JP6452628B2 - 構造を再加工するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本開示は、概して、構造、特に複合材料を再加工及び／又は強化するための機器並びにプロセスに関し、さらに具体的には、構造をその一側面から再加工するための方法並びに装置を扱う。

複合構造は、構造を設計許容度内に収める、又は局所を強化するために再加工を必要とし得る一つ又は複数の不具合を含む局所を有することがある。

構造の局所を再加工するための一つの技術は、その局所全域にパッチを機械的に留めることを含むが、留め具は、航空機の重量及び／又は航空機の抗力を増加させることがあり、さらに用途によっては外見的に好ましくないこともある。

同様に、接着された再加工パッチはまた、休み装置機構（ａｒｒｅｓｔｍｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）を形成する補助的荷重経路を提供し、不具合が大きくなるのを制限するために、機械的留め具の使用を必要とすることもある。

湿式レイアップ技術と呼ばれる、構造を再加工するためのさらに別の技術は、織物又は編物などの繊維強化材を含む湿式プライのハンドレイアップ、及びレイアップされる間に湿式樹脂をプライに適用することを含む。湿式レイアップ技術は、空気の封じ込めをパッチ内に生じさせ得、これにより再加工されるエリアに好ましくない空隙が形成され得る。これらの空隙は、再加工されるエリアに好ましくない影響を及ぼすことがあり、再加工されるエリアが仕様を満たしていることの検証を困難にすることがある。湿式レイアップ技術はまた、大きな労働力を要し、修理技術者が湿式樹脂に接近しなければならず、更には、過度の洗浄活動を要求することにもなり得る。

用途によっては、先述の問題は、乾燥繊維プリフォームパッチの樹脂注入を用いることにより回避され得る。乾燥繊維プリフォームをスカーフ継ぎで接合された外板などの構造上に配置した後に、樹脂が外板外側から繊維プリフォームに注入されるのに対し、余分な樹脂が外板内側のプリフォームから引き抜かれている。この技術は、有効である間、構造の両側、例えば、外板の内側及び外側への物理的なアクセスを必要とする。結果として、この技術は、構造の一側面へのアクセスが困難又は不可能である用途での使用には適していないこともある。

したがって、空気の封じ込めに起因する空隙を削減又は排除する構造、特に複合材料を再加工するための方法及び装置が必要とされる。また、構造の一側面のみへのアクセスが可能である用途での使用に適合され得る先述の方法及び装置も必要である。

開示される実施形態は、構造の一側面のみから、例えば、航空機外板の外側から、取り付け注入することができる乾燥繊維プリフォームパッチの樹脂注入を使用して構造を再加工するための方法及び装置を提供する。樹脂注入プロセス中のパッチ内の高圧エリアは、実質的に排除され、これにより再加工されるエリアの空気の封じ込め及び関連する空隙が回避される。実施形態は、労働力を削減し、人の湿式樹脂への接触の必要性を回避し、荷重を運ぶ複合構造部材の再加工を可能にする。開示される方法は、制御された気圧樹脂注入を使用して実施され得、構造の空隙を最適化することができる。

一つの開示される実施形態によれば、構造のエリアを再加工する方法が提供される。方法は、パッチを構造上に配置することと、真空源をパッチの外側からパッチに挿入することと、入ってくる高圧樹脂を、パッチを通してパッチの内側に押し込む非常に低圧のエリアを作り出すために、真空源を使用することとを含む。パッチは、乾燥繊維パッチであり得る。方法は、真空バッグをパッチの外側上方に配置することと、バッグを排気して乾燥繊維パッチを圧縮することと、次いで、樹脂をパッチの外側からパッチに流し込むことにより、パッチに樹脂を注入することとを更に含み得る。方法はまた、パッチに樹脂が注入された後に、真空源をパッチから除去することを含み得る。方法は、構造の厚さを部分的に通ってスカーフを形成することを更に含み得、パッチを構造上に配置することは、スカーフの底に対してパッチの内側を配置することを含む。真空源を挿入することは、中空針を繊維パッチの最も厚い部分を通って実質的にスカーフの底まで挿入することを含む。真空源を挿入することは、中空針を真空バッグを通して挿入することと、中空針と真空バッグとの間に実質的に真空気密のシールを形成することを更に含む。真空源を繊維パッチから除去することは、中空針を繊維パッチから及び真空バッグから引き抜くことと、中空針による真空バッグの貫通から生じる真空バッグの穴を密閉することとを含む。方法は、針が繊維パッチから引き抜かれ、バッグが密閉された後に、真空バッグを排気することにより、樹脂が注入されたパッチを圧縮することを更に含み得る。パッチに樹脂を注入することは、差分樹脂圧（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｒｅｓｉｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を使用して実行される。樹脂を繊維パッチの外側から繊維パッチに流し込むことは、樹脂分配管を、真空バッグ下方の繊維パッチの外側に配置することと、樹脂を樹脂分配管に供給することとを含む。

