JP4268824B2 - 複合材料を硬化させるシステム及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、硬化システムの分野に、及びより詳しくは複合材料を硬化させるためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複合構造は、多くの用途に対する多くの産業において望ましい。例えば、航空機、宇宙空間及び陸／海の乗り物は、それらの製作において様々な複合材料を用いる。他の材料での場合におけるように、複合材料を、時々、修理する必要がある。複合材料を修理する際に典型的に伴われる工程の一つは、硬化工程である。硬化工程は、通常、上昇した温度で実行される。この上昇した温度の硬化工程は、複合材料が、航空機又は他の乗り物中へ既に統合される複合構造の形態にあるとき、複合材料を修理する際における困難を引き起こす。
例えば航空機上で複合構造を修理する一つの方法は、複合構造を、オーブン又はオートクレーブ中で修理すると共に続いて硬化させてもよいように、航空機又はそれの一部分を分解することである。しかしながら、この方法は、航空機を修理するとき、しばしば極端に高価であり、かなりの量の時間を浪費する。
【０００３】
航空機上で複合構造を硬化させる別の方法は、修理されている複合構造のエリアの最上に置く一つ以上の加熱ブランケットを使用することである。しかしながら、加熱ブランケットの使用に関連したいくつかの問題は、多くの加熱ブランケットが、おおよそ５００°Ｆの温度までのみ良好であること、及び加熱ブランケットが、修理工程に不利益である場合もある、硬化されている複合材料に付着する傾向を有することである。
【０００４】
航空機上で複合材料を硬化させる別の方法は、携帯用オーブンを使用することである。しかしながら、複合材料の航空機上の修理に使用されてきた多くの先の携帯用オーブンは、最高２６０°Ｆのような低い温度にのみ適切であり続けてきた。
【０００５】
航空機上で複合材料を硬化させる別の方法は、以下のもの、内チャンバーを有する片開きオーブン、内チャンバーを囲む第一の断熱材、第一の断熱材を囲む外チャンバー、及び外チャンバーの外面に配置された第二の断熱材、を含む携帯用システムを使用することである。第一の断熱材の厚さ及び第二の断熱材の厚さは、第二の断熱材の外面の表面温度が、内チャンバーが、少なくとも華氏５００度の温度にあるとき、わずかに華氏１４０度であるようなものである。熱風分配マニホールドは、内チャンバー内に配置され、冷風分配マニホールドは、外チャンバー内に配置され、それの外部連結された断熱性の材料を有する排気煙突は、外チャンバーに連結される。熱風分配マニホールドは、プレナム、プレナムに連結された複数の分散チューブ、及び各分散チューブに形成された複数のオリフィスを含む。
【０００６】
システムは、熱風分配マニホールドへ過熱乾燥空気を供給するための熱風供給チューブを経由してオーブンの熱風分配マニホールドに連結された熱風供給システム、冷風分配マニホールドへ冷たい乾燥空気を供給するためのオーブンの冷風分配マニホールドに連結された冷風供給システム、及びオーブンの内壁に形成された複数の熱風排気道をさらに含む。熱風排気道を、外チャンバーへ内チャンバー内の熱風を輸送するように適合させる。分散チューブのオリフィスの全面積に対する熱風排気道の全面積の比は、少なくとも１に等しい。
【０００７】
システムは、内壁の周囲に配置された断熱性のシール、内壁及び外壁を連結させるボルト及びナット、並びに、その場所に断熱性のシールを保持するための、その周囲に隣接した、内チャンバーの内部のまわりで延びる保持板をさらに含む。複数の熱風案内板は、内壁に連結され、外チャンバー内に配置される。各熱風案内板は、それぞれの熱風排気道から熱風を受けると共に外チャンバー内の熱風を輸送するように適合したトラフを有する。システムは、第一の断熱材に隣接した内箱及び外箱の間に配置されると共に内壁の周囲に延びる断熱性のロープをさらに含む。また、取り扱い構造は、オーブンの外部に連結される。
【０００８】
この携帯用システムは、過去三年にわたってＢ−２爆撃機で実験的に試験されてきた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来技術の技術の問題点を解決することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの実施例に従って、複合材料を硬化させるためのシステムは、内チャンバーを明確に定める内壁、内壁及び外壁の間における外チャンバーを明確に定める外壁、内チャンバー内に配置された熱風分配マニホールド、外チャンバー内に配置された冷風分配マニホールド、並びに、それに配置された、外チャンバーに連結された冷風分配導管を有する排気煙突、を有するオーブンを含む。システムは、熱風分配マニホールドへ熱風を供給するように動作可能であるオーブンの熱風分配マニホールドに連結された熱風供給システム、冷風分配マニホールド及びそれらへ冷風を供給するように動作可能である冷風分配導管に連結された冷風供給システム、及びオーブンの内壁に形成された複数の熱風排気道をさらに含む。熱風排気道を、外チャンバーへ内チャンバー内の熱風を輸送するように適合させる。
【００１１】
