航空機の布張り
リブステッチと検査リングが見えるデ・ハビランド タイガーモスの布張り。

航空機の布張りとは、航空機の開放構造を覆うために使用される素材と工程の両方を指す用語です。また、密閉された合板構造の補強にも使用されます。デ・ハビランド・モスキートはこの技術の一例であり、また、第一次世界大戦中のドイツ軍機LFGローランドC.IIのような、ヴィッケルルンプフ合板と布張りで包まれた先駆的な全木製モノコック胴体もこの技術の一例です。

初期の航空機は綿やセルロースナイトレートドープなどの有機素材を使用していましたが、現代の布張りの設計では、接着剤としてダクロンや酪酸ドープなどの合成素材が使用されるのが一般的です。元々伝統的な方法で覆われていた古い航空機の修復には、現代的な手法がしばしば用いられます。

目的/要件

航空機の布張りの目的は次のとおりです。

  • 揚力面および操縦面に軽量の気密スキンを提供します。
  • 弱い構造に構造的な強度を与えます。
  • 航空機の揚力のかかっていない他の部分を覆い、抗力を減らすこと。フェアリングを形成することもある。
  • 構造物を自然環境から保護するため。

歴史

初期の使用

リリエンタールの飛行機械のレプリカ

ジョージ・ケイリーやオットー・リリエンタールといった先駆的な飛行家たちは、有人グライダーの設計に綿で覆われた飛行面を使用しました。ライト兄弟もライトフライヤー号の機体に綿を使用しました。初期の航空機では様々な布地が使用されており、絹や麻が一般的に使用されていました。AVロー社の最初の機体など、初期の航空機の中には、紙を被覆材として使用したものもありました。1911年にセルロースベースのドープが開発されるまで、布地の仕上げには様々な方法が用いられていました。[ 1 ]最も普及していたのは、コンチネンタル社が製造したようなゴム引き布の使用でした。他には、サゴ澱粉を使用する方法もありました。[ 2 ]「エメールライト」などのセルロースドープの登場は、実用航空機の製造において大きな進歩をもたらし、張力の維持された飛行面を実現しました（これにより、飛行面の頻繁な張り替えが不要になりました）。[ 3 ]

第一次世界大戦/戦後

第一次世界大戦の空中戦は、主に布張りの複葉機で行われました。布張りの複葉機は、布張りとニトロセルロースの可燃性のため、火災に弱かったのです。[ 4 ]布張りに描かれた国旗は、撃墜された航空機から切り取られ、戦利品として使用されることが多かったのです。ドイツの航空機設計者フーゴ・ユンカースは、金属製航空機の先駆者の一人とされており、彼の設計は布張りからの転換のきっかけとなりました。布張り、ニトロセルロースの可燃性混合物、そして水素ガスは、ヒンデンブルク号の沈没の一因となりました。

第二次世界大戦

損傷したヴィッカース・ウェリントン。焼けて布地のカバーが剥がれている。

第二次世界大戦時代になると、多くの航空機設計では、より高い運用速度を実現するために金属製モノコック構造が採用されるようになったが、初期のスピットファイアやその他の機種では、依然として布張りの操縦翼面が使用されていた。ホーカー・ハリケーンは胴体も布張りで、1939年までは翼も布張りだった。多くの輸送機、爆撃機、練習機でも依然として布張りが使用されていたが、可燃性の硝酸塩ドープは燃えにくい酪酸塩ドープに置き換えられた。[ 4 ]モスキートは布張り（マダポラム）合板航空機の例である。ヴィッカース・ウェリントンは、戦闘時の耐損傷性に優れた ジオデシック機体に布張りを採用した。

戦時中の逆境下における創意工夫の興味深い例として、コルディッツ・コック・グライダーが挙げられます。この自家製グライダーは脱走手段として考案され、囚人の寝具を覆い材として利用しました。また、囚人たちは自家製の接着剤と、煮沸したキビから作ったドープも製作に使用しました。

現代素材の導入

第二次世界大戦後、近代的な合成素材の開発により、民間航空機の用途では綿織物がポリエチレンテレフタレート（商品名ダクロンまたはセコナイト）に置き換えられました。この新しい織物は、機体に縫い付ける代わりに接着し、熱収縮させることでフィットさせることができました。グレードAの綿織物は、航空機を屋外に保管した場合、通常6～7年しか持ちませんが、綿織物のように腐敗しないセコナイトは20年以上もつことがあります。[ 4 ] [ 5 ]