別の開示される実施形態によれば、構造のエリアを再加工する方法であって、構造の厚さを部分的に通ってスカーフを形成することと、内側及び外側を有する乾燥繊維パッチを製造することと、スカーフの底で構造に対してパッチの内側を配置することを含む、パッチをスカーフ内部に取り付けることとを含む方法が提供される。方法はまた、繊維パッチ上方に真空バッグを取り付けることと、パッチの外側からパッチを通して真空デバイスを挿入することと、バッグを排気して乾燥繊維パッチを圧縮することと、次いでパッチに樹脂を注入することと、樹脂をパッチを通してパッチの内側に押し込むために真空デバイスを使用することとを含む。方法は、パッチに樹脂が注入された後に、真空源をパッチから除去することを更に含む。パッチを通して真空デバイスを挿入することは、真空針の先端がパッチの厚さ部分を実質的に貫通するまで、真空バッグ及びパッチを通して中空針を挿入することを含む。方法は、真空バッグと真空針との間に実質的に真空気密のシールを形成することと、パッチに樹脂が注入された後に、パッチ及びバッグから真空針を引き抜くこととを更に含み得る。方法はまた、真空バッグから真空針を引き抜くことから生じる真空バッグの穴を密閉することを含み得る。パッチに樹脂を注入することは、パッチの外側の制御された気圧下で樹脂を案内することにより実行される。樹脂を案内することは、螺旋状に巻き付けられた管（ｓｐｉｒａｌ ｗｒａｐ ｔｕｂｅ）をパッチの外側の外縁周囲に配置することと、螺旋状に巻き付けられた管を、部分気圧（ｐａｒｔｉａｌ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）で螺旋状に巻き付けられた管に樹脂を供給するように適合される樹脂のリザーバと連結させることとを含む。方法は、余分な樹脂を、中空針の端部を通してパッチから除去することを更に含み得る。

更に別の実施形態によれば、複合材構造のエリアをその一側面のみから再加工する方法が提供される。方法は、スカーフを複合材構造の一側面に形成することと、繊維パッチをスカーフに取り付けることと、パッチの内側を構造に接触するように配置することを含むことと、真空バッグをパッチ上方に取り付けることと、中空針の先端がパッチの内側に近接するまで、中空針を真空バッグを通してパッチまで挿入することとを含む。方法は、中空針と真空バッグとの間にシールを形成することと、中空針を真空リザーバと連結することと、樹脂をパッチの外側に流し込むことによりパッチに樹脂を注入することと、樹脂を繊維パッチの内側に押し込むために中空針及び真空リザーバを使用することと、繊維パッチの余分な樹脂を中空針を通して除去することとを更に含む。方法はまた、パッチに樹脂が注入された後に、中空針をパッチから除去することを含む。パッチは、最大の厚さのエリアを有し得る。中空針を挿入することは、中空針の先端を繊維パッチの最大の厚さのエリアを通すことにより実行される。方法は、中空針をパッチ及び真空バッグから引き抜くことと、中空針を真空バッグから引き抜くことにより生じる真空バッグの穴を密閉することとを更に含む。樹脂をパッチの外側に流し込むことと、樹脂を繊維パッチの内側に押し込むために中空針及び真空リザーバを使用することとは、制御された部分気圧の樹脂注入を使用して実行され得る。

更なる実施形態によれば、内側及び外側を有する乾燥繊維パッチの樹脂注入を使用して、複合構造のエリアを再加工するための装置が提供される。装置は、パッチを圧縮するための、パッチの外側上方に配置されるように適合される真空バッグと、真空バッグを貫通し、パッチの厚さを通して下に延びるように適合される中空針とを備える。装置はまた、中空針と真空バッグとの間の真空シールと、パッチの内側で真空を生成するための、中空針と連結される真空ラインとを備える。装置は、制御された部分気圧で繊維パッチの外側に樹脂を供給するための樹脂のリザーバと、パッチの内側で真空を生成し、余分な樹脂をパッチから取り除くための、中空針と連結される真空源とを更に備え得る。

要するに、本発明の一つの態様によれば、構造のエリアを再加工する方法であって、パッチを構造上に配置することと、真空源をパッチの外側からパッチに挿入することと、樹脂をパッチを通してパッチの内側に押し込むために、真空源を使用することとを含む方法が提供される。

有利には、パッチを構造上に配置することは、乾燥パッチを構造上に配置することと、乾燥繊維パッチと構造との間に接着強化層を配置することとを含む方法。

有利には、真空バッグをパッチの外側上方に配置することと、樹脂をパッチの外側からパッチに流し込むことにより、パッチに樹脂を注入することとを更に含む方法。

有利には、パッチに樹脂が注入された後に、真空源をパッチから除去することを更に含む方法。

有利には、構造の厚さを部分的に通ってスカーフを形成することを更に含む方法であって、繊維パッチを構造上に配置することは、スカーフの底に対してパッチの内側を配置することを含み、真空源を挿入することは、中空針をパッチの最も厚い部分を通って実質的にスカーフの底まで挿入することを含む。

有利には、真空源を挿入することは、中空針を真空バッグを通して挿入することと、中空針と真空バッグとの間に実質的に真空気密のシールを形成することを更に含む方法。

有利には、真空源を繊維パッチから除去することは、中空針をパッチ及び真空バッグから引き抜くことと、真空バッグを通した中空針の挿入中の真空バッグの貫通から生じる真空バッグの穴を密閉することとを含む方法。

有利には、真空源をパッチに挿入することは、複数の中空針を、パッチを通してパッチのエリア上方で間隔を空けた位置に挿入することを含む方法。

有利には、差分樹脂圧（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｒｅｓｉｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を使用して、パッチに樹脂を注入することを更に含む方法。

