KR100194443B1 - 복합 구조 부재용의 타원형 단부를 가지는 스티프너 및 이것의 제조를 위한 성형 방법 - Google Patents

Abstract

고인장 강도 우븐 직물의 다수 결합 플라이(74)로 제조되고 타원형단부(56,58)를 가지는 하나이상의 스티프너 비이드(24,48)을 포함하도록 모울드 된 구조부재(10,49), 및 이렇게 제조된 구조부.

Description

[발명의 명칭]

복합 구조 부재용의 타원형 단부를 가지는 스티프너, 및 이것의 제조를 위한 성형 방법

[기술분야]

본 발명은 저중량 구조 부재, 및 구조 부재의 완전한 높이와 폭까지 연장되고 부재 중에서 스티프너 비이드(stiffener bead)를 형성함에 있어 연속적인 고강도 직물의 결합된 플라이(ply)로 이루어지는 구조 부재를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 이들 구조 부재는, 이들이 저중량이고 실질적인 강도를 가지며 노동력 절감 장치를 이용하여 제조되어야 하도록, 항공기에 사용되도록 예정된 형태를 갖는다.

[발명의 배경]

항공기에 사용하려는 구조 부재는 금속으로 제조한 것과 비교하여 저중량이고 제조하기 쉬운 잇점을 얻을 수 있는 복합 재료로 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 복합 재료로 만들어진 항공기용으로 목표화된 단가에 대한 설계는 제조 단가를 상당히 감소시킬 필요가 있다.

복합물로 제조된 이러한 구조 부재는 샌드위치 구조일 수 있지만, 이에 대한 중량 감소는 구조 부재를 그 안에 스티프너 비이드를 가지는 복합 재료의 결합된 플라이로부터 제조함으로써 얻어질 수 있다.

종래 기술의 스티프너 비이드는 중량 감소의 잇점을 제공하지만, 종래 기술의 스티프너 비이드의 형태면에 있어서, 플라이 레이-업(lay-up)과정 동안 복합 재료 플라이드는 다팅(darting)되고 스플라이싱(splicing)되어야 했다. 이것은 시간을 매우 소모하는 과정이며, 다팅 및 스플라이싱 부분에서 구조 부재 중의 약한 단면을 생성시키며, 플라이 결합의 가시적 검사를 방해한다.

종래 기술의 스티프너 비이드 구조 부재를 제조하는 데에 필요한 각 복합물 플라이를 다팅 및 스플라이싱에 필요한 요건을 극복하기 위하여, 본 발명자들은 독특한 형태의 스티프너 비이드와 독특한 제조 공정이 플라이 다팅과 스플라이싱의 필요가 없는 구조 부재의 제조를 허용하는 구조 부재를 개발했다.

[발명의 상세한 설명]

따라서, 본 발명의 목적은, 고강도 직물의 결합된 층으로 만들어지고, 플라이 다팅 또는 스플라이싱의 필요없이 제조되는 벽 중에 하나 이상의 스티프너 비이드를 포함하는 구조 부재를 제공하는데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 구조 부재의 벽 부분과 스티프너 비이드가 구조 부재의 완전한 길이와 목까지 연장되며, 스티프너 비이드를 형성함에 있어 연속적이고 중단되지 않은, 고인장 강도 직물의 연속적이고 중단되지 않은, 결합된 플라이로 제조되는 구조 부재를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 스티프너 비이드가 그들의 중앙부에 평탄한 면을 가지고 실질적으로 타원형 형태의 단부를 가지도록 형상화된 구조 부재를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 스티프너 비이드가 부재의 중심 부분에서 구조 부재의 벽 부분으로부터 돌출하고, 횡단면으로 볼 때 원의 영역을 한정하도록 형태지워지고, 스티프너 비이드가 벽 부재와 스칠 정도로 결합하는 구조 부재를 제공하는데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 스티프너 비이드가 그 중앙부에서 타원형 단부의 실질적으로 원형인 끝 부분의 직경에 거의 두배의 폭을 갖는 구조 부재를 제공하는데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 이러한 구조 부재, 및 제조 시간을 절감하게 해주고, 최종 제품의 중량을 감소시키며, 복합 재료 플라이 사이를 우수하게 결합시키고, 종래 기술의 구성보다 증가된 강도를 가지는 제품을 제조하게 해주는 구조 부재의 제조 방법을 제공하는데에 있다.

본 발명의 또다른 특징은, 구조 부재를 오오토클레이브, 압축 성형 및 수지 사출 성형과 같은 많은 관련 복합물 제조 방법을 사용하여 구조 부재를 제조할 수 있다는 점이다.