Ceconite と Hipec プロセスを使用して覆われたUltraflight Lazair 。

これらの近代的な生地に酪酸ドープを使用する初期の試みでは、ドープは全く接着せず、シート状に剥がれてしまうことが判明しました。代わりに硝酸ドープが初期の選択肢として復活しましたが、これも新しい素材に取って代わられました。[ 4 ]

米国のレイ・スティッツが開発し、 1965年にFAAの認可を受けた織物システムが、ポリファイバーというブランド名で販売されている。これは、セコナイトというブランド名で販売されている3種類の重さのダクロン織物と、機体に取り付けるための織物用接着剤（ポリタック）、織物準備用シーラー樹脂（ポリブラシ）、塗料（ポリトーン）を使用する。このシステムはドープではなく、ビニールベースの化学物質を使用する。[ 4 ]セコナイト101は認証済みの3.5 oz/yd 2 (119 g/m 2 )織物で、セコナイト102は3.16 oz/yd 2 (107 g/m 2 )織物である。また、超軽量航空機向けの1.87 oz/yd 2 (63 g/m 2 )の非認証軽量セコナイトも存在する。この方法では、リブステッチ、リベット、キャップストリップなどの形で生地を機体に物理的に固定する必要があり、通常は生地テープで覆われます。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]

ポリファイバー社に加えて、認定航空機および自作航空機用の被覆プロセスを開発している企業も数多くあります。ランドルフ・プロダクツ社とサーティファイド・コーティングズ社は、ダクロン繊維用の酪酸エステルおよび硝酸エステルベースのドープを製造しています。[ 8 ] [ 9 ]

スーパーフライトとエアテックのシステムは同様の生地を使用していますが、仕上げにはポリウレタンベースの製品にフレックス剤が添加されています。これらの仕上げは非常に高い光沢を生み出します。[ 4 ]

カナダ、アルバータ州エドモントンのファルコナー・アビア社は、1964年にダクロン繊維用のHipecシステムを開発しました。このシステムは、特殊なHipecサンバリアを使用することで、航空機構造に繊維を直接ワンステップで接着します。これにより、従来の繊維加工工程で必要となるリベット打ち、リブステッチ、テーピングといった工程が不要になります。そして、サンバリアの上に最終塗装を施すことで、工程が完了します。[ 10 ] [ 11 ]

より新しいシステムは、ワシントン州カシミアのスチュワート・システムズ社とブルーリバー社（セコナイト7600）によって開発・販売されています。これら2つのシステムは、他のシステムと同じ認証ダクロン素材を使用していますが、高揮発性有機化合物を使用せず、代わりに水をキャリアとして使用しているため、より安全に使用でき、環境への影響も少なくなっています。[ 4 ] [ 12 ]

多くの超軽量航空機は、3.9オンス（約145g）のダクロン製の縫製済みエンベロープで覆われており、ネジ止め、ボルト締め、または紐で簡単に固定できます。これらは様々な色と模様で製造されており、通常は未処理のまま、または太陽光によるダメージを防ぐために紫外線防止加工が施されて飛行します。[ 13 ]

Lanitz Aviationは2001年にドイツで製造される新しいプロセスを導入しました。このプロセスはOratex6000という商標名で販売されています。 [ 14 ] Oratexは、欧州EASA追加型式証明（STC）、[ 15 ]カナダSTC、[ 16 ] [ 17 ]米国STCを取得しています。[ 18 ] Oratexは、多くの層の特殊コーティング（その多くは有毒）の塗布と、それに必要な時間、スキル、設備、安全上の注意を必要とする従来のシステムとは異なります。Oratex6000は機体に接着して収縮させるだけで、コーティングは必要ありません。[ 19 ]

カバープロセス

伝統的な方法

ソッピース・パップのレースパネルとステッチされたアンダーカンバー翼

伝統的な被覆方法では、綿などの有機材料が使用される。[ 20 ]航空機の構造を研磨して準備した後、接着剤としてドープを使用して材料を塗布する。リブステッチは、高速航空機、特にアンダーカンバー翼型で使用され、布地が航空機の構造に沿うようにする。プロペラの影響を受ける領域では、ステッチ間の距離が狭くなる。その後、被覆は緊張ドープで処理され、しわが取り除かれて構造強度が高められる。仕上げコートにはアルミニウム粉末が含まれることが多く、紫外線から表面を保護するのに役立つ。第一次世界大戦時代の航空機の大型布パネルは、メンテナンスのために内部構造にアクセスしやすいように、アイレットを通して結び付けられることが多かった。現代の方法と比較した欠点は、カビなどの生物学的影響により被覆の耐用年数が比較的短いことと、最終結果を得るために必要な労力である。[ 21 ]

