説明

航空機用窓枠

航空機の外装シェル(5)に据え付けられる窓枠(1)は、各場合において、1つ以上の外側フランジ(2)と、1つの内側フランジと、これらのフランジに対して直角をなして該フランジの間に配置された1つの垂直フランジ(4)と、を備えており、繊維強化された合成樹脂から製造される。先ず、繊維材料からなる半完成部材を成形型に挿入して、その中に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させる。半完成部材は、ウェブ材料から作られる層構造、繊維束から作られる層構造、繊維束とウェブ材料との組み合わせから作られる層構造のいずれかをもつ。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本出願については、2004年8月9日に提出された米国特許仮出願第60/600,112号及び2004年5月24日に提出されたドイツ特許出願第10 2004 025 377.3号の出願日の利益を請求し、これらの開示内容を参照することによってここに援用する。
【0002】
本発明は、航空機の外装シェルに設置される窓枠に関し、この窓枠は、各場合において、1つ以上の外側のフランジと、1つの内側のフランジと、これらのフランジに対して直角をなし、かつ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、航空機構造体との接続が外側のフランジを介して行われ、内側のフランジには、保持される窓要素が付設されるとともに、この窓要素が垂直フランジを介して保持される。更に、本発明は、このような窓枠の製造方法に関する。
【背景技術】
【0003】
今日製造されて運航している殆どの航空機では、アルミニウム製の窓枠が使用され、それは、鍛造及びトルーイング(形直し)により作成される部分を備える。その構成部は、全部で3つの部分、つまり、外側のフランジと、内側のフランジと、これら2つのフランジに対して直角をなし、かつこれらのフランジの間に配置された垂直フランジから成る。この窓枠は通常、外側のフランジを介して2列のリベットで、航空機構造体、つまり航空機の外装シェルに接続される。窓要素は、内側のフランジに置かれ、それは通常、2枚の窓ガラスと、これらの間に配置されたシーリングと、を備える。そして、この窓要素は、ダウンホルダを介してその位置に保持され、このダウンホルダは、垂直フランジと接続される。
【0004】
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、荷重を伝達する外装シェルに設けられた、窓用の比較的大きい切欠部の端で起こる。そのため、窓枠の外側のフランジは、ある面では、この切欠部を補強する役目をもち、他面では、外側のフランジを介して、枠と外装シェルとがリベットにより互いに接続される。既知のアルミニウム窓枠は通常、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断面分布を得ることができず、その理由は、簡易なリベット締めを可能にするために、フランジの傾きが最大で約2度にもなり得るからである。
【0005】
内側のフランジは、窓要素を受け入れる役割を果たし、ここで、傾かせることにより窓の取り付けが簡単になる。同時に、客室に広がる、内側の圧力からの現存する荷重が、この内側のフランジを介して航空機の外装シェルへと伝達される。
【0006】
垂直フランジは、できるだけ小さい重量で外装シェルにおける張力を最小限に抑えるために、枠に関する補強リブとして専ら機能する。また、この垂直フランジには通常、アイボルトが付設されるとともに、これを用いて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。同時に、垂直フランジはまた、窓要素を取り付ける際のガイドとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明の目的は、上述した種類の窓枠、つまり、この用途で今日使用されている窓枠と比較して、かなりの重量節減が可能な窓枠を提供することにある。同時に、このような窓枠の製造費用は、できるだけ低くすべきものとされる。また、本発明により、このような窓枠を作成するための、最も簡易で、最も費用効率の良い方法が提供される。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、このような窓枠が繊維強化された樹脂を含むようにすることにおいて、第一の目的を達成する。更なる目的についての解決は、繊維材料で形成された半完成部材を成形型に入れ、その中に、圧力及び温度下で樹脂を注入し、次に、このようにして生成した構成材を成形型の中で硬化させるという方法によって、達成される。
【発明の効果】
【0009】
本発明は、繊維組成の構造で作成される窓枠の使用を可能にし、これにより、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パーセントの重量節減が達成される。この大幅な重量節減の可能性を秘めているにもかかわらず、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られた窓枠と比較して、高くならない。