本発明の実施例は、多くの技術的な利点を提供する。本発明の実施例は、これらの利点の全て若しくはいくつかを含んでもよく、又はこれらの利点のいずれも含まなくてもよい。本発明の一つの実施例に従って製造された携帯用システムは、複合材料の航空機上での修理に関して安全要求を満たす。例えば、このようなシステムのオーブンの外面は、華氏１４０度より低い最高温度を得る。これは、航空機の整備作業員が、火傷をする心配なしに働くことを可能にする。オーブンを出る空気の排気温度は、材料又は他の物質の燃焼性を回避するための適切な温度である、わずかに華氏約３５０度の温度を得る。このようなシステムは、航空機上の複合材料に対してオーブンの内部の高い硬化温度を達成すると共に長期間この温度を持続させることもまた可能である。これは、修理用の航空機又は航空機の部分を分解することが必要であることと関連したコストを著しく減少させ、加熱ブランケットを使用する必要があるという問題を除去する。また、このようなシステムは、整備作業員によって容易に取り扱われると共に輸送されるために、十分に小さく及び十分軽くてもよい。
【００１２】
他の技術的な利点は、以下の図及び説明、並びに請求項から、当業者には容易に明白である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の、並びにさらなる特徴及び利点に対する、より完全な理解のために、添付する図面と併せて理解される以下の説明をここで参照する。
【００１４】
本発明の例の実施例及びそれらの利点は、同様の符号が同様の部品を参照する、図面の図１乃至６Ｃをここで参照することによって、最もよく理解される。
【００１５】
図１は、本発明の一つの実施例に従って複合構造１０１の航空機上での材料の硬化用のシステム１００の斜視図である。システム１００は、オーブン１０２、熱風供給システム１０４、冷風供給システム１０６、及び取り扱い構造１０８を含む。本発明の教示に従って、システム１００は、オーブンに対して安全な表面温度及び排気ガス温度を維持すると同時に、航空機、乗り物、及び他の構造における複合材料に対する高い硬化温度を長期間達成することが可能である、携帯用の比較的軽量なシステムである。本発明のいくつかの実施例の重要な技術的利点は、システム１００が、修理用の航空機又は他の乗り物を分解する必要があることに関連したコストを著しく減少させると共に複合材料を硬化させるための先のシステムを使用する必要があるという問題を除去することである。
【００１６】
ここでは、複合構造１０１を、航空機の一部分であるとして記載する。しかしながら、複合構造１０１は、それらの製作において複合構造を用いる他の乗り物又は他の適切な構造の一部分であってもよい。複合構造１０１は、典型的には複合材料からなる。しかしながら、複合構造１０１は、また、修理されることを必要とするその表面上に様々なコーティングを有してもよい。複合構造１０１のような複合材料を有する構造を修理するとき、典型的には要求される一つの加工ステップは、上昇した温度の硬化ステップである。システム１００は、安全な、信頼できる、及び費用効率の高い様式で、この高い温度の硬化ステップを行う。
【００１７】
オーブン１０２を、図２乃至６Ｃと併せて以下により詳細に記載する。一般的に、オーブン１０２は、複合構造１０１と関連した複合材料を硬化させる目的で複合構造１０１の表面上へ過熱乾燥空気を衝突させる。一般的に長方形の形状を有するオーブン１０２を図１に図説するが、他の適切な形状は、システム１００に関する用途並びに修理されている複合構造１０１の大きさ及び形態に依存して、可能である。本発明の一つの実施例の教示に従って、オーブン１０２は、複合構造１０１と関連した複合材料の硬化を促進するために、６００°Ｆ以上の温度に到達する及び６００°Ｆ以上の温度を長期間持続させることが可能である。しかしながら、他の温度を利用してもよい。オーブン１０２は、様々な安全要求を満たすと共に整備作業員に対する傷害を回避する様式でこれを成し遂げる。
【００１８】
熱風供給システム１０４は、オーブン１０２へ過熱乾燥空気を供給する。任意の適切な熱風供給システムを利用してもよい。例えば、一つのこのような熱風供給システムは、Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓによって製造されたＭｏｅｎ Ｇａｓ Ｈｅａｔｉｎｇ Ｃｏｎｓｏｌｅ，ＭｏｄｅｌＮｏ．ＨＴ２５３である。別の例は、米国特許第６，０１８，６１４号明細書に記載された携帯用圧縮空気加熱システムである。熱風供給システム１０４は、任意の適切な大きさ、形状、又は電力の必要条件を有してもよい。熱風供給システム１０４は、任意の適切な様式でオーブン１０２へ連結する。
【００１９】
冷風供給システム１０６は、ガスがオーブン１０２を出る前に熱い排気ガスを冷やす目的で、オーブン１０２へ冷たい乾燥空気を供給するように機能する。任意の適切な製造プラントで見つけられる典型的な作業所の空気のような、任意の適切な冷風供給システムを利用してもよい。冷風供給システム１０６によって供給された冷風は、圧力調整器１１０によって調整される。一つ以上の冷風導管１１２は、図５と併せて以下により詳細に記載するように、圧力調整器１１０からオーブン１０２上の様々な場所へ冷風を輸送する。
【００２０】