본 발명의 또다른 목적은, 구조 부재를 피니시 제품의 한쪽면 또는 표면을 한정하는 적합한 받침판(caul plate)위에 고인장 강도 직물의 프리프레그(prepreg)플라이 또는 층을 적층시킴으로써 제조할 수 있는 구조 부재의 제조 방법을 제공하고, 스티프너 비이드 형태로 미리 제조된 고무 같은 (rubber-like)플러그를 사용하는데에 있으며, 이 플러그는 받침판이 적층되고 고무 같은 플러그가 금속 도구(metal tool)에 마주 대하여 위치되어 있기 때문에, 적합한 받침판의 스티프너 비이드 캐비티에 위치해 있어 받침판과 플러그 사이의 프리프레그 플라이를 샌드위치시킨다. 이 금속 도구는 고무 같은 플러그와 연동하여, 제조되고 있는 복합 부재의 나머지 면 또는 표면을 규정한다. 받침판과 고무 같은 플러그의 연동으로 인하여 프리프레그 플라이가 성형 과정 도중에 플라이의 주름잡힘 또는 찌그러짐 없이 이들의 전체 표면을 통해 받침판 스티프너 비이드 캐비티에 대해서 지탱하게 되기 때문에, 적합한 받침판과 고무 같은 플러그는 연동하여, 프리프레그 플라이가 유연한 받침판 비이드 캐비티에 의해 규정된 대로 스티프너 비이드의 원하는 형태 갖게 된다.

본 발명의 목적은, 반복 과정을 사용하여 낮은 단가, 고품질의 복합 성분을 제조하는 방법을 제공하는데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 고무 같은 플러그를 사전 경화 어셈블리 과정 및 경화 두 과정 도중에 적합한 받침판 및 금속 도구와 관련하여 자유로이 움직이는 방법을 제공하는데에 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 포움 크레이들(foam cradle)을 제공하고, 그 위에 프리프레그 플라이가 적층되는 도중에 적당한 형태로 적합한 받침판을 지지하도록 형상화시키는 방법을 제공하는데에 있다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 잇점은 하기의 상세한 설명에 의하여 자명해질 것이다.

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 방법을 사용하여 제조될 수 있는 본 발명의 대표적인 구조 부재를 도시한 도면이다.

제2도는 복합 부재의 제조 방법을 예시하기 위해 종래 기술의 스티프너 비이드의 반을 도시한 도면이다.

제3도는 종래 기술에 따른 제2실시예 의해 제조된 스티프너 비이드의 단면도이다.

제4도는 복합 재료로부터 제조된 구조 부재의 전체 부분으로서 생성된 신규 형태의 스티프너 비이드의 캐비티를 도시한 도면이다.

제5도는 제4도의 선 5-5를 따라 취한 도면이다.

제6도는 제5도의 원6에서 취한 도면이다.

제7도는 제4도의 선 7-7을 따라 취한 도면이다.

제8도 내지 11도는 본 발명의 제조 방법의 연속적인 단계를 도시한 도면이다.

제12도는 종래 기술의 둥근 단부 스티프너 비이드로 제조한 복합 패널상에서 수행한 시험의 변형 등고선의 도면이다.

제13도는 본 발명의 개량된 타원형 단부의 스티프너 비이드를 사용하여 제조한 복합 패널의 시험 도중에 나타난 변형 등고선 도면이다.

[본 발명을 수행하기 위한 최선의 방식]

항공 분야 및 많은 다른 분야에 있어서, 중량이 적고 저렴하면서도 최소 노동력으로 쉽게 생산할 수 있으며, 그것이 처하게 될 부하를 감내할 수 있으며, 결점을 쉽게 검사할 수 있는 부품으로부터 제품을 제조하는 것이 바람직하다.