【0010】
同時に、平均壁厚が5mmであって、公差が僅かに約0.2mmとされる、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パーセントの製造公差に相当する。これに対して、アルミニウムを鍛造した枠では、製造方法にも依るが、約1.5mmの公差が許容され、これは、上記と同じ壁厚において約30パーセントの製造公差に相当する。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だけでなく、同時に、航空機への枠の据え付けや枠への窓要素の取り付けがかなり簡単になる。そして、更なる利点は、本発明に係る窓枠についての安全性の向上と断熱性の大幅な向上である。
【0011】
以下に、本発明を、添付図面に示した実施形態を参照して、さらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
図1に示す窓枠1は、繊維構造で作成されており、既知のアルミニウムを鍛造した枠と同様に、外側のフランジ2と、内側のフランジ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。但し、従来のアルミニウム窓枠とは対照的に、この場合の外側のフランジ2は、均一な周方向のエッジを有する。また、この外側のフランジ2は、対応するアルミニウムを鍛造した部材と対照的に、半径方向での異なる領域において様々な厚さを有する。これにより、リベット締めやシェルの切欠部の領域において、実質的に向上した材料の利用がもたらされる。図2は、詳細な断面図において、それをより明確に示しており、航空機の外装シェル5におけるこのような窓枠1の据え付け位置を示している。また本図で示されているのは、枠を外装シェル5に接続するためのリベット位置6、そして、2枚の窓ガラス7及び8であり、これらの窓ガラスは、シーリング9とともに窓要素を形成する。
【0013】
窓枠1は、いわゆる「レジントランスファ成形」、即ちRTM技術によって製造される。これに関して、最初に、プリフォーム(予備成形物)と称するモールド部材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部品の成形型11に位置させる。下部成形型12と上部成形型13の内側に、この場合、2つの部分に形成されたインナーコア14及びアウターコア15が配置される。2つのコア14と15との間にプリフォーム10を挿入して、成形型11を閉じ、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内で硬化させる。
【0014】
したがって、プリフォーム10は、完成した部材として、あるいは、いわゆるサブプリフォーム技術で製造することができ、この技術では、完成した窓枠1が、個々のサブストラクチャ要素、つまりサブプリフォームを組み合わせて構成される。しかしながら、各場合において、プリフォーム10は個々の層からなり、原理的には、以下の3つの異なる種類、
ウェブ(織物)の半完成部材から、
繊維束から、
ウェブの半完成部材と繊維束との組み合わせから、作成することができる。
【0015】
個々の繊維層の方向は、ここで説明する窓枠1で達成可能な重量節減にとって重要であり、これは、荷重に適合した層構造を可能にする。枠において周方向に沿っていない繊維方向については、ここで述べる構成で実現される重量節減を達成できない。主要な0°、45°及び90°の層方向を、図5及び図6に示す。つまり、0°の方向は、窓枠1の周方向を示し、90°の方向は、半径方向に走り、45°の方向は、垂直フランジ4から外側のフランジ2への移行領域を走る。
【0016】
図7は、ウェブの半完成部材からなる窓枠1の層構造についての断面を示す。この図において、符号20は、内側のフランジにおける0°の巻いたコアを示し、符号21は、全ての外側領域における±60°の層及び外側のフランジ2から内側のフランジ3へと延びる±60°の層を示し、符号22は、垂直フランジ4の領域における0°の層及び90°の層を示す。これらの層方向は、外側のフランジ2と、内側のフランジ3と、垂直フランジ4の境界で測定される。この領域以外では、曲線に配置されたウェブの半完成部材に対して、以下の事実が与えられる。
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ある。
内側のフランジ3及び外側のフランジ2:
0°の繊維は、それらが測定された方向のままである。
±45°の繊維は、それらが測定された方向のままであるが、曲がっている。
±60°の繊維は、それらが測定された方向のままであるが、曲がっている。
【0017】
図8は、繊維束を有する、荷重に適合した層構造を示し、ここではまた、繊維束の層構造についての断面図を示す。この図において、符号20は、内側のフランジにおける0°の巻いたコアを示し、符号23は、全ての外側領域における±60°の層及び外側のフランジ2から内側のフランジ3へと延びる±60°の層を有する繊維束を示しており、符号24は、垂直フランジ4の領域における0°の層及び90°の層を有する繊維束を示し、符号25は、外側のフランジ2の領域における±45°の層を有する繊維束を示す。これらの層方向については、外側のフランジ2と、内側のフランジ3と、垂直フランジ4の境界で測定される。繊維が荷重方向に沿うように繊維の進行方向を達成するために、窓枠1には、ある構造が選定され、これを要約すると以下のようになる。