取り扱い構造１０８は、整備作業員がオーブン１０２を取り扱うことを可能にする任意の適切な構造的形態である。また、取り扱い構造１０８は、熱風供給システム１０４及び／又は冷風供給システム１０６並びにそれらの関連した構成要素を支持するように機能してもよい。例えば、図１に示すように、取り扱い構造１０８は、熱風供給システム１０４を受け入れるために形成された複数の角鉄１１４を有する。オーブン１０２及びオーブン１０２の形状及び／又は形態を取り扱うために利用可能な設備に依存して、取り扱い構造１０８の任意の適切な配列を利用してもよい。
【００２１】
図２は、オーブン１０２の追加の詳細を図説するオーブン１０２の断面図である。オーブン１０２は、オーブン１０２の概略の形状を集合的に明確に定める内チャンバー２００、内壁２０２、外チャンバー２０４、及び外壁２０６を含む。オーブン１０２は、熱風分配マニホールド２０８、冷風分配マニホールド２１０、排気煙突２１２、シール２１４、複数の熱風排気道２１６、及び複数の熱風排気案内板２１８をさらに含む。取り扱い構造１０８を、記載の目的を明瞭にするために図２に示さない。
【００２２】
内チャンバー２００は、過熱乾燥空気が、複合構造１０１の複合材料を硬化させるためのその機能を行う所である。内チャンバー２００の形態及び容積は、内箱２２０によって明確に定められる。よって、内チャンバー２００は、任意の適切な形態において任意の適切な容積を有してもよい。図説した実施例において、内チャンバー２００は、おおよそ５インチの深さをもつ一般に長方形の形態を有する。しかしながら、内チャンバー２００は、熱風の量及び内チャンバー２００に入る熱風の温度と一緒に修理されている複合構造１０１の表面積に依存して、任意の適切な形態及び任意の適切な深さを有してもよい。一つの実施例において、内チャンバー２００は、おおよそ６００°Ｆの温度に維持される。しかしながら、内チャンバー２００を、複合構造１０１で硬化されている複合材料のタイプに依存して、より低い又はより高い温度で維持してもよい。内箱２２０は、上述したように、内チャンバー２００の容積及び形態を明確に定める金属又は他の適切な材料の薄板である。一つの実施例において、内箱２２０は、おおよそ０．０３２インチの厚さを有するステンレス鋼から形成される。しかしながら、任意の適切な厚さを有する他の適切な材料を、内箱２２０を形成するために、使用してもよい。
【００２３】
オーブン１０２の内壁２０２は、内箱２２０、中間の箱２２２、及びそれらの間に配置された断熱材２２４を含む。以下でさらに記載するように外チャンバー２０４が適切な温度で維持されるように、内壁２００は、内チャンバー２００から外チャンバー２０４を断熱するように機能する。内壁２０２は、オーブン１０２の概略の形態に一致する形態を有する。しかしながら、他の適切な形態を利用してもよい。中間の箱２２２は、典型的に内箱２２０と同じ概略の形状を有する金属又は他の適切な材料の薄板である。一つの実施例において、中間の箱２２２は、おおよそ０．０３２インチの厚さを有するアルミニウムから形成される。しかしながら、任意の適切な厚さを有する他の適切な材料を、中間の箱２２２を形成するために使用してもよい。任意の適切な様式において内箱２２０及び中間の箱２２の間に配置してもよい断熱材２２４は、任意の適切な厚さを有する任意の適切な断熱材から形成してもよい。特定の実施例において、断熱材２２４は、５／８インチの厚さまで内壁２２０及び中間の壁２２２の間で圧縮される前に、おおよそ１と１／４インチの厚さを有するＳａｆｆｉｌｌの断熱材から形成される。また、内壁２０２は、以下でさらに記載するように、その壁のまわりで間隔を空けた熱風排気道２１６を含む。また、内壁２０２は、その周囲に配置されたガラス繊維ロープ４００を含む。ガラス繊維ロープ４００及び内壁２０２の他の詳細を、図４と併せて以下により詳細に記載する。
【００２４】
外チャンバー２０４は、中間の箱２２２及び外箱２２６によって明確に定められる空間である。外チャンバー２０４は、熱風排気道２１６を通じて排気される内チャンバー２００からの熱風を受け入れ、また冷風分配マニホールド２１０からの冷風を受け入れ、排気煙突２１２へ混合した熱風及び冷風を輸送する。外チャンバー２０４は、典型的に、オーブン１０２と同じ概略の形状を有する。しかしながら、外チャンバー２０４は、他の適切な形状を有してもよい。外箱２２６を、任意の適切な厚さを有する任意の適切な材料から形成してもよい。特定の実施例において、外箱２２６は、０．０５インチの厚さのアルミニウムから形成される。また、外チャンバー２０４は、内チャンバー２００から熱風を受け入れる熱風排気案内板２１８を含む。熱風排気案内板２１８の詳細を、図６Ａ乃至６Ｃと併せて以下に記載する。
【００２５】
外壁２０６は、オーブン１０２の外壁を含む。外壁２０６は、外箱２２６及び断熱材２２８を含む。任意の適切な方法で外箱２２６に連結してもよい、断熱材２２８を、任意の適切な厚さを有する任意の適切な断熱材から形成してもよい。特定の実施例において、断熱材２２８は、おおよそ５／１６インチの厚さ有するＮｏｍｅｘ（商標）のフェルトから形成され、結合剤としての４６１４６の灰色のシリコン接着剤を使用して、外箱２２６に取り付けられる。使用される断熱材のタイプ及びその厚さの組み合わせに依存して、重要な考察は、断熱材２２８の外部表面温度である。例えば、断熱材２２８の外面が、整備作業員に対して露出されるので、その表面温度は、整備作業員が負傷しないように、安全な温度であるべきである。例えば、一つの実施例において、断熱材２２８の最高の外部表面温度は、おおよそ１４０°Ｆである。連邦政府及び／又は会社の安全基準は、断熱材２２８の表面温度がより低い温度にあることを義務付けてもよい。