有利には、樹脂を繊維パッチの外側から繊維パッチに流し込むことは、樹脂分配管を、真空バッグ下方のパッチの外側に配置することと、樹脂を樹脂分配管に供給することとを含む方法。

本発明の別の態様によれば、構造のエリアを再加工する方法であって、構造の厚さを部分的に通ってスカーフを形成することと；内側及び外側を有する乾燥繊維パッチを製造することと、繊維パッチをスカーフに取り付けることと；スカーフの底で構造に対して繊維パッチの内側を配置することを含むことと；繊維パッチ上方に真空バッグを取り付けることと、パッチの外側から繊維パッチを通して真空デバイスを挿入することと；繊維パッチに樹脂を注入することと、樹脂をパッチを通して繊維パッチの内側に押し込むために真空デバイスを使用することと；繊維パッチに樹脂が注入された後に、真空デバイスを繊維パッチから除去することとを含む方法が提供される。

有利には、パッチを通して真空デバイスを挿入することは、真空針の先端が繊維パッチの厚さ部分を実質的に貫通するまで、真空バッグ及びパッチを通して中空針を挿入することを含む方法。

有利には、真空バッグと中空針との間に実質的に真空気密のシールを形成することを更に含む方法。

有利には、繊維パッチに樹脂が注入された後に、繊維パッチ及びバッグから中空針を引き抜くことを更に含む方法。

有利には、真空バッグから中空針を引き抜くことから生じる真空バッグの穴を密閉することを更に含む方法。

有利には、繊維パッチに樹脂を注入することは、繊維パッチの外側の制御された気圧下で樹脂を案内することにより実行される方法。

有利には、樹脂を案内することは、樹脂を繊維パッチの外側に案内するために、螺旋状のラップ（ｓｐｉｒａｌ ｗｒａｐ）を繊維パッチの外側の外縁周囲に配置することと、螺旋状のラップを、部分気圧で螺旋状のラップに樹脂を供給するように適合される樹脂のリザーバと連結させることとを含む方法。

有利には、繊維パッチを圧縮することが、真空デバイスが繊維パッチから除去された後に実行及び維持される方法。

有利には、余分な樹脂を、中空針の先端を通して繊維パッチから除去することを更に含む方法。

本発明の更なる態様によれば、複合材構造のエリアをその複合材構造の一側面のみから再加工する方法であって、スカーフを複合材構造の一側面に形成することと、繊維パッチをスカーフに取り付けることと、繊維パッチの内側を構造に接触するように配置することを含むことと、乾燥繊維パッチと構造との間に接着強化層を配置することと、真空バッグを繊維パッチ上方に取り付けることと、中空針の先端が繊維パッチの内側に近接するまで、中空針を真空バッグを通して繊維パッチまで挿入することと、中空針と真空バッグとの間にシールを形成することと、中空針を真空リザーバと連結することと、乾燥繊維パッチを圧縮することと、樹脂を繊維パッチの外側に流し込むことにより繊維パッチに樹脂を注入することと、樹脂を繊維パッチの内側に押し込むために中空針及び真空リザーバを使用することと、繊維パッチの余分な樹脂を中空針を通して除去することと、繊維パッチに樹脂が注入された後に、中空針をパッチから除去することと、中空針による真空バッグの貫通から生じる真空バッグの穴を密閉することと、真空バッグを排気することにより、樹脂が注入された繊維パッチを圧縮することとを含む方法が提供される。

有利には、繊維パッチは、最大の厚さのエリアを有し、中空針を挿入することは、中空針の先端を繊維パッチの最大の厚さのエリアを通すことにより実行される方法。

有利には、中空針を繊維パッチ及び真空バッグから引き抜くことと、中空針を真空バッグから引き抜くことにより生じる真空バッグの穴を密閉することと更に含む方法。

有利には、樹脂を繊維パッチの外側に流し込むことと、樹脂を繊維パッチの内側に押し込むために中空針及び真空リザーバを使用することとは、制御された部分気圧の樹脂注入を使用して実行され得る方法。

本発明の更に別の態様によれば、内側及び外側を有する乾燥繊維パッチの樹脂注入を使用して、複合材構造のエリアを再加工する装置であって、繊維パッチを圧縮するための、繊維パッチの外側上方に配置されるように適合される真空バッグと、真空バッグを貫通し、繊維パッチの厚さを通して下に延びるように適合される中空針と、中空針と真空バッグとの間の真空シールと、繊維パッチの内側で真空を生成するための、中空針と連結される真空ラインとを含む装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、制御された部分気圧で繊維パッチの外側に樹脂を供給するための樹脂のリザーバと、繊維パッチの内側で真空を生成し、余分な樹脂を繊維パッチから取り除くための中空針と連結される真空源とを更に備える装置が提供される。

特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態において個々に達成することができる、又は下記の説明及び図面を参照することによってさらに詳細を理解することができる更に別の実施形態と組み合わせることができる。

例示的な実施形態の特徴と考えられる新規のフィーチャは、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、例示的な実施形態と、好ましい使用モードと、更にはその目的及び利点とは、添付図面を参照して、本開示の例示的な実施形態の後述の詳細な説明を読むことにより最もよく理解されるであろう。