外側のフランジ2:
リベット締めの領域において、擬似等方性の放射状構造
垂直フランジ4:
主荷重を受けるための0°のコア
外側における±60°の層
内側のフランジ3:
主に0°方向
外側における±60°の層
補強のための90°
【0018】
このようにして、それぞれ配置された繊維に対して、以下の詳細が与えられる。
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ある。
内側のフランジ3及び外側のフランジ2:
0°の繊維は、それらが測定された方向のままである。
±45°の繊維は、その角度を±60°に変更する。
±60°の繊維は、その角度を±70°に変更する。
【0019】
最後に、図9は、ウェビングと繊維束との組み合わせを有する層構造を示す。ここでまた、符号20は、内側のフランジにおける0°の巻いたコアのウェブ層を示し、符号27は、0°のコイル状プッシュ(coiled push)を示し、符号28は、±60°のウェブ層を示し、符号29は、0°及び90°のウェブ層を示す。
【0020】
このようにして作成された窓枠1は、一般的な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。その公差は、これに対応するアルミニウム構成材の公差よりも本質的に小さい。同時に、この枠は、一般的なアルミニウム窓枠よりも高い安全性と、さらに良好な断熱性を提供する。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】窓枠を示す斜視図である。
【図2】図1による窓枠の据え付け位置での詳細を示す断面図である。
【図3】図1の窓枠を製造するための成形型の一部を、開いた状態で示す図である。
【図4】図3の成形型を閉じた状態で示す図である。
【図5】図6とともに、図1の窓枠における主要な方向を示す図である。
【図6】図5にVIで示す領域を詳細に示す図である。
【図7】第一のプリフォームの構造を示す断面図である。
【図8】第二のプリフォームの構造を示す断面図である。
【図9】第三のプリフォームの構造を示す断面図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
航空機の外装シェルに据え付けられる窓枠であって、半径方向での異なる領域において厚みが異なる1つ以上の外側のフランジと、1つ以上の内側のフランジと、1つ以上の外側のフランジ及び1つ以上の内側のフランジに対して直角をなし、かつ1つ以上の外側のフランジと1つ以上の内側のフランジとの間に配置された、1つ以上の垂直フランジと、を備え、前記1つ以上の外側のフランジは、航空機構造体に対して付設可能であり、前記1つ以上の内側のフランジには、保持される窓要素が付設可能とされて、該窓要素が前記1つ以上の垂直フランジを介して保持されており、窓枠(1)が繊維強化された樹脂からなることを特徴とする窓枠。
【請求項2】
前記窓枠(1)が、ウェブの半完成部材から製造されることを特徴とする請求項1に記載の窓枠。
【請求項3】
前記窓枠(1)が、繊維束からなる半完成部材から製造されることを特徴とする請求項1に記載の窓枠。
【請求項4】
前記窓枠(1)が、繊維束と、ウェブの半完成部材との組み合わせからなる半完成部材から製造されることを特徴とする請求項1に記載の窓枠。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれか1項の窓枠を製造する方法であって、繊維材料からなる半完成部材(10)を成形型(11)に挿入し、その中に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(1)を前記成形型(11)の中で硬化させることを特徴とする方法。
【請求項6】
前記半完成部材(10)が、ウェブ材料から作成される層構造を有することを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項7】
前記半完成部材(10)が、繊維束から作成される層構造を有することを特徴とする請求項5に記載の方法。
【請求項8】
前記半完成部材(10)が、繊維束とウェブ材料との組み合わせからなる層構造を有することを特徴とする請求項5に記載の方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【公表番号】特表2008−500229(P2008−500229A)
【公表日】平成20年1月10日(2008.1.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−517105(P2007−517105)
【出願日】平成17年5月24日(2005.5.24)
【国際出願番号】PCT/EP2005/005602
【国際公開番号】WO2005/115836
【国際公開日】平成17年12月8日(2005.12.8)
【出願人】(504467484)エアバス・ドイチュラント・ゲーエムベーハー (268)
【Fターム(参考)】