항공기 및 기타의 현대적인 제품에 있어서의 비임, 프레임, 벌크 헤드 및 데크(deck)와 같은 구조 부재는 중량 절감, 강도, 노동력 및 단가 잇점을 얻기 위해 복합 재료로부터 제조하는 것이 바람직하다. 그러나, 이들 구조 부재는 헬리콥터의 가동과 같은 가동 도중에 부과하는 하중을 견뎌낼 수 있어야 한다. 이들 하중은 이러한 구조 부재(10)을 보여주는 제1도를 고려하여 가장 잘 이해될 수 있으며, 이 구조 부재는 헬리콥터의 두 개의 프레임(12와 14)사이로 연장되고, 프레임의 중심에서(16)으로 도시한 하중을 지탱해주는 1-비임일 수 있다. 프레임(12와 14)은 화살표(18과 20)로 나타낸 하중을 구조 부재(10)의 반대 단부에 부과할 것이며, 부과된 하중이 화살표로 나타낸 하중(16)을 하중(18과20)에 대해 반대 방향으로 부과하고 있기 때문에, 전단 하중은 구조 부재(10)을 가로질러 부과될 것이다. 만약, 구조 부재(10)가 왼쪽면(10a)에 나타낸 바와 같이 편평한 패널을 구성한다면, 이들 전단 하중은 패널상의 구조 부재(10)에 (22)로 나타낸 주름을 생기게 할 것이며,이는 부재로서 적합하지 않음을 나타내는 것이다. 하지만, 구조 부재, 즉, 패널(10)이 그 안에 오른쪽(10b)에 나타낸 것처럼(24)와 같은 스티프너 비이드를 포함한다면, 이 구조 부재는 실질적으로 더 큰 전단 하중을 견뎌낼 수 있다.

본 발명과 본 발명의 사용에 의해 얻어지는 잇점을 설명하기 위하여, 먼저 종래 기술의 구성을 고려하는 것이 가장 좋을 것으로 여겨진다.

내부에 스티프너 비이드를 가지는 패널과 같은 복합 구조 부재를 제조하기 위한 종래 기술 방법을 제2도 및 제3도에 나타냈다.

종래 기술의 복합 재료 구조 부재에 스티프너 비이드가 사용되는 경우에는, 제2도에 예시한 바와 같이 스티프너 비이드는 단면상 원형이고, 그들의 단부도 원형으로 형상화되었다. 경험에 의하면, 프리프레그 플라이가 이러한 스티프너 비이드를 가로질러 적층될 때, 스티프너 비이드 단부의 형태를 규정하는 모울드의 표면에 플라이를 정확하게 맞추는 것이 불가능했으며, 그러므로 이것을 시도할 때는 플라이의 주름과 찌그러짐이 유발되었다. 이러한 주름과 찌그러짐은 마무리 제품에 응력 집중 지역을 유발하므로, 제품은 강도의 관점에서 볼 때 전혀 만족스럽지 않게 된다. 복합 재료 플라이를 스티프너 비이드 모울드 캐비티(30)에 편평하게 적층시키기 위해서, (32)로 나타내 바와 같은 슬릿을 적층된 제1플라이 중에서 만드는 것이 필요했다. 이러한 슬릿을 만드는 것을 다팅이라 부른다. 슬릿(32)이 존재하기 때문에, 이제는 플라이가 스티프너 비이드 캐비티(30)의 형태에 맞도록 하는 것이 가능해졌지만, 플라이의 분리는 플라이 스플라이스(34)가 분리된 플라이상에 위치되어 연속적인 플라이를 유도하도록 다팅선(32)을 따라 발생되었다, 두 번째 플라이가 적층되었을 때(36)과 같은 다팅선을 내부에서 절단시키고, 스플라이스(38)는 제2의 플라이가 플라이의 분리 부분 시간에 이음매를 초래하도록 분리부상에 위치시킨다. 이 다팅과 스플라이싱 과정 후에는 각각의 플라이를 적층시킨다. 다팅과 스플라이싱을 사용하는 플라이를 적층시키는 이러한 방법은 노동력이 매우 증가되고 최종 제품에 중량을 더한다는 것은 자명할 것이다. 또한, 헬리콥터 등의 비행 조작 동안 응력 부하가 복합 재료에 부가되는 경우에, 복합 재료는 복합 플라이의 나머지가 부분이 파쇄되기 이전에 다트 및 스플라이스된 부위에서 먼저 파쇄될 것이라는 것도 입증할 수 있다.

플라이 적층의 제2종래 방법을 제2도에 도시되어 있으며, 여기에서 다팅은 플라이(40)의 스테이션(42)에서 발생하는 것으로 나타나 있으며, 다팅은 플라이(44)의 스테이션(46)에서 발생하는 것으로 나타나 있다. 다팅 과정에 의해 분리된 이들 두 개의 플라이(40과 44)를 결합하기 위하여, 캡 플라이 또는 스플라이스(47)를 제3도에 나타낸 바와 같이 걸쳐서 적용시킨다. 이 과정도 또한 시간을 매우 소요하게 되고, 단가가 많이 들며, 다팅 및 스플라이스 부근에 응력 집중을 형성하게 된다.