構造のエリアをその構造の一側面から再加工するための装置の機能ブロック図である。 開示される装置を使用して再加工されているエリアを有する構造の斜視図である。 図２に示されるエリアの分解斜視図である。 図２の線４−４に沿った断面図である。 別の形態の装置を使用して再加工されている構造の大きなエリアの平面図である。 構造を再加工する方法のフロー図である。 構造をその構造の一側面から再加工する方法のフロー図である。 開示される方法及び装置を使用して、複合外板のエリアを再加工する方法のフロー図である。 航空機の製造及び保守方法のフロー図である。 航空機のブロック図である。

まず図１を参照すると、開示される実施形態は、不具合（図示されず）を含み得る、又は補強を必要とし得る構造２０のエリア２２（以下、「再加工エリア」とも呼ばれることがある）を再加工するための方法及び装置に関する。エリア２２は、エリア２２を設計又は性能仕様内に収めるために、再加工パッチ２４を使用して再加工され得る。不具合とは、限定されないが、製造時又は構造２０の運航中に発生する衝撃損傷、亀裂、破砕若しくは空隙を含み得る。

図示された例では、構造２０は、複合航空機外板２０を備えるが、開示される方法は、金属、金属複合材、及びセラミックを含むがこれらに限定されない様々な材料のうちの任意のものから形成される他の構造を再加工するために用いられ得る。

構造２０は、整備／修理人員がアクセスするのが困難又は不可能であり得る内側３４と、再加工パッチ２４を使用してエリア２２を再加工、補強及び／又は修理する（まとめて以下では「再加工する」と言われる）ために、人員がアクセスできる外側３２とを含む。以下でより詳しく述べられるように、開示される方法及び装置により、エリア２２は、構造２０の一側面のみから、図示される例では、構造２０の外側３２から再加工することができる。

エリア２２を外側３２から再加工するために、不具合を含む構造２０の一部は、相欠き（ｓｃａｒｆｉｎｇ）と言われる再加工エリア２２内で除去され得、これにより、構造２０の厚さ「ｔ」未満である深さ「ｄ」を有するスカーフ空洞２６が形成される。要するに、スカーフ空洞２６は、構造２０の厚さ「ｔ」を部分的にのみ貫通する。図示された例では、スカーフ空洞２６は、先細側面２７、及び平底３０を有しているが、他の適用では、側面２７は、先細りしなくてもよく、底３０は、平らでなくてもよい。

再加工エリア３８が外側３２から所望の深さ「ｄ」までスカーフ継ぎで接合されており、再加工パッチ２４が製造され、スカーフ空洞２６に配置される。再加工パッチ２４は、内側３３及び外側３７を有する。再加工パッチ２４は、例えば、編物又は織物を含み得る乾燥繊維強化材の層をまとめて積み重ね連結するなどによって製造される乾燥繊維プリフォームを含む。再加工パッチ２４の形状は、スカーフ空洞２６の形状に一致し得る。例えば、図示される適用において、再加工パッチ２４の外縁は、スカーフ空洞２６の先細側面２７に一致するように先細りし得る。しかしながら、他の適用では、スカーフ空洞２６及び再加工パッチ２４は、階段状の特性を含むがこれに限定されない、他の断面特性を有し得る。さらに、乾燥繊維再加工パッチ２４が図示されているが、樹脂で粘着力が高められた又は予備含浸された（プリプレグ）繊維強化パッチを使用して、開示される方法を実行することも可能であり得る。

可撓性のあり得る真空バッグ３６は、再加工パッチ２４上方に配置され、再加工パッチ２４の外側３２の構造２０の表面３８に密閉される。真空バッグ３６は、樹脂注入前、注入中及び／又は注入後に再加工パッチ２４を圧縮するために、真空バッグ３６を排気する、適する真空発生装置４５及びリザーバ４４と連結される。再加工パッチ２４の樹脂注入は、制御された圧力樹脂リザーバ４６、着脱可能な真空源４２及び制御された真空リザーバ４４を備える樹脂注入システム３５を使用して、実行され得る。樹脂注入システム３５のいくつかの構成要素は、開示全体が本明細書中で参照することによって援用される、２００８年２月２６日に登録された米国特許番号７，３３４，７８２に図示された構成要素と類似であり得る。先述の米国特許では、樹脂リザーバ４６が気圧未満の圧力まで排気され、真空補助される樹脂トランスファープロセスを制御するために真空バッグ３６による循環的（反復）圧縮と組み合わせて使用され得る制御気圧樹脂注入システム（ＣＡＰＲＩ）が開示される。しかしながら、他の種類の樹脂注入技術及び機器を使用して、開示された方法を実行することも可能であり得る。さらに、開示された方法は、オートクレーブ内で実行されてもよい。

真空源４２は、スカーフ空洞２６の底３０付近で、修理パッチ２４の内側に沿って、再加工パッチの最も厚い部分の下方に配置される。真空源４２は、真空バッグ３６を通過し得る真空ライン４０により、真空リザーバ４４と連結される。樹脂リザーバ４６からの樹脂は、樹脂供給管４８を通してパッチ２４の外側３７に供給される。真空源４２は、スカーフ空洞２６の底３０で、パッチ２４の内側３３に沿った圧力を、真空発生装置４５により生成されるパッチ２４の外側３７における真空バッグ３６内の圧力よりも低い圧力レベルまで低下させる機能を果たす。パッチ２４の内側３３に沿った真空源４２によってつくり出される圧力低下により、樹脂を再加工パッチ２４の厚さ全体を通して流すパッチ２４の内側３３と外側３７との間に圧力差が生じる。真空源４２はまた、内側３３付近で、もしそうしなければ、空隙を発生させる空気の封じ込めを生じ得る、再加工パッチ２４の最も厚い部分の高圧エリアを排除する。パッチ２４を通ってスカーフ空洞２６の底３０におけるパッチ２４の内側３３まで流れる余分な樹脂は、真空ライン４０を通って真空リザーバ４４内に逃げる。再加工パッチ２４の樹脂注入に続き、真空源４２は、樹脂が注入されたパッチ２４から除去され、硬化前に密閉される。