【００２６】
熱風分配マニホールド２０８は、図３と併せて以下により詳細に記載するように、熱風供給チューブ２０９を経由して熱風供給システム１０４（図１）から過熱乾燥空気を受け、内チャンバー２００の中へ過熱乾燥空気を届ける。
【００２７】
図３は、熱風分配マニホールド２０８の追加の詳細を図説する底面図である。図説するように、熱風分配マニホールド２０８は、プレナム３００、及びそれに形成された複数の穴３０４を有する複数の分散チューブ３０２を含む。過熱乾燥空気は、熱風供給チューブ２０９を経由してプレナム３００に入る。熱風分配マニホールド２０８に入る過熱乾燥空気は、任意の適切な圧力で加圧される。一つの実施例において、過熱乾燥空気の圧力は、おおよそ１０及び３０プサイの間にある。過熱乾燥空気は、過熱乾燥空気が、穴３０４を経由して内チャンバー２００に入ってもよいように、分散チューブ３０２の各々に分配される。図３に示すような熱風分配マニホールド２０８の全体的な形態は、単に、可能である多くの形態の一つである。熱風分配マニホールド２０８の形態は、オーブン１０２の形態及び／又は修理されている複合構造１０１の表面積によって決定される。プレナム３００及び分散チューブ３０２の両方を、任意の適切な形態を有する任意の適切な材料から形成してもよい。一つの実施例において、プレナム３００及び分散チューブ３０２の両方は、ステンレス鋼チューブのような金属チューブから形成される。特定の実施例において、プレナム３００は、０．０３５インチの厚さの壁を有する１と１／４インチの直径のステンレス鋼チューブから形成され、分散チューブ３０２は、０．０３５インチの厚さの壁を有する３／８インチの直径のステンレス鋼チューブから形成される。
【００２８】
穴３０４は、過熱乾燥空気を複合構造１０１の表面上で均等に分散させると共に衝突させるように、選択される。例として、穴３０４は、０．０５インチの直径を有する。しかしながら、他の適切に一定の大きさにしたオリフィスを利用してもよい。加えて、任意の適切な数の穴３０４を利用してもよい。穴３０４の数及び直径の両方は、修理されている複合構造１０１の表面籍及び熱風分配マニホールド２０８に入っている熱風の量の両方に基づく。
【００２９】
図２に戻って参照して、熱風分配マニホールド２０８は、任意の適切な様式で熱風供給チューブ２０９を経由してオーブン１０２に連結される。熱風供給チューブ２０９を、任意の適切な材料から形成してもよい。一つの実施例において、熱風供給チューブ２０９は、０．０５８インチの壁の厚さを有する３／４インチの直径のステンレス鋼チューブから形成される。加えて、熱風供給チューブ２０９を断熱材２１１で包んでもよい。断熱材２１１は、任意の適切な厚さを有してもよく、ガラス繊維材料のような任意の適切な材料から形成されてもよい。
【００３０】
冷風分配マニホールド２１０は、オーブン１０２の開いた底の近くでオーブン１０２の周囲で外チャンバー２０４内に配置される。冷風分配マニホールド２１０の機能は、外チャンバー２０４の中へ冷風を届けることであり、それを、排気煙突２１２の外へ排気する前に内チャンバー２００からの熱風と混合してもよい。図説した実施例において、冷風分配マニホールド２１０は、任意の適切な壁の厚さを有する任意の適切な材料であってもよい長方形の管材料から形成される。一つの実施例において、冷風分配マニホールドは、１インチ×１／２インチ×１／８インチの壁の長方形の管材料から形成される。冷風分配マニホールド２１０の追加の詳細を、図５と併せて以下に記載する。
【００３１】
排気煙突２１２は、断熱材２３４によって包まれたチューブ２３２を含む。また、排気煙突２１２は、フランジ２３６及び冷風分配マニホールド２３８を有してもよい。排気煙突２１２は、外チャンバー２０４から大気へ混合した熱風及び冷風を排気するように機能する。本発明のいくつかの実施例の重要な技術的利点は、空気を排気する排気煙突２１２が、相対的に安全な温度にあることである。例えば、排気煙突２１２から排気する空気の温度は、３５０°Ｆの最高温度にある。加えて、排気煙突２１２の長さは、空気が、オーブン１０２の外壁２０６より上における適切な距離で排気するようなものである。一般的に、排気煙突２１２の高さは、連邦政府及び／又は会社の安全基準によって決定される。
【００３２】
一つの実施例において、チューブ２３２は、０．０４９インチの壁の厚さを有する２インチの直径の６０６１−Ｔ６アルミニウムから形成される。しかしながら、チューブ２３２を、任意の適切な形状及び適切な壁の厚さを有する任意の適切な材料から形成してもよい。断熱材２３４は、任意の適切な厚さを有する任意の適切な断熱材であってもよい。一つの実施例において、断熱材２３４は、ガラス繊維から形成される。排気煙突２１２を、任意の適切な様式でオーブン１０２に連結させてもよい。図説した実施例において、排気煙突２１２は、フランジ２３６を経由して外壁２０６の外箱２２６に連結される。フランジ２３６を、リベット締め、ボルト締め、溶接、又は他の適切な方法によって外箱２２６に連結させてもよい。大気中へ出る前に外チャンバー２０４からの排気ガスを冷やす目的で、排気煙突２１２の中へ直接追加の冷風を注入するために、冷風分配マニホールド２３８をいくつかの実施例で使用してもよい。冷風分配マニホールド２３８から排気煙突２１２に入る冷風の量を、圧力調整器１１０（図１）によって制御してもよい。冷風分配マニホールド２３８を、任意の適切な方法を使用して、排気煙突２１２の内部で連結されてもよい。