제2도 및 제3도에 나타낸 종래 기술의 플라이 및 스플라이스 구성의 또다른 단점은, 복합 구성의 잇점의 하나가 가시적 검사에 의해 플라이의 박리를 검출할 수 있다는 점인 반면에, 이러한 잇점이 스플라이스가 박리 가능성이 있는 부분에서 플라이를 덮어 가리기 때문에 종래 기술의 구성에서는 상실된다는 점이다.

스티프너 비이드의 사용에 대한 대안은, 2개의 외부 플레이트 부재 사이의 벌집층을 가지는 샌드위치 구조의 (10)과 같은 패널 부재를 제조하는 것이 되겠지만, 이러한 구조는 더 무거우며, 항공기에 있어서 관심의 대상이 되는 전단 하중에서 스티프너 비이드 구조의 능력을 가지는 전단 하중을 가지지 않는다.

본 발명자들은 축(50)에 대하여 동심적이고 곧고, 바람직하게는 평행인 면(52와 54)을 가지며, 실질적으로 타원형 단부(56과 58)를 가지도록, 제4도에 나타낸 바와 같이 스티프너 비이드를 사용하여 다팅 및 스플라이싱에 대한 요건을 없애고, 추가로 플라이 주름의 발생 및 스티프너 비이드(48)의 제조에 의한 변형을 방지하는 복합 구조 부재를 제조할 수 있음을 발견하였다.

제5도에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 횡단면상 스티프너 비이드(48)는 타원형 단부(56과 58)사이에 있는 그들의 중앙부(60) 전체에 걸쳐 원의 영역을 한정한다. 또한, 제6도에 도시되어 있는 바와 같이, 스티프너 비이드(48)는 구조 부재(49)의 나머지 부분에 결합하는데, 구조 부재의 나머지 부분은 비이드(48)의 모든 주변 전체에 걸쳐 접하여 있는 통합 부분이다.

종래 기술의 비이드는 둥근 단부를 가지는 원통형 단면을 갖지만, 본 발명의 타원형 단부는 제7도에 도시된 바와 같이, 첨단(56)으로부터 중앙부(60)내로 훨씬 더 긴 길이를 따라 점점 가늘어짐으로써 더 완만한 형태 변형을 제공한다.

본 발명에 있어서 바람직한 치수는, 비이드 폭 W가 실제로 타원형 단부의 폭 E, 및 타원형 단부(56과 58)의 첨단(62와 64)을 한정하는 원의 직경의 두배이다.

본 발명의 바람직한 스티프너 비이드(48)을 갖는 복합 구조 부재(49) 및 그들의 일체 부분을 제조하는 방법을 설명하기 위하여, 제8도가 먼저 고려될 것이다. 설명을 위해서, 본 발명자들은 그 내부에 스티프너 비이드를 가지는 편평한 패널 부재의 제조를 설명하겠지만, 당업자에게는 구조 부재가 어떤 형태라도 가질 수 있음이 자명해질 것이다.

제8도를 보면, 그 내부에 본 발명의 타원형 단부의 스티프너 비이드(48)를 갖는, 제조하려는 구조부(49)의 벽 또는 측면 중 하나의 형태를 한정하기 위하여 플루오로엘라스토머 재료로부터 미리 제조된 접합한 코올 플레이트(70)이 관찰된다.

적합한 코올(70)은 본원에 참고 문헌으로 인용된, 두블린스키(Dublinski)등의 명의로 1990년 12월 19일자로 출원되고 양수인에게 양도된, 계류 중인 미합중국 특허 제 07/629,934호[발명의 명칭 : 복합 재료로 만들어진 콤플렉스 부분을 제조하기 위한 방법(The Method of Fabricat-ing a Complex Pat Made of Composite Material)]에 충분히 설명되어 있는 바와 같이 제조된다.

코올 플레이트(70)는 제조하려는 부분의 경질 모형상에 적층된 5개의 플루오로엘라스토머 층으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 모형은 플루오로엘라스토머 재료를 가황하기 위하여 필요한 원하는 열과 압력을 견뎌낼 수 있는 유리 섬유, 목재 또는 다른 입수할 수 있는 재료로 만들어진다. 이들 플루오로엘라스토머 층이 그 모형상에 적층되기 전에 분리 방출막이 모형상에 도포된다. 이렇게 적층된 제1층은 방출 피막을 가진 플루오로엘라스토머의 8.1mm 플라이인 것이 바람직하다. 제2층은 플루오로엘라스토머 고무 원료의 7.7mm 플라이인 것이 바람직하다. 제3 및 제4플라이는 보강된 플루오로엘라스토머인 KEVLAR(E.I.Dupont의 상표)의 10.1mm 플라이인 반면, 제5플라이는 제2플라이와 동일하여, 전체 플라이 적층 두께는 적합한 코올(70)에 대해 보강된 플루오로엘라스토머 43.7mm이다. 이들 플라이는 각각의 재료는, 예를 들어 미네소타주 미네아폴리스의 미네소타 마이닝앤드 매뉴팩츄어링 컴퍼니(Minnesota Mining and Manufacturing Company)로부터 입수할 수 있다. 이렇게 적층된 플루오로엘라스토머 층은 부피가 저하된 후에 경화되어 적합한 코올(70)을 형성한다.