ここで、構造２０のエリア２６を再加工するための装置の一つの実用的な実施形態を示す図２、図３及び図４に注目する。この例では、構造２０は、航空機産業で使用されるような複合積層外板２０を含む。再加工エリア２２は、外板２０の厚さを部分的にのみ通ってスカーフ継ぎで接合されており（図２及び図４）、この結果、スカーフ空洞２６は、先細側面２７（図３を参照）及び一般的な平底３０を有する。乾燥繊維プリフォームを備える再加工パッチ２４が製造され、再加工パッチ２４の内側３３が構造２０と接触した状態で、スカーフ空洞２６内に配置される。再加工パッチ２４は、スカーフ空洞２６の先細側面２７と実質的に一致する先細縁２９（図４）を有し得る。リリースプライ６６は、再加工パッチ２４上方に配置される。リリースプライ６６により、樹脂はリリースプライを通って流れることが可能であり、リリースプライ６６は、限定されないが、多孔性のテフロン（登録商標）加工された繊維ガラスを含み得る。図に示される例示的実施形態では、スカーフ空洞２６及び再加工パッチ２４は各々、形状が実質的に円形である。しかしながら、開示される方法及び装置は、スカーフ空洞２６及び再加工パッチ２４が円形ではない、例えば、楕円形、正方形などであるエリア２２を再加工するために使用され得ることに留意すべきである。

限定されないが、繊維ガラスなどの多孔性流動媒体６２（図には、２つのプライが示されている）の一つ又は複数のプライは、リリースプライ６６を覆い、再加工パッチ２４のエリア上方に樹脂を分配する機能を果たす。流動媒体６２は、再加工パッチ２４への樹脂の流れの所望の波面生成を補助する「デッドゾーン」をつくり出す機能を果たす、中心の、概して円形又は他の形状の切欠き６４を含み得る。いくつかの適用では、切欠き６４は、パッチ２４の形状によって必要とされない場合には、不要であり得る。円形の、螺旋状に巻かれた、樹脂分配管６０は、ナイロン又は類似の材料で形成され得るが、流体媒体６２の最上部に配置され、その外縁周囲で延在する。樹脂分配管６０は、適用次第では、他の形状を有し得、樹脂供給管４８と連結される。樹脂供給管４８は、樹脂を制御圧力下で樹脂分配管６０に供給する樹脂リザーバ４６（図１）と連結される注入口５４を含む。真空バッグ３６は、樹脂分配管６０だけではなく再加工パッチ２４も覆い、シーラントテープを含み得る、適するシーラント７０によって外板２０の外側３８に密閉される。

先ほど図１と関連付けて説明された真空源４２は、真空針５０などの真空デバイスを備え得る。中空針５０の一端の先端２５は、中空針５０のもう一端が真空ライン４０と連結される間は、開放される。中空針５０は、真空バッグ３６を貫通し４７、流体媒体６２の中心の切欠き６４を通過して、修理パッチ２４内に達するが、これにより中空針５０の開口先端２５は、スカーフ空洞２６の底３０で、実質的に再加工パッチ２４の最も厚い部分の内側３３に沿って位置決めされる。適するシーラント５２は、真空バッグシーラント７０に類似であり得るが、中空針５０が真空バッグ３６を貫通する４７（図４）地点において、中空針５０と真空バッグ３６との間に実質的に真空気密のシールを形成する。

再加工パッチ２４がスカーフ空洞２６に配置され、樹脂分配管６０及び流体媒体６２が取り付けられた後の使用に際し、樹脂注入が開始され得、真空バッグ３６は、圧縮圧力を再加工パッチ２４に適用するために排気される。圧力下で樹脂リザーバ４６から供給される樹脂は、樹脂供給管４８を通って、樹脂分配管６０内に流れ、更に流体媒体６２上及び流体媒体６２を通って流れる。流れている樹脂は、流れている樹脂を再加工パッチ２４の上面上方に均一に分配するのを補助する流体媒体６２を覆う。真空リザーバ４４は、スカーフ空洞２６の底３０付近で、再加工パッチ２４の最も厚い部分における圧力を低下させる中空針５０の開口先端２５をもたらす真空ライン４０に真空を生成する。開口先端２５における低圧エリアは、入ってくる樹脂の圧力を下回る。開口先端２５におけるこの低下圧力により、再加工パッチ２４の任意の空気又は他の揮発性物質が逃げる一方で、樹脂は、再加工パッチ２４を通ってその最も厚い部分にまで至る。圧力勾配は、再加工パッチ２４に樹脂が完全に注入され、空気が、樹脂注入プロセス中に再加工パッチ２４内部に封じ込められないようにすることを保証する。余分な樹脂は、再加工パッチ２４に存在する任意の空気／揮発性物質と共に、先端２５に移動し、更に中空針５０を通して真空ライン４０に移動し、余分な樹脂／空気／揮発性物質が真空リザーバ４４に搬送される。