【００３３】
シール２１４は、内チャンバー２００内の熱風が漏れてはならないように、複合構造１０１に対するオーブン１０２の密閉を促進するためにオーブン１０２の周囲で延びる。シール２１４を、任意の適切な材料から形成してもよい。一つの実施例において、シール２１４は、ガラス繊維ロープから形成され、厚いガラス繊維のテープで包まれ、容易な設置のための適切な形状に縫い付けられる。シール２１４は、図４と併せて以下に記載するようなオーブン１０２へ連結する。シール２１４の形態及びタイプは、適切な密閉が起こってもよいように、複合構造１０１の輪郭に基づいて選ばれる。
【００３４】
熱風排気道２１６は、外チャンバー２０４の中への内チャンバー２００の内部における熱風の排気を促進する。熱風排気道２１６は、内壁２０２に形成され、内壁２０２のまわりにおおよそ等しく間隔を空けられる。熱風排気道２１６は、任意の適切な大きさ及び形状を有してもよい。しかしながら、一つの実施例において、熱風排気道２１６は、図説したように、複数の中空のリベット２４０を利用することによって形成される。中空のリベット２４０を、アルミニウムのような任意の適切な材料から形成してもよい。熱風道２１６の数及び大きさは、どの程度の空気が、熱風分配マニホールド２０８を経由して内チャンバー２００に入っているかに依存する。熱風排気道２１６の全面積は、適切な排気が起こってもよいように、熱風分配マニホールド２０８の穴３０４の全面積以上である。一つの実施例において、熱風排気道２１６の全面積は、熱風分配マニホールド２０８の穴３０４の全面積の１乃至１と１／２倍である。しかしながら、他の適切な比を利用してもよい。
【００３５】
熱風排気案内板２１８は、熱風排気道２１６を通過する熱風を受け入れるために、及び外チャンバー２０４に熱風を輸送するように機能し、それは、冷風分配マニホールド２１０から来る冷風と混合してもよい。熱風排気案内板２１８を、リベット締め、ボルト締め、溶接、又は他の適切な方法のような、任意の適切な様式で内壁２０２の中間の箱２２２に連結させてもよい。熱風排気案内板２１８の詳細を、図６Ａ乃至６Ｃと併せて以下に記載する。
【００３６】
図４は、より詳細にオーブン１０２の詳細を示すオーブン１０２の一部分の拡大図である。図説したように、内壁２０２及び外壁２０６は、ボルト２３０及びナット２３１を介して互いに連結される。この連結は、ガラス繊維ロープ４００内に配置された中空のスペーサ４０２を有すると共に冷風分配マニホールド２１０で形成され開口を有することによって促進される。従って、ボルト２３０を設置するとき、ボルト２３０は、断熱材２２８、外箱２２６、冷風分配マニホールド２１０、中間の箱２２２、スペーサ４０２、内箱２２０、シール２１４及びチタン板４０４における開口を通じて配置される。ボルト２３０及びナット２３１の両方を、任意の適切な材料から形成してもよい。例えば、ボルト２３０は、３／１６インチの直径、１−１／２インチの長さのアルミニウムボルトであってもよい。
【００３７】
一つの実施例において、スペーサ４０２は、ガラス繊維ロープ４００内に配置されると共に内箱２２０から中間の箱２２２まで延びる中空のアルミニウムチューブである。他の適切な材料及び構成要素を、スペーサ４０２として使用してもよい。スペーサ４０２が、中空のチューブであるとき、それは、１インチの５／８のような、任意の適切な直径を有してもよい。上述したように、ガラス繊維ロープ４００は、内壁２０２の周囲で内箱２２０及び中間の箱２２２の間に設置される。ガラス繊維ロープ４００を設置した後、４６１４６の灰色のシリコーン接着剤又は他の適切な接着剤を、それにガラス繊維ロープ４００を保持するために、それに塗る。
【００３８】
チタン板４０４は、内箱２２０に隣接するオーブン１０２の周囲に延び、所定の位置にシール２１４を保持するように機能する。図説したように、シール２１４は、チタン板４０４及び内箱２２０の間に挟まれる尾４０５を有してもよい。ナット２３１は、この機能を行う。チタン板４０４は、任意の適切な厚さを有してもよく、チタン以外の他の適切な材料から形成されてもよい。
【００３９】
図５は、冷風が、冷風分配マニホールド２１０を介して外チャンバー２０４の中へどのように注入されるかの詳細を示すオーブン１０２の一部分の拡大図である。図５で図説した断面は、オーブン１０２の周囲で、図４のものと異なる場所にある。この場所で、冷風は、一つ以上の取り付け具５００を通じた冷風ライン１１２を通じて、及び冷風分配マニホールド２１０の中へ通過する。複数のおおよそ等しく間隔を空けた穴５０２は、冷風が、外チャンバー２０４の中へ入ると共に内チャンバー２００からの熱風と結局混合してもよいように、冷風分配マニホールド２１０の頂上側に形成される。冷風は、圧力調整器１１０（図１）によって調整され、任意の適切な温度を有してもよい。典型的には、大気の温度が使用される。しかしながら、また、より冷たい温度又はより暖かい温度を利用してもよい。冷風を、どこでも２と１／２乃至１０プサイの圧力まで加圧してもよい。
【００４０】
