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固定翼航空機のウィングボックス は、翼の主要な荷重支持構造であり、翼の構造中心を形成し、前縁フラップ、スイングウィング、後縁フラップ、翼端装置などの他の翼部品の取り付けポイントでもあります。ウィングボックスは目に見える翼の付け根を超えて続き、中央のウィングボックスで胴体と接続し、航空機の構造コアを形成します。
ウィングボックスは、多くの設計において、前部および後部の翼桁と上部および下部の翼外板の組み合わせが、翼を貫く自然な「箱」形状を形成することから、このように呼ばれています。[1]翼の内部構造は、通常、桁、リブ、ストリンガーの組み合わせによって強度の大部分を提供しますが、外部外板も通常、負荷の一部を保持します。多くの航空機では、ウィングボックスの内部容積は燃料を貯蔵するためにも使用されており、これは一般にウェットウィング設計と呼ばれています。[1]
近年、主翼ボックス内で複合材料の使用が増加している。この傾向は、従来の材料のみを使用した設計よりも軽量化を実現するために追求されてきた。 [2] [3]特に、炭素繊維は、その非常に高い強度対重量比により人気のある材料となっている。[4] 2017年1月、欧州の航空宇宙コングロマリットであるエアバスグループは、世界初の一体型複合材中央主翼ボックスを開発したと発表し、組み立てが容易になったことで製造コストが20パーセント削減されたと述べた。[5]
評価とテスト
翼箱は構造上極めて重要な役割を担っているため、その性能を確かめ、最適な性能を達成するために、かなりの分析と精査が行われます。そのため、関連する応力を計算して検証するさまざまな手法が航空宇宙技術者によって考案され、航空機メーカーによって採用されています。[1]ますます高性能な計算とテストの使用は、より軽量で効率的な翼の製造を可能にした直接的な要因です。[2] 20世紀後半に向けて、コンピューター支援設計(CAD) 技術の使用は航空宇宙プログラムで一般的になり、CATIAなどのソフトウェア パッケージが設計および製造プロセスで重要な役割を果たしています。[1]
さらに、民間航空機の認証プロセスでは、認証機関によって主翼ボックスの構造性能の物理的検証が通常要求されます。したがって、航空機メーカーが非飛行テストユニットを製造し、地上テストにかけるのは当たり前のことです。このテストでは、運用寿命中のどの時点でも遭遇すると予想される最大空力力の最大1.5倍の負荷が加えられます。[6]翼要素の破壊テストは航空の初期の頃から行われてきましたが、特に1938年にひずみゲージが発明されて以来、使用される特定の技術はますます洗練されてきました。ひずみゲージは、第二次世界大戦以来、航空宇宙産業で広く使用されています。[7]
非破壊検査は、初期認証プロセス中だけでなく、個々の航空機の耐用年数全体にわたって、疲労破損を防止し、潜在的な損傷を検査するために行われることが多い。[8]一般的な手法には、目視検査、超音波検査、放射線検査、電磁気検査、アコースティックエミッション、およびシェアログラフィーがある。[9] [10]このような手法により、個々の航空機の主翼ボックスを交換する必要があることが判明することがある。これは非常に集中的でコストのかかる手順であるため、運航者は代わりに航空機の運用寿命を終了することを選択することが多いが、このような交換が時々実行される。[11] [12] 2019年夏、米国空軍は、主翼ボックスに過度の亀裂が見つかったため、検査と修復作業のためにロッキードマーティンC-130ハーキュリーズ輸送機100機以上を地上に留めざるを得なかった。 [13]長い耐用年数を予定している航空機は、耐用年数延長プログラムの一環として、主翼ボックスの交換を受けることが多い。[14]
参照
参考文献
- ^ abcd Immanuvel, D.; Arulselvan, K.; Maniiarasan, P.; Senthilkumar, S. (2014). 「飛行荷重を受ける主翼ボックス構造の応力解析と重量最適化」(PDF)。国際工学科学誌 (IJES)。3 ( 1): 33–40。ISSN 2319-1813 。
- ^ ab Moors, G.; Kassapoglou, C.; de Almeida, SFM; Ferreira, CAE (2019). 「複合材主翼ボックスの設計における重量トレード：さまざまな設計選択の影響」CEAS Aeronaut Jpournal . 10 (2): 403–417. doi : 10.1007/s13272-018-0321-4 .
- ^ Oliveri, Vincenzo; Zucco, Giovanni; Peeters, Daniël; Clancy, Gearoid; Telford, Robert; Rouhi, Mohammad; McHale, Ciarán; O'Higgins, Ronan; Young, Trevor; Weaver, Paul (2019年4月) [2019年1月2日]. 「In-Situ Consolidated Thermoplastic Variable-Stiffness Wingbox の設計、製造、テスト」. AIAA Journal . 57 (4): 1671–1683. Bibcode :2019AIAAJ..57.1671O. doi :10.2514/1.J057758. S2CID 128172559.
- ^ カニンガム、ジャスティン（2014年6月13日）。「航空宇宙産業はカーボンファイバー翼に移行」エンジニアリングマテリアル。
- ^ 「エアバスの新しいセンターウィングボックス設計は将来の航空機に大きな期待を抱かせる」エアバスグループ、2017年1月13日。
- ^ 「ボーイング、787の主翼ボックス破壊試験を無事完了」。Composites World 2008年11月17日。2011年9月29日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年8月31日閲覧。
- ^ Hoversten, Paul (2009年4月30日). 「当時と現在: ストレス下」. Air & Space Magazine .
- ^ Snider, H. Lawrence; Reeder, Franklin L.; Dirkin, William (1972 年 7 月). 運用中の疲労損傷を受けた C-130 飛行機中央翼の残留強度および亀裂伝播試験(PDF) (レポート). NASA . 2015 年 2 月 17 日のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
- ^ Gholizade, S. (2016). 「複合材料の非破壊検査方法のレビュー」Procedia Structural Integrity . 1 : 50–57. doi : 10.1016/j.prostr.2016.02.008 .
- ^ Bayraktar, E.; Antolovich, SD; Bathias, C. (2008 年 9 月 12日)。「複合材料の非破壊制御の新展開と製造工学への応用」。Journal of Materials Processing Technology。206 ( 1–3): 30–44。doi : 10.1016/j.jmatprotec.2007.12.001。
- ^ ハウスマン、ダミアン (2006 年 11 月 15 日)。「航空物流センターが C-130 の中央翼ボックスをアップグレード」。空軍資材司令部。
- ^ 「C-130の飛行維持: 中央翼ボックスの交換」。Defense Industry Daily。2007年4月4日。
- ^ インシナ、ヴァレリー（2019年8月8日）。「米空軍、異常な亀裂のため100機以上のC-130の飛行を一時停止」。ディフェンスニュース。
- ^ トムキンス、リチャード（2017年7月18日）。「マーシャル・エアロスペース・アンド・ディフェンス、C-130Jの作業に着手」ユナイテッド・プレス・インターナショナル。