再加工パッチ２４は、真空バッグ３６を使用することによって、循環的に圧縮され得る。ここで、空気が乾燥繊維プリフォーム内に案内され、次に循環的な方法で封じ込められるため、プリフォームが更に圧縮される。樹脂リザーバ４６の圧力は、再加工パッチ２４に樹脂が注入されているときに、再加工パッチ２４に加えられる正味の圧縮圧力（ｎｅｔ ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）をより好ましく制御するために、真空バッグ３６内部の圧力との関係で変更され得る。針５０の開口先端２５のサイズは、真空バッグ３６に形成される貫通の直径を最小限にしつつ、針５０を通した自由な樹脂の流れが、針５０の壁における自然の摩擦力を十分に克服できるように選択され得る。再加工パッチ２４にほぼ完全に樹脂が含浸されると、余分な樹脂は、中空針５０を通って真空ライン４０に流れ始め、真空リザーバ４４に集められる。真空バッグ３６内部の真空圧力の量は、針５０への余分な樹脂の流れを誘導するために、調節され得る。真空リザーバ４４内部の圧力はまた、中空針５０を通した真空リザーバ４４への余分な樹脂の流れを誘導するために調節され得る。再加工パッチ２４の樹脂注入完了後、かつ硬化前に、針５０は、再加工パッチ２４から引き抜かれ得、針５０による以前の貫通による真空バッグ３６に残っている穴（図示されず）は、硬化中にバッグ３６の真空の完全性を維持するために、真空バッグシーラントなどの適するシーラントを使用して密閉され得る。

適用次第では、複数の真空源４２（図１）を大きな面積を有する再加工パッチ２４のより厚い部分近傍に配置することが必要又は望ましいことがある。例えば、図５を参照すると、比較的大きな面積の再加工パッチ２４には、間隔を空けた位置に複数の中空針５０が提供される。シール５２は、再加工パッチ２４の全面積を覆う真空バッグ３６に針５０の各々を密閉する。一連の樹脂出口ライン４０は、中空針５０を、針５０の位置で再加工パッチ２４の内側圧力を低下させる真空リザーバ２４と連結させる。樹脂は、樹脂供給管４８により樹脂リザーバ４６と連結される螺旋状に巻かれた樹脂分配管６０を通して、再加工パッチ２４内に流れる。

図６は、パッチ２４内部に配置され、パッチ２４を通して樹脂を押し込むために使用される真空源４２を使用した、構造２０を再加工する方法のステップ全体を示す。ステップ６７から開始し、パッチ２４の内側３３が構造２０と接触した状態で、適するパッチ２４が構造２０上に配置される。ステップ６９では、真空源４２が、パッチ２４の外側３７からパッチ２４に挿入される。次に、ステップ７１では、真空源４２が、パッチ２４を通してパッチ２４の内側３３に樹脂を押し込むために使用される。所望であれば、公称厚さ０．００５〜０．０１０インチの接着プライ、又は接着ライン３９を強化する他の手段が、乾燥繊維パッチ２４とスカーフ空洞２６との間に配置され得る。

ここで、樹脂が注入された再加工パッチ２４を使用した構造２０のエリアを再加工する別の方法のステップ全体を示す図７に注目する。ステップ７２から開始し、パッチ２４の内側３３が構造２０と接触するように、乾燥繊維再加工パッチ２４が構造２０上に配置される。所望であれば、公称厚さ０．００５〜０．０１０インチの接着プライ、又は接着ライン３９を強化する他の手段が、乾燥繊維パッチ２４とスカーフ空洞２６との間に配置され得る。ステップ７４では、真空バッグ３６が再加工パッチ２４上方に配置され、構造２０に密閉される。真空バッグ３６は、樹脂の注入に先立って、所望のように乾燥繊維再加工パッチ２４を圧縮するために排気され得る。ステップ７６では、真空源４２が、再加工パッチ２４の内側３３で位置決めされる。ステップ７８では、樹脂が再加工パッチ２４の外側３７上に流され、ステップ８０では、真空源４２が、パッチ２４の内側３３での圧力を低下させつつ、樹脂を再加工パッチ２４を通して再加工パッチ２４の内側３３に押し込むために使用される。ステップ８２では、再加工パッチ２４への樹脂の注入後に、真空源４２が除去される。真空バッグ３６は、ステップ７８及び８０中に再加工パッチ２４に樹脂が注入されている間、再加工パッチ２４での所望レベルの圧縮圧力を維持し得る。ステップ８４では、樹脂が注入された再加工パッチ２４は、真空バッグ３６内部の圧力を低下させることにより、さらに圧縮され得る。ステップ８６では、樹脂が注入されたパッチ２４が硬化される。