現代的な方法

現代の被覆方法は、わずかな違いはあるものの伝統的な方法に準じている。合成素材が使用され、専用の接着剤を用いて構造体に被覆が接着される。収縮処理は電気アイロンまたはヒートガンを用いて行われる。被覆がしっかりと締まったら、より重量のある航空機やより高速な航空機では再びリブステッチが用いられる。通常は化粧仕上げが施されるが、通常コーティングは施されないオラテックスの場合は例外である。現代の被覆材を木製構造の航空機に使用することの副作用は、耐用年数が大幅に長くなったため、構造体が被覆されたまま検査されない期間が大幅に長くなることである。このため、航空規制機関によって特別な定期検査が義務付けられている。[ 4 ] [ 22 ]

どちらの方法で覆う場合でも、布地を交換した後は航空機の重量を再測定し、質量や重心の変化を確認するのが一般的です。[ 23 ]

参照

参考文献

注記

  1. ^ラスバン、ジョン・B. (1919). 「翼の構造」.飛行機の構造と操作. シカゴ: スタントン・アンド・ヴァン・ヴリート. 2021年5月20日閲覧。
  2. ^ペンローズ、ハラルド『英国航空：開拓時代』ロンドン：パトナム、1967年、323ページ
  3. ^ 「布用ニスに関するいくつかのメモ」『フライト』第3巻第32号、1911年8月12日、707ページ。 2021年5月20日閲覧。
  4. ^ a b c d e f g hゴールデンバウム、ジョン：航空機ファブリック - まとめ、エアロクラフター - 自作航空機ソースブック、31-34ページ。BAIコミュニケーションズ。ISBN 0-9636409-4-1
  5. ^ a b Aircraft Spruce and Specialty (2009). 「ポリファイバーファブリック」 . 2009年8月8日閲覧。
  6. ^ Aircraft Spruce and Specialty (2009). 「セコナイト」 . 2009年8月8日閲覧。
  7. ^ Aircraft Spruce and Specialty (2009). 「被覆材 - ポリファイバー」 . 2009年8月8日閲覧。
  8. ^ Aircraft Spruce and Specialty (2009). 「Covering Material - Randolph Coatings」 . 2009年8月8日閲覧。
  9. ^ Aircraft Spruce and Specialty (2009). 「Covering Material - Certified Coatings」 . 2009年8月8日閲覧。
  10. ^ Falconar Avia (2008年7月). 「The Modern Method for Covering & Finishing」 . 2009年3月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年8月8日閲覧。
  11. ^ハント、アダム＆ルース・マーキス＝ハント：『Hipecで仕上げる』、Kitplanes 2001年6月号、70-74ページ。ベルボア・パブリケーションズ。ISSN 0891-1851
  12. ^ Stewart Systems (2010). 「Stewart Systems」 . 2010年7月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年7月14日閲覧。
  13. ^ Aircraft Spruce and Specialty (2009). 「Covering Material - Ultralight Sails - Quicksilver」 . 2009年8月8日閲覧。
  14. ^ Lanitz-Prena (2013). 「Lanitz-Prena」 . 2013年12月2日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年11月15日閲覧。
  15. ^欧州航空安全機関補足型式証明 10045970
  16. ^カナダ運輸省. 「NICO: Certificate SA 1468」 . wwwapps.tc.gc.ca . 2019年2月4日閲覧。
  17. ^カナダ運輸省. 「NICO: Certificate SP 0003」 . wwwapps.tc.gc.ca . 2019年2月4日閲覧。
  18. ^連邦航空局(2017年3月20日). 「補足型式証明 SA03898NY」 . www.airweb.faa.gov . 2019年2月4日閲覧。
  19. ^ Lanitz-Prena2 (2013). 「Lanitz-Prena2」 . 2013年12月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。2013年11月15日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: 数値名: 著者リスト (リンク)
  20. ^ Judge, Arthur W. (1921).航空機および自動車の構造材料. 専門家シリーズ. 第2巻. ロンドン: Sir Isaac Pitman & Sons. pp.  339– 344. 2021年5月20日閲覧。具体的には、グレード A またはグレード B の綿花です。
  21. ^ FAA AC.43.13、81-94ページ。
  22. ^ FAA AC.43.13、84ページ。
  23. ^ FAA AC.43.13、243ページ。

参考文献

  • 連邦航空局、「航空機の検査および修理に関する許容される方法、技術、実施方法」、AC43.13.1A、変更 3。米国運輸省、米国政府印刷局、ワシントン DC 1988 年。
  • テイラー、ジョンWR 『飛行の伝承』ロンドン：ユニバーサルブックス社、1990年。ISBN 0-9509620-1-5。

さらに読む

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