제8도에 도시된 제조 조작은 그라파이트, KEVLAR, 또는 유리 섬유, 또는 바람직하게는 에폭시로서의 수지로 미리 함침된 다른 적합한 고인장강도 재료로 만들어질 수 있는 복합 재료, 바람직하게는 직포의 프리프레그 플라이를 적층시키는 것이다. 이렇게 적층된 각각의 플라이가 적합한 코올(70)의 최대 길이(70ℓ)와(70W)까지 연장되고, 비이드(48)내로 방해하지 않으면서 연속적으로 돌출하는 것이 중요하다.

코올(70)은 최종적으로 수행하려는 경화 과정 동안 매우 적합해지도록 제조되어 왔기 때문에, 본 발명자들은 코올(70)과 동일한 형태로 제조된 포움 받침(72)를 제공하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 코올(70)은 코올(70)을 가로질러 여러 고인장강도 직물 플라이 또는 층(74)의 적층 조작 동안 받침(72)중에 위치한다. 바람직하게는, 플라이 또는 층(74)은 7.6mm 내지 15.2mm의 두께로 축적된다. 본 발명자들은 11.4mm의 전체 플라이 두께를 사용하여 실험을 하였다.

프리프레그 직물이 바람직한 반면, 이 직물은 건조 상태로 적층되고 적층 후에 수지가 첨가된다.

모든 플라이(74)가 코올(70)상에 적층되면, 받침(72)중에 지지된 적층 코올(70)은 부피가 감소할 것이다. 이것은 제9도에 도시된 바와 같이 수행되며, 여기에서 받침, 코올 및 적층된 플라이 단위(76)는 진공 기구(78)내에 위치되어, 연질 엘라스토머 커버(8)가 아래로 내려져서 나이프-에지 프레임 또는 시일(82)에 덮쳐졌을 때에, 종래의 방법에 의해 커버(80) 및 시일(82)이 자리하는 기본 부재(84)에 의하여 시일(82)내에 한정된 지역에서 진공이 적용되게 된다. 부피 감소 과정은 어셈블리(74)에 실제적인 진공, 예를 들어 14psi의 압력을 가하여 플라이들이 진공 작용으로 인해 코올(70)의 형태에 일치하도록 하고, 프리프레그 플라이내에 존재할 수 있는 공기 및 다른 형태의 기포를 추출할 수 있게 한다.

부피 감소 과정이 완료되면, 부피 축소된 플라이가 적층된 적합한 코올(70)은 받침(72)으로부터 분리되고, 내부에 스티프너 비이드(48)를 가지는 구조 부재(49)의 최종적 경화를 유발시키기 위해 필요한 부분의 조립이 시작될 것이다.

이러한 복합 및 비이드화된 구조 부재(49)제조에서 다음 단계는 제10도에 도시되어 있으며, 여기에서 부피 감소된 복합 플라이를 갖는 적합한 코올 부재(86)는, 자유 유동 관계로 그리고 부재(86)의 상향으로 돌출한 스티프너 비이드(48)와 정렬하여 위치하는 일련의 고무-형 플러그 또는 맨드릴(90)을 갖는 금속 기구 또는 모울드(88)상에 위치한다.

적합한 코올(70)은 제조하고 있는 동안에 생성물(49)의 한쪽 측면 또는 표면에 대해 원하는 형태를 나타내도록 제조되는 반면, 기구(88)와 플러그(90)는 연동하여 제조하고 있는 동안에 복합 구조 부분(49)의 나머지 한쪽 측면 또는 표면을 한정한다. 부피 감소된 복합 플라이를 가지는 적합한 코올(86)이 기구(88)과 접촉되게 되면, 고무-형 플러그(90)는 비이드(48)와 꽉끼워 맞춰지며, 그 이유는 이들이 비이드(48)의 형태로 정확하게 미리 제조되기 때문이다. 또한, 코올(70)의 적합성과 플러그(90)의 자유 유동 상태로 인해 두 부분은 자유롭게 움직일 수 있어서, 부분(86)이 기구(88)과 접촉되게 되면, 플러그(90)는 코올(70)의 비이드(48)내에 집중적으로 정렬하게 될 것이다.