穴５０２は、任意の適切な様式で、冷風分配マニホールド２１０の周囲に間隔を空けられる。一つの実施例において、１インチの間隔が使用される。加えて、任意の適切な直径を穴５０２に対して使用してもよい。一つの実施例において、穴５０２は、それらの直径がおおよそ０．０９８インチであることを意味する、＃４０の穴である。外チャンバー２０４に入る冷風は、典型的には、乾燥していると共に周囲温度にある作業所空気である。
【００４１】
図６Ａ乃至６Ｃは、熱風排気案内板２１８の一つの実施例を図説する。図説したように、熱風排気案内板２１８は、内チャンバー２００から来る熱風用の通路を形成するために、平坦な一片の金属から形成され、その平坦な一片の金属は、それに形成されたトラフ６００を有する。一つの実施例において、熱風排気案内板２１８は、０．０２０インチの厚さを有するアルミニウムから形成される。しかしながら、他の適切な材料及び厚さを利用してもよい。トラフ６００は、任意の適切な長さを有してもよく、典型的には、外箱２２６上におけるホットスポットを回避する長さのものである。言いかえれば、内チャンバー２００からトラフ６００の中へ入る熱風は、外箱２２６に直接衝突しないが、外チャンバー２０４において冷風と混合する前にトラフ６００を通じて上方へ通過する。熱風排気案内板２１８を、リベット締め、溶接、又はボルト締めのような、任意の適切な様式で中間の箱２２２に連結させてもよい。
【００４２】
システム１００の動作において、図２を参照して、オーブン１０２は、複合構造１０１の複合材料の硬化を促進するために、複合構造１０１の表面に置かれる。取り扱い構造１０８は、複合構造１０１の表面上へオーブン１０２を位置決めするために、整備作業員によって使用される。整備作業員は、良好なシールが、シール２１４及び複合構造１０１の表面の間で維持されることを保証する。そして、熱風供給システム１０４及び冷風供給システム１０６の両方並びにそれらの関連した配管類は、オーブン１０２に適切に接続される。例えば、熱風供給システム１０４は、熱風供給チューブ２０９へ連結され、冷風供給システム１０６は、圧力調整器１１０（図１）へ連結される。
【００４３】
その後は、過熱乾燥空気を、熱風分配マニホールド２０８に供給する。過熱乾燥空気を、分散チューブ３０２の穴３０４を経由して複合構造１０１の表面上で衝突させる。一度、所望の硬化温度が得られると、それは、予め決められた量の時間の間、保たれる。硬化工程の間に、熱風は、それが冷風分配マニホールド２１０から来る冷風と混合する外チャンバー２０４の中へ、熱風排気道２１６を通じて排気する。この混合した熱風及び冷風は、追加の冷風が、オーブン１０２を出る前に排気ガスをさらに冷やすために、冷風分配マニホールド２３８を経由して注入される、排気煙突２１２に到達するまで、外チャンバー２０４を通過する。
【００４４】
過熱乾燥空気は、１０及び３０プサイの間の圧力まで加圧され、冷風は、２と１／２乃至１０プサイの間の圧力まで加圧される。断熱材２２４、冷風分配マニホールド２１０からの冷風、及び断熱材２２８の組み合わせは、整備作業員に対する負傷を回避するために、断熱材２２８の外面を適切な温度に保つ。加えて、熱風排気案内板２１８は、オーブン１０２の側部のまわりで、断熱材２２８の外面上におけるどんなホットスポットも防止する。複合構造１０１を十分に硬化させた後、熱風供給システム１０４及び冷風供給システム１０６の両方を止めてもよく、オーブン１０２を、別の所に移動させると共に他の複合構造を硬化させるために使用してもよいように、オーブン１０２を複合構造１０１から取り除いてもよい。オーブン１０２の携帯性及び軽量は、コスト効率の高い様式で、複合構造の容易かつ迅速な硬化を促進する。
【００４５】
本発明の実施例及びそれらの利点を詳細に記載するが、当業者は、添付した請求項によって明確に定められるような本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、様々な変更、追加及び省略をすることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施例に従う航空機上での材料の硬化用のシステムの斜視図である。
【図２】図１のシステムのオーブンの断面図である。
【図３】本発明の一つの実施例に従う図２のオーブンの熱風分配マニホールドの平面図である。
【図４】オーブンの追加の詳細を示す図２のオーブンの片側の拡大図である。
【図５】冷風供給システムに対するオーブンの連結を示す図２のオーブンの片側の拡大図である。
【図６Ａ】図２のオーブンと関連した熱風案内要素の一つの実施例を図説する。
【図６Ｂ】図２のオーブンと関連した熱風案内要素の一つの実施例を図説する。
【図６Ｃ】図２のオーブンと関連した熱風案内要素の一つの実施例を図説する。
【符号の説明】
１００ システム
１０１ 複合構造
１０２ オーブン
１０４ 熱風供給システム
１０６ 冷風供給システム
１０８ 取り扱い構造
１１０ 圧力調整器
１１２ 冷風導管
１１４ 角鉄
２００ 内チャンバー
２０２ 内壁
２０４ 外チャンバー
２０６ 外壁
２０８ 熱風分配マニホールド
２０９ 熱風供給チューブ
２１０、２３８ 冷風分配マニホールド
２１１、２２４、２２８、２３４ 断熱材
２１２ 排気煙突
２１４ シール
２１６ 熱風排気道
２１８ 熱風排気案内板
２２０ 内箱
２２２ 中間の箱
２２６ 外箱
２３０ ボルト
２３１ ナット