図８は、開示される実施形態による、複合外板２０の再加工方法のステップを示す。ステップ８８では、乾燥繊維プリフォーム再加工パッチ２４が、乾燥織物又は乾燥編物の層をまとめて積み重ねることなどにより、準備される。ステップ９０では、外板２０が準備され、再加工されるエリア２２で洗浄が行われ、必要であれば、不具合を除去し、再加工パッチ２４が配置され得るスカーフ空洞２６を形成するために、スカーフ継ぎで連結され得る。ステップ９２では、再加工パッチ２４が、スカーフ空洞２６に取り付けられる。所望であれば、公称厚さ０．００５〜０．０１０インチの接着プライ、又は接着ライン３９を強化する他の手段が、乾燥繊維パッチ２４とスカーフ空洞２６との間に配置され得る。任意で、完成プライ（図示されず）が、ステップ９４で、再加工パッチ２４上方に適用され得る。ステップ９６では、リリースプライ６６などの分離媒体が取り付けられ、続いて、流体媒体６２がステップ９８で取り付けられる。ステップ１００では、螺旋状に巻かれた樹脂分配管６０を含み得る樹脂供給管が取り付けられ、樹脂リザーバ４６と結合される。ステップ１０２では、真空バッグ３６が、再加工パッチ２４上方に取り付けられ、密閉される。ステップ１０４では、中空針５０が、真空バッグ３６、更には再加工パッチ２４の最も厚い部分を通して挿入され、真空バッグ３６に密閉される。中空針５０の挿入中に、針５０の開口先端２５は、再加工パッチ２４が再加工パッチ２４の内側３３において最大の厚さを有する場所で、スカーフ空洞の底において位置決めされる。

ステップ１０６では、樹脂出口ライン４０が、中空針５０と真空リザーバ４４との間で結合される。真空バッグ３６は、ステップ１０８において、再加工パッチ２４の圧縮を開始するために排気される。ステップ１１０では、樹脂を樹脂リザーバ４６から樹脂分配管６０を通って流体媒体６２に流すことにより、樹脂の流れが開始する。ステップ１１２では、再加工パッチ２４を通る樹脂の流れは、樹脂を再加工パッチ２４に供給する樹脂リザーバ４６と、再加工パッチ２４の最も厚い部分での圧力を局所的に低下させ、余分な樹脂を取り除くために使用される真空リザーバ４４との相対圧力を制御することにより制御される。ステップ１１４では、中空針５０が、再加工パッチ２４の最も厚い部分での圧力を低下させ、余分な樹脂を再加工パッチ２４から真空リザーバ４４に押し込むスカーフ空洞２６の底３０で真空を適用するために使用される。中空針５０により適用される真空は、入ってくる樹脂に対する圧力より低く、したがって、樹脂をスカーフ空洞２６の底に流れるようにする圧力差をつくり出す。ステップ１１６では、樹脂注入プロセスが完了し、続いてステップ１１８で、針５０が再加工パッチ２４から引き抜かれ、針５０による以前の貫通に起因する真空バッグに残っている穴が密閉される。再加工パッチ２４は、ステップ１２０で硬化され、ステップ１２２で、硬化された再加工パッチ２４は、必要に応じて、トリミングされ、洗浄され、研磨され、滑らかにされる。

本開示の実施形態は、様々な潜在的用途、具体的には、例えば、航空宇宙、船舶、自動車における用途、及び自動レイアップ装備が使用され得る他の用途を含む輸送産業においての使用が見い出され得る。したがって、ここで図９及び図１０を参照すると、本開示の実施形態は、図９に示す航空機の製造及び保守方法１２４、及び図１０に示す航空機１２６に関して使用され得る。開示される実施形態の航空機の適用は、例えば、限定されないが、複合外板及び構造を担持する他の荷重を含み得る。製造前の段階では、例示的な方法１２４は、航空機１２６の仕様及び設計１２８と、材料の調達１３０とを含み得る。製造段階では、航空機１２６の、構成要素及びサブアセンブリの製造１３２と、システムインテグレーション１３４とが行われる。その後、航空機１２６は、認可及び納品１３６を経て、運航１３８に供される。顧客により運航される間に、航空機１２６は、改造、再構成、改修なども含み得る、定期的な整備及び保守１４０が予定される。運行中に、航空機１２６の構造的なエリアを再加工、修理又は補強するために、開示される方法が用いられ得る。

方法１２４の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば、顧客）によって実行又は実施され得る。本明細書の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み得、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであり得る。

図１０に示すように、例示的な方法１２４によって製造された航空機１２６は、複数のシステム１４４及び内装１４６を備えた機体１４２を含み得る。高レベルのシステム１４４の例は、推進システム１４８、電気システム１５０、油圧システム１５２、及び環境システム１５４のうちの一つ又は複数を含む。任意の数の他のシステムも含まれ得る。航空宇宙産業の例を示したが、本開示の原理は、海運及び自動車産業などの他の産業にも適用され得る。

本明細書に具現化されたシステム及び方法は、製造及び保守方法１２４の一つ又は複数の任意の段階で採用され得る。例えば、製造プロセス１２８に対応する構成要素又はサブアセンブリは、航空機１２６の運航中に再加工され得る。また、一つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、若しくはそれらの組み合わせは、例えば、航空機１２６の組立を実質的に効率化するか、又は航空機１２の整備コストを削減することにより、製造段階１３２及び１３４において利用され得る。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、若しくはそれらの組み合わせのうちの一又は複数は、航空機１２６の運航中に、例えば限定しないが、整備及び保守１４０に利用され得る。

種々の例示的な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示されており、網羅的な説明であること、又は開示された形態に実施形態を限定することを意図していない。当業者には、多くの修正例及び変形例が明らかだろう。更に、種々の例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態と比較して、異なる利点を提供し得る。選択された一つ又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示内容と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。