본 발명의 바람직한 제조 방법에 있어서, 플러그 또는 맨드릴(90)은 부재(86)의 경화 과정을 위해 기구(88)쪽으로 이동하기 전에 부재(86)의 비이드(48)내에 손으로 위치시켜 놓을 수 있다. 수지 점착성은 부재(86)가 기구(88)와 접촉하기 전 및 접촉하고 있는 동안, 자유 유동 플루오로엘라스토머 플러그(90)를 스티프너 캐비티(48)내로 그리고 프리프레그 직물에 마주 대하여 유지될 것이다.

플러그(90)는 실리콘 또는 플루오로엘라스토머로 만들어질 수 있지만, 뉴저지, 파사익 러버 컴퍼니 오브 웨인(Passaic Rubber Company of Wayne)의 제품인 플루오로엘라스토머 고무 원료 MfE-1742, 또는 뉴욕, 켐프렌 오브 비이컨(chemprene of Beacon)의 제품인 플루오로엘라스토머 고무 원료로 만들어지는 것이 바람직하다. 엘라스토머 플러그 또는 맨드릴(90)은 주조되거나 연장될 수 있지만, 압축 성형시키는 것이 바람직하다.

부피 감소된 복합 플라이(86)를 가지는 적합한 코올이 비이드(48)내에 위치한 고무-형 플러그 또는 맨드릴(90)을 가지는 기구 또는 모올드(88)에 마주 대하는 적당한 위치에 있을 경우에는, 전체 단위는 한조각 실리콘 진공백 내에 도입된 후에 오오토클레이브내로 운반되어, 여기에서 75psi의 게이지 압력하에서 60 내지 120분 동안 173℃에서 경화된다. 이 경화 과정 동안, 플러그(90)의 자유 유동성과 코올(70)의 적합성은 플러그(90)가 비이드내에서 계속하여 그 자체로 집중되게 하지 않게 할 뿐만 아니라, 플러그(90)가 경화 과정의 열과 압력하에서 팽창됨에 따라, 플러그는 복합 재료 플라이를 주름이나 찌그러짐 없이 비이드(48)의 전체 표면과 접촉시켜서, 이렇게 생성된 생성물이 부재의 길이와 폭 전체에 걸쳐 통하여 연속적이며, 제4도에 도시된 원하는 형태로 통합 비이드(48)을 형성함에 있어 연속적이며, 간섭받지 않는 고강도의 직포의 결합층 또는 플라이로 만들어진 구조적 복합 부재가 되게 한다. 플러그(90)의 재배치 및 팽창은 또한, 어떠한 플라이 변형 또는 불규칙성에도 대비하는 것이다. 적합성 코올(70)과 엘라스토머 플러그(90)의 조합된 사용에 의해 얻어지는 이들 잇점은, 만약에 코올과 플러그가 금속으로 만들어진다면 얻을 수 없다는 것은 당업자에게 자명할 것이며, 그 이유는 이들 금속 부분에 있어서의 높은 지점 사이의 제1접촉이 그들 사이의 추가의 이동을 방지할 것이기 때문이다.

경화 사이클이 완료된 후에, 진공백이 벗겨진 후에, 제11도에 도시된 바와 같이 코올 플레이트(70)가 분리되어, 이 경우에 편평한 벽 부재(94)와 통합 스티프너 비이드(48)로 이루어진 피니시된 복합 구조 부분(49)은 단지 그라파이트, 유리 섬유 및 KEVLAR와 같은 고인장강도 재료로 만들어진 우븐 직물의 수지 결합된 플라이 또는 층으로부터 만들어진다. 비이드 또는 맨드릴(90)은 부분(49)으로부터 분리되며, 모울드(88)와 함께 잔류되어 경화시키려는 부피 감소된 플라이 적층부(86)를 가지는 후속의 적합한 코올을 수용하게 된다.

경화 과정이 수행된 후에 여러 부분이 분리될 수 있는 것을 보장하기 위하여, 방출제가 코올 플레이트(70)와 엘라스토머 플러그(90)에 삽입되고, 방출막이 금속 플레이트 또는 기구(80)상에 분무된다.