２３２ チューブ
２３６ フランジ
２４０ 中空のリベット
３００ プレナム
３０２ 分散チューブ
３０４、５０２ 穴
４００ ガラス繊維ロープ
４０２ 中空のスペーサ
４０４ チタン板
４０５ 尾
５００ 取り付け具
６００ トラフ

Claims (31)

1. 複合材料を硬化させるシステムであって、
   前記システムは、
   オーブンを含み、
   前記オーブンは、
   内チャンバーを明確に定める内壁、及び
   外壁、を含み、
   前記外壁及び前記内壁は、前記外壁及び前記内壁の間に外チャンバーを明確に定め、
   前記オーブンは、さらに、
   前記内チャンバー内に配置される熱風分配マニホールド、
   前記外チャンバー内に配置される冷風分配マニホールド、及び
   前記外チャンバーに連結される排気煙突、を含み、
   前記排気煙突は、前記排気煙突の中に配置される冷風分配導管を有し、
   前記システムは、さらに、
   前記熱風分配マニホールドに連結されると共に前記熱風分配マニホールドに熱風を供給するように動作可能な熱風供給システム、
   前記冷風分配マニホールド及び前記冷風分配導管に連結されると共に前記冷風分配マニホールド及び前記冷風分配導管に冷風を供給するように動作可能な冷風供給システム、並びに
   前記内壁に形成される複数の熱風排気道、を含み、
   前記熱風排気道は、前記外チャンバーへ前記内チャンバー内の熱風を輸送するように適合する、システム。
2. 前記オーブンの外部へ連結される取り扱い構造をさらに含む請求項１記載のシステム。
3. 前記内壁の周囲に配置される断熱性のシールをさらに含む請求項１記載のシステム。
4. 前記内壁及び前記外壁を連結させるボルト及びナット、並びに
   前記周囲に隣接して前記内チャンバーの内部のまわりで延びる保持板、をさらに含み、
   前記保持板は、前記ボルト及び前記ナットと併せて働くように適合して、前記断熱性のシールを保持する請求項３記載のシステム。
5. 前記内壁に連結されると共に前記外チャンバー内に配置される複数の熱風案内板をさらに含み、
   各々の前記熱風案内板は、それぞれの熱風排気道から熱風を受けると共に前記外チャンバー内の前記熱風を輸送するように適合するトラフを有する請求項１記載のシステム。
6. 前記内壁は、内箱及び中間の箱の間に配置される第一の断熱材を含み、
   前記外壁は、外箱の外面に配置される第二の断熱材を含む請求項１記載のシステム。
7. 前記第一の断熱材の厚さ及び前記第二の断熱材の厚さは、前記内チャンバーが、少なくとも摂氏２６０度の温度にあるとき、前記第二の断熱材の外部の表面温度が、摂氏６０度を超えるものではないようなものである請求項６記載のシステム。
8. 前記第一の断熱材に隣接して前記内箱及び前記外箱の間に配置されると共に前記内壁の周囲に延びる断熱性のロープをさらに含む請求項６記載のシステム。
9. 前記熱風供給システム及び前記熱風分配マニホールドの間に配置される熱風供給チューブをさらに含む請求項１記載のシステム。
10. 前記熱風分配マニホールドは、前記熱風供給チューブに連結されるプレナム、プレナムに連結される複数の分散チューブ、及び各々の前記分散チューブに形成される複数のオリフィスを含む請求項９記載のシステム。
11. 前記オリフィスの全面積に対する前記熱風排気道の全面積の比は、少なくとも１に等しい請求項１０記載のシステム。
12. 前記排気煙突は、前記排気煙突の外部に連結される断熱性の材料をさらに含む請求項１記載のシステム。
13. 前記熱風供給システムは、過熱乾燥空気を供給するように動作可能であり、
    前記冷風供給システムは、冷たい乾燥空気を供給するように動作可能である請求項１記載のシステム。
14. 複合材料を硬化させるシステムであって、
    前記システムは、
    オーブンを含み、
    前記オーブンは、
    内チャンバーを明確に定める内壁、を含み、
    前記内壁は、第一の断熱材を有し、
    前記オーブンは、さらに、
    第二の断熱材を有する外壁、を含み、
    前記外壁及び前記内壁は、前記外壁及び前記内壁の間に外チャンバーを明確に定め、
    前記オーブンは、さらに、
    前記内チャンバーの内部から前記外チャンバーの外部まで延びる熱風供給チューブ、及び、
    前記内チャンバー内に配置される熱風分配マニホールド、を含み、
    前記熱風分配マニホールドは、
    前記熱風供給チューブに連結されるプレナム、
    前記プレナムに連結される複数の分散チューブ、及び
    各々の前記分散チューブに形成される複数のオリフィス、を含み、
    前記オーブンは、さらに、
    前記外チャンバー内に配置される冷風分配マニホールド、及び、
    前記外チャンバーに連結される排気煙突を含み
    前記排気煙突は、前記排気煙突に配置される冷風分配導管を有し、
    前記システムは、さらに、
    前記熱風分配マニホールドに連結されると共に前記熱風分配マニホールドに過熱乾燥空気を供給するように動作可能な熱風供給システム、
    前記冷風分配マニホールド及び前記冷風分配導管に連結されると共に前記冷風分配マニホールド及び前記冷風分配導管に冷たい乾燥空気を供給するように動作可能な冷風供給システム、並びに
    前記内壁に形成される複数の熱風排気道、を含み、
