。 Relationship between the size of at least one part of the aircraft structure and whether the main load applied between the first composite part and the second composite part is a tensile load or a shear load Create reference information that represents the relationship between the size of at least one part of the aircraft structure and the appropriate type of the non-woven fabric, and determine the type of the non-woven fabric with reference to the reference information Item 4. A method of creating design information of an aircraft structure according to Item 4 . 第1の複数のプリプレグを積層して、ストリンガーの少なくともウェブを構成する第1の積層体を作成するステップと、Laminating a first plurality of prepregs to form a first laminate comprising at least a web of stringers;
第2の複数のプリプレグを積層して、前記ストリンガーの取付対象となるパネル又は前記ストリンガーのフランジと前記ウェブとの間に形成される隙間を充填するフィラーを構成する第2の積層体を作成するステップと、The second plurality of prepregs are laminated to form a second laminate that constitutes a filler for filling the gap formed between the panel to which the stringer is to be attached or the flange of the stringer and the web. Step and
硬化前又は再硬化前における前記第1の積層体と前記第2の積層体との間であって、前記フィラーと前記ウェブとの間、前記フィラーと前記パネルとの間及び前記フィラーと前記フランジとの間の少なくとも1箇所に不織布を挿入するステップと、Between the first laminate and the second laminate before curing or before recuring, between the filler and the web, between the filler and the panel, and between the filler and the flange Inserting the non-woven fabric in at least one place between
前記不織布が挿入された硬化前又は再硬化前における前記第1の積層体及び前記第2の積層体を硬化するステップと、Curing the first laminate and the second laminate before curing or recuring in which the non-woven fabric is inserted;
を有する航空機構造体の製造方法。A method of manufacturing an aircraft structure comprising:
第1の複数のプリプレグを積層して第1の積層体を作成するステップと、
第2の複数のプリプレグを積層して第2の積層体を作成するステップと、
硬化前又は再硬化前における前記第1の積層体と前記第2の積層体との間に不織布を挿入するステップと、
前記不織布が挿入された硬化前又は再硬化前における前記第1の積層体及び前記第2の積層体を硬化するステップと、
を有し、
硬化後の前記第1の積層体として得られる第1の複合材部と硬化後の前記第2の積層体として得られる第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重がせん断荷重となる部分については、せん断強度を高める第1の不織布を挿入する一方、前記第1の複合材部と前記第2の複合材部との間に負荷される主たる荷重が引張荷重となる部分については、引張強度を高める第2の不織布を挿入する航空機構造体の製造方法。
Laminating a first plurality of prepregs to form a first laminate;
Laminating a second plurality of prepregs to form a second laminate;
Inserting a non-woven fabric between the first laminate and the second laminate before curing or before recuring;
Curing the first laminate and the second laminate before curing or recuring in which the non-woven fabric is inserted;
I have a,
The main load applied between the first composite part obtained as the first laminate after curing and the second composite part obtained as the second laminate after curing is shear load The first non-woven fabric to increase the shear strength is inserted in the part where the shear strength is increased, and the part in which the main load applied between the first composite part and the second composite part is the tensile load is inserted. , A method of manufacturing an aircraft structure in which a second non-woven fabric for increasing tensile strength is inserted .
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