본 발명의 제조 방법의 잇점 중 하나는 다수의 코올 플레이트(70)가 제조될 수 있으며 각각의 플라이 적층 과정은 어떤 편리한 시간에라도 수행될 수 있고, 서늘한 장소에서 보관되어 위에 부피 감소된 플라이를 가지는 코올이 제조자에게 편리한 시간에 기구(88)와 협력하여 경화되기 쉽다는 것이다. 따라서, 고가의 기구(88) 및 오오토클레이브는 코올 플라이 적층 시간동안에 결합되지 않고, 단지 경화 시간 동안에만 결합될 뿐이다.

본 발명자들은 종래 기술의 둥근 단부를 가지는 스티프너 비이드와, 본 발명의 타원형 단부를 가지는 스티프너 비이드의 분석과 시험을 수행하였다. 이들 시험중 첫 번째는, 제13도에 도시된 바와 같이 본 발명의 타원형 단부 비이드를 나타내는 NASTRAN 분석, 및 제12도에 도시된 바와 같이 종래 기술의 둥근 단부를 나타내는 NASTRAN 분석 둘 모두를 이용하여 행하였으며, 각각의 형태에 있어서의 스트레스는 실질적으로 동일한 반면, 본 발명의 타원형 단부 비이드의 감소된 폭에 있어서 스트레스가 더 클 것으로 기대된다. 제12도와 제13도는 비이드 형태가 변형 분야에서 부작용을 나타내지 않는다는 것을 보여준다.

또한, 본 발명의 방법에 의해 제조되고 타원형 단부 비이드를 가지는 전단 패널을 종래 기술의 구조와 함께 시험하였다. 이들 시험은 본 발명의 신규한 타원형 단부 비이드 판넬이 종래 기술의 둥근 단부 비이드 패널보다 더 강하다는 사실을 보여주는데, 이는 본 발명의 패널이 일반적 안정성 실패로서 1mm당 186 뉴유톤의 전단 하중에서 실패한 반면, 종래 기술의 둥근 단부 패널은 1mm당 141 뉴우톤의 전단 하중에서 실패하였으며, 이들 실패는 플라이 스플라이스에서 야기되는 스트레스 상승점에서 발생한다는 점에 기인한 것이다.

본 발명의 개량된 타원형 단부 스티프너 비이드의 실현 가능성을 설명하기 위하여, 본 발명자들은 복합 재료의 2개의 패널을 만들어 시험하였다. 한 패널은 종래 기술의 둥근 단부 스티프너 비이드를 사용하였고, 나머지 하나의 패널은 본 발명의 개량된 타원형 단부 스티프너 비이드를 사용하였다. 이들 패널을 인치당 100파운드의 하중하에서 시험하였으며, 종래 기술의 구성에 대한 변형 등고선 플롯을 제12도에 도시하였고, 본 발명의 개량된 타원형 단부 스티프너 비이드 구성에 대한 변형 등고선 플롯은 제13도에 도시하였다. 이들 플롯은 일정한 변형의 일련의 연속적인 선을 나타낸다. 이들 변형 등고선 플롯의 중요성은, 이들이 본 발명의 타원형 단부 스티프너 비이드 패널에서 발생된 최대 변형이 종래 기술의 패널에서 발생된 것과 실질적으로 동일하다는 것을 증명한다는 점이다. 본 발명의 개량된 패널에서 발생된 변형은 0.00151인 반면, 종래 기술의 패널에서 발생되는 변형은 0.00150이다. 이러한 점은, 본 발명자들이 더 좁은 타원형 단부 스티프너 비이드가 실질적으로 더 많은 변형을 발생시킬 것이라는 점에서 본 발명의 개량된 패널의 예기치 않은 잇점이며, 제12도와 13도에서 그렇지 않다는 것을 나타내고 있다. 또한, 제12도 및 제13도는 종래 기술의 둥근 단부 스티프너 비이드 구조와 본 발명의 개량된 타원형 단부 스티프너 비이드 구조 사이에 변형 패턴이 어느 정도 변형된 반면에, 스트레인의 정도는 실제로 변화되지 않았음을 보여준다.

Claims (11)