    前記熱風排気道は、前記外チャンバーへ前記内チャンバー内の熱風を輸送するように適合し、
    前記システムは、さらに、
    各々の前記熱風排気道に関連する熱風案内板、を含み、
    前記熱風案内板は、前記内壁に連結されると共に前記外チャンバー内に配置され、
    前記熱風案内板は、前記熱風案内板の関連する熱風排気道から熱風を受けると共に前記外チャンバー内の前記熱風を方向付けるように適合するトラフを有し、
    前記システムは、さらに、
    前記内壁の周囲に配置される断熱性のシールを含む、システム。
15. 前記オーブンの外部に連結される取り扱い構造をさらに含む請求項１４記載のシステム。
16. 前記内壁及び前記外壁を連結させるボルト及びナット、並びに
    前記周囲に隣接して前記内チャンバーの内部のまわりで延びる保持板をさらに含み、
    前記保持板は、前記ボルト及び前記ナットと併せて働くように適合して、前記断熱性のシールを保持する請求項１４記載のシステム。
17. 前記第一の断熱材は、内箱及び中間の箱の間に配置され、前記第二の断熱材は、外箱の外面に配置される請求項１４記載のシステム。
18. 前記第一の断熱材に隣接して前記内箱及び前記外箱の間に配置されると共に前記内壁の周囲に延びる断熱性のロープをさらに含む請求項１７のシステム。
19. 前記オリフィスの全面積に対する前記熱風排気道の全面積の比は、少なくとも１に等しい請求項１４記載のシステム。
20. 前記排気煙突は、前記排気煙突の外部に連結される断熱性の材料をさらに含む請求項１４記載のシステム。
21. 前記第一の断熱材の厚さ及び前記第二の断熱材の厚さは、前記内チャンバーが、少なくとも摂氏２６０度の温度にあるとき、前記第二の断熱材の外部の表面温度が、摂氏６０度を超えるものではないようなものである請求項１４記載のシステム。
22. 複合材料を硬化させる方法であって、
    前記方法は、
    オーブンを提供すること、を含み、
    前記オーブンは、
    内チャンバーを明確に定める内壁、及び
    外壁、を含み、
    前記外壁及び前記内壁は、前記外壁及び前記内壁の間に外チャンバーを明確に定め、
    前記オーブンは、
    前記内チャンバー内に配置される熱風分配マニホールド、及び
    前記外チャンバー内に配置される冷風分配マニホールドを含み、
    前記方法は、さらに、
    前記内壁の周囲が、前記複合材料を囲むように前記材料に隣接して前記オーブンを配置すること、
    熱風供給システムを経由して前記熱風分配マニホールドに熱風を供給すること、
    前記複合材料に向かって前記熱風を方向付けること、
    前記熱風が、前記内チャンバーから前記外チャンバーまで移動するように、前記内壁における複数の熱風排気道を提供すること、
    冷風供給システムを経由して前記冷風分配マニホールドに冷風を供給すること、
    前記外チャンバーにおいて前記熱風を前記冷風と混合すること、
    前記外壁に連結される排気煙突に前記混合した熱風及び冷風を方向付けること、
    前記排気煙突の内部に冷風分配導管を配置すること、並びに
    前記冷風供給システムを経由して前記冷風分配導管に冷風を供給することを含む方法。
23. 前記複合材料に隣接して前記オーブンを配置する前に、前記内壁の周囲に断熱性のシールを配置することをさらに含む請求項２２記載の方法。
24. 前記周囲に隣接して前記内チャンバーの内部のまわりに保持板を延ばすこと、
    前記内壁及び前記外壁をボルト及びナットで連結させること、並びに
    前記保持板及び前記内チャンバーの内部の間で前記断熱性のシールを保持することをさらに含む請求項２３記載の方法。
25. 前記外チャンバー内で前記内壁に複数の熱風案内板を連結させること、及び
    前記熱風案内板を経由して、前記外チャンバーにおいて前記熱風排気道から受ける前記熱風を方向付けることをさらに含む請求項２２記載の方法。
26. 前記内壁は、内箱及び中間の箱の間に配置される第一の断熱材を含み、
    前記外壁は、外箱の外面に配置される第二の断熱材を含む請求項２２記載の方法。
27. 前記内チャンバーが、少なくとも摂氏２６０度の温度にあるとき、前記第二の断熱材の外部の表面温度が、摂氏６０度を超えるものではないように、前記第一の断熱材の厚さを選択すること、及び前記第二の断熱材の厚さを選択することをさらに含む請求項２６記載の方法。
28. 前記第一の断熱材に隣接して前記内箱及び前記外箱の間に断熱性のロープを配置すること、並びに
    前記内壁の周囲で前記断熱性のロープを延ばすことをさらに含む請求項２６記載の方法。
29. 前記熱風分配マニホールドに複数の分散チューブを有するプレナムを提供すること、及び
    各々の前記分散チューブに複数のオリフィスを提供することをさらに含む請求項２２記載の方法。
30. 少なくとも１に等しい前記オリフィスの全面積に対する前記熱風排気道の全面積の比を提供することをさらに含む請求項２９記載の方法。
31. 前記熱風供給システムを経由して供給される前記熱風は、過熱乾燥空気であり、
    前記冷風供給システムを経由して供給される前記冷風は、冷たい乾燥空気である請求項２２記載の方法。

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