Claims (10)

1. 複合構造（２０）のエリア（２２）を再加工する方法であって、
   再加工する前記エリア（２２）内で前記複合構造の一部を除去することと、
   乾燥繊維パッチ（２４）の内側（３３）を前記一部が除去された後の複合構造（２０）の凹部の底（３０）に対して配置することと、
   真空バッグ（３６）を前記乾燥繊維パッチ（２４）の外側（３７）上方に配置することと、
   真空源（４２）を前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記外側（３７）から前記乾燥繊維パッチ（２４）に挿入することと、
   樹脂を前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記外側（３７）から前記乾燥繊維パッチ（２４）に流し込むことにより、前記乾燥繊維パッチ（２４）に樹脂を注入することと、
   樹脂を前記乾燥繊維パッチ（２４）を通して前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記内側（３３）に押し込むために、前記真空源（４２）を使用することと
   を含み、
   前記真空源（４２）を挿入することは、中空針（５０）を、前記真空バッグ（３６）を通して、前記乾燥繊維パッチ（２４）の内側（３３）まで挿入することと、前記中空針（５０）と前記真空バッグ（３６）との間に実質的に真空気密のシール（５２）を形成することとを更に含む、方法。
2. 前記乾燥繊維パッチ（２４）の内側（３３）を前記一部が除去された後の複合構造（２０）の凹部の底（３０）に対して配置することは、
   前記乾燥繊維パッチ（２４）と前記複合構造（２０）との間に接着強化層を配置することを含み、
   前記真空源（４２）を挿入することは、前記中空針（５０）を、前記真空バッグ（３６）及び前記乾燥繊維パッチ（２４）の最も厚い部分を通って、実質的に前記底（３０）まで挿入することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記乾燥繊維パッチ（２４）に樹脂が注入された後に、前記真空源（４２）を前記乾燥繊維パッチ（２４）から除去することを更に含む、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記複合構造（２０）の厚さ（ｔ）を部分的に通ってスカーフ（２６）を形成することを更に含み、
   前記乾燥繊維パッチ（２４）の内側（３３）を前記一部が除去された後の複合構造（２０）の凹部の底（３０）に対して配置することは、前記スカーフ（２６）の底（３０）に対して前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記内側（３３）を配置することを含み、前記真空源（４２）を挿入することは、前記中空針（５０）を前記乾燥繊維パッチ（２４）の最も厚い部分を通って実質的に前記スカーフ（２６）の底（３０）まで挿入することを含む、請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記真空源（４２）を前記乾燥繊維パッチ（２４）から除去することは、
   前記中空針（５０）を前記乾燥繊維パッチ（２４）から及び前記真空バッグ（３６）から引き抜くことと、
   前記真空バッグ（３６）を通した前記中空針（５０）の挿入中に前記真空バッグ（３６）を貫通したことにより生じる前記真空バッグ（３６）の穴を密閉することと
   を含む、請求項３に記載の方法。
6. 前記真空源（４２）を前記乾燥繊維パッチ（２４）に挿入することは、
   複数の前記中空針（５０）を前記乾燥繊維パッチ（２４）を通して、前記乾燥繊維パッチ（２４）のエリア上方で間隔を空けた位置に挿入することを含む、請求項１から５の何れか一項に記載の方法。
7. 差分樹脂圧を使用して、前記乾燥繊維パッチ（２４）に樹脂を注入することを更に含む、請求項１から６の何れか一項に記載の方法。
8. 前記樹脂を前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記外側（３７）から前記乾燥繊維パッチ（２４）に流し込むことは、
   樹脂分配管（６０）を、前記真空バッグ（３６）下方の前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記外側（３７）に配置することと、
   樹脂を前記樹脂分配管（６０）に供給することと
   を含む、請求項１から７の何れか一項に記載の方法。
9. 内側（３３）及び外側（３７）を有する乾燥繊維パッチ（２４）の樹脂注入を使用して、複合構造（２０）のエリア（２２）を再加工するための装置であって、再加工する前記エリア（２２）内で前記複合構造の一部が除去されており、
   前記内側（３３）が、前記一部が除去された後の複合構造（２０）の凹部の底（３０）に対して配置される前記乾燥繊維パッチ（２４）を圧縮するための、前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記外側（３７）上方に配置されるように適合される真空バッグ（３６）と、
   前記真空バッグ（３６）を貫通し、前記乾燥繊維パッチ（２４）の厚さ（ｄ）を通して、前記乾燥繊維パッチ（２４）の内側（３３）まで、下に延びるように適合される中空針（５０）と、
   前記中空針（５０）と前記真空バッグ（３６）との間の真空シール（５２）と、
   前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記内側（３３）で真空を生成するための、前記中空針（５０）と連結される真空ライン（４０）と
   を備える、装置。
10. 制御された部分気圧で前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記外側（３７）に樹脂を供給するための樹脂のリザーバ（４６）と、
    前記乾燥繊維パッチ（２４）の前記内側（３３）で真空を生成し、余分な樹脂を前記乾燥繊維パッチ（２４）から取り除くための、前記中空針（５０）と連結された真空源（４２）と
    を更に備え、
    前記中空針（５０）は、前記乾燥繊維パッチ（２４）の最も厚い部分を通って、実質的に前記底（３０）まで、下に延びるようにさらに適合される、請求項９に記載の装置。

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