1. 수지와 함께 결합된 고강도 직포의 다수의 플라이를 포함하며, a. 각각의 벽 부재의 전체 길이 및 폭까지 연장되고, 결합된 상기 직물의 플라이로부터 제조된 벽 부재; 및 b. 벽 부재를 형성하는 복합 재료의 간섭받지 않은 연속부로 구성되는 벽 부재 중의 하나 이상의 스티프너 비이드를 포함하는 복합 재료로 제조된 구조 부재로서, 스티프너 비이드는 주어진 축을 따라 연장되고, 그에 대해 집중적이고, 전체 비이드 주변에 대해 벽 부재에 스칠 정도로 결합하고, 이 스티프너 비이드는 이것의 중심 부분을 따라 존재하는 곧은 면, 및 이 곧은 면으로부터 매끄럽게 돌출한 타원형 단부를 가지며, 상기 스티프너 비이드는 그의 중심 부분에서 횡단면상 원의 영역을 규정하고, 그로부터 매끄럽게 집중되어 타원형 단부를 규정하도록 형상화되는 구조 부재.
2. 제1항에 있어서, 직물이 그라파이트, KEVLAR및 유리섬유로 구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 구조 부재.
3. 제2항에 있어서, 복합 재료의 수지가 에폭시임을 특징으로 하는 구조 부재.
4. 제3항에 있어서, 스티프너 비이드가 상기의 주어진 연장축을 횡단하는 폭을 가지고, 스티프너 비이드의 중심 부분에서의 상기 폭이 상기 스티프너 비이드의 타원형 단부의 반원형 첨단의 폭 또는 직경의 2배임을 특징으로 하는 구조 부재.
5. 제4항에 있어서, 스티프너 비이드의 곧은 면이 평행하며, 비이드의 중심 부분을 통한 축의 반대면상에 같은 거리로 위치함을 특징으로 하는 구조 부재.
6. 제5항에 있어서, 벽 부재에 다수의 평행하게 연장되는 스티프너 비이드를 포함함을 특징으로 하는 구조 부재.
7. a. 열과 압력하에서 적합하도록 되기 위하여 플루오로엘라스토머 재료로 제조되고, 제조되는 벽 부재의 내부 또는 외부 표면을 규정하도록 형상화된 코올 플레이트를 제공하는 단계; b. 각각 제조되는 동안 벽 부재의 전체 길이 및 폭까지 그리고 스티프너 비이드내로 연장되고 건조되고, 이어서 수지 또는 프리프레그로 함침되는 고강도 복합 직포의 연속적이고 간섭받지 않는 다수의 플라이를 코올 플레이트상에 적층시키는 단계; c. 플라이가 적층된 코올 플레이트를 부피 감소시키는 단계; d. 모울드 부분으로서 작용하도록 금속 부재를 제공하는 단계; e. 스티프너 비이드의 다른 표면의 정확한 형태에 맞추어진 플루오로엘라스토머를 플러그를 제공하고, 금속 부재와 플러그가 연동하여 벽 부재의 나머지 표면을 규정하도록 금속 부재상에 플러그를 느슨하게 위치시키는 단계; f. 플러그가 스티프너 비이드 캐비티내에 위치하여 경화용 어셈블리를 형성하도록, 복합 재료가 적층된 부피 감소된 코올 플레이트를 금속 플레이트상에 위치시키는 단계; 및 g. 복합 재료가 적층된 코올 플레이트의 어셈블리 및 스티프너 비이드 캐비티내에 위치한 플러그를 경화시켜서, 플러그가 열과 압력하에서 팽창함에 따라 적합한 코올 플레이트 및 플러그가 연동하여, 플러그가 복합 플라이를 지탱하여, 복합 플라이가 전체 비이드 캐비티의 다른 표면을 지탱하여, 스티프너 비이드를 갖는 바람직한 벽 부재를 형성시키는 단계로 이루어지는, 고강도 직포의 결합된 플라이를 포함하며, 2개의 평행한 측면 및 측면으로부터 매끄럽게 연장한 2개의 타원형 단부를 갖는 스티프너 비이드를 갖는 벽 부재를 제조하는 방법으로서, 스티프너 비이드 측면과 단부는 벽 부재를 스칠 정도로 결합하며, 측면 사이의 벽 부재로부터의 스티프너 비이드 변위는 원의 영역을 규정하며, 벽 부재를 형성하는 복합 직물은 벽 부재의 전체 길이와 폭에 대해 그리고 스티프너 비이드를 통해 연속적이며 간섭당하지 않는 벽 부재를 제조하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 고강도 복합 직포가 수지로 미리 함침시킨 그라파이트, 유리섬유 및 KEVLAR구성된 군으로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 어셈블리가 75psi의 압력과 173℃의 온도에서 경화됨을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 복합 재료 적층 과정 동안 코올 플레이트를 지지하도록 선택적으로 형상화된 받침 부재를 제공하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
11. 제7항에 있어서, 플러그가 플라이 적층 다음에 그리고 코올 플레이트가 적층되기 전에 코올 플레이트의 스티프너 비이드 캐비티에 위치해 있고, 이렇게 위치해 있는 플러그가 금속 플레이트와 접촉하게 됨을 특징으로 하는 방법.