KR100241870B1 - 항공기의 동체 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

통형의 동체스킨 내부에 그 동체스킨의 축선에 대해 수직으로 설치되어 상기 동체스킨의 변형을 방지하는 것으로 그 외주면 중 적어도 일부는 상기 동체스킨의 내주면에 융착되어 일체로 형성된 판상의 벌크헤드를 복수개 구비한 항공기 동체 및 그 제조방법에 대해 개시되어 있다.

Description

항공기의 동체 및 그 제조방법{Body of airplane and manufacturing method thereof}

본 발명은 항공기의 동체 및 그 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 항공기의 동체 내부에 마련되는 벌크헤드가 동체스킨에 일체로 성형되도록 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 항공기의 동체에 관한 것이다.

통상, 항공기는 동체, 주익, 수직 미익, 수평 미익 등 여러 가지 구조물이 결합되어 이루어진다. 최근에 개발된 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)과 화이버(fiber) 등으로 이루어진 복합재에 의하여 상기 구조믈을 제작하는 경우에, 소정 형상의 작업치구를 사용하여 이 작업치구 위에 복합재를 적층하여 항공기 구조물을 성형하고, 상기 각 구조물의 가장자리가 상호 삽입되어 이 삽입 부위가 본딩되거나 혹은 별도의 고정수단에 의하여 고정됨으로써 항공기가 완성된다.

그리고 항공기 동체가 변형되지 않고 그 원형이 그대로 유지될 수 있도록 할 뿐만 아니라, 동체의 좌굴을 방지할 수 있도록 하기 위하여, 동체 내부에 복수의 벌크헤드가 장착된다.

통상, 벌크헤드는 동체의 형상과 대응되는 판상의 플레이트부재로서, 소정의 제작치구에 의해 제작되어 동체 내부에 횡방향으로 복수로 삽입된다. 동체 내부로 삽입된 벌크헤드는 소정의 위치에 본딩되어 고정된다.

그런데 종래의 기술에 따르면, 벌크헤드는 그 벌크헤드를 제작하기 위하여 많은 공정 및 복잡한 금형이 필요하다는 문제점이 있고, 제작된 벌크헤드를 항공기 동체 내에 고정하기 위하여 통상적으로 사용하는 이른바 웨트 레이업(wet lay-up)방법은 강도 저하가 우려되고 온도변화에 취약한 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 항공기 동체에 일체로 성형 제작되어 일정한 강도를 유지할 수 있도록 개선된 벌크헤드 및 그 제작방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 동체를 개략적으로 나타낸 개략적 단면도,

도 2는 도 1의 "A" 부위를 확대도시한 개략적 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 벌크헤드의 정면도,

도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 동체 제조방법을 설명하기 위한 도면으로서,

도 4는 본 발명에 따른 항공기의 동체를 제작하기 위한 금형의 개략적 사시도이고,

도 5는 도 4의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도로서 제 1수지층이 형성된 모습을 나타낸 금형의 개략적 단면도,

도 6은 도 5의 제 1수지층에 제 1스커트층을 형성한 모습을 나타낸 개략적 단면도,

도 7은 도 4의 금형에 링상의 지그가 설치되는 모습을 나타낸 분리사시도,

도 8은 도 7에 도시된 링상의 지그에 수지가 피복되어 제 1스커트층이 완성되는 모습을 나타낸 금형의 개략적 단면도,

도 9a는 도 7의 Ⅸ-Ⅸ선 단면도이고, 도 9b 및 도 9c는 도 9a의 링에 수지가 피복되는 모습을 나타낸 순차적으로 나타낸 개략적 단면도,

그리고, 도 10은 하부 동체스킨에 상부 동체스킨이 결합되는 모습을 나타낸 개략적 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1..동체 11..동체스킨

12..벌크헤드 121..플레이트부

122..제 1스커트부 123..제 2스커트부

124..연통공 4..금형

4a..표면부 4b..날개부

41..제 1수지층 42..상부 동체스킨

421..제 2수지층 421a..직립부

421b..내측스커트부 422..제 1스커트층

423..제 2스커트층 6..지그

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 항공기의 동체는 통형의 동체스킨; 및 상기 동체스킨의 내부에 그 동체스킨의 축선에 대해 수직으로 설치되며 그 외주면 중 적어도 일부는 상기 동체스킨의 내주면에 융착되어 상기 동체스킨의 변형을 방지하도록 된 복수개의 판상의 벌크헤드;를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 벌크헤드의 테두리부에는 상기 동체스킨의 축선방향을 따라 어느 일방향으로 돌출된 제 1스커트부가 마련되고, 그 제 1스커트부의 외주면 중 적어도 일부가 상기 동체스킨의 내주면에 융착되어 있는 것이 바람직하다.

상기 벌크헤드의 테두리부에 상기 제 1스커트부의 돌출방향과는 반대인 방향으로 돌출되며 그 외주면 중 적어도 일부가 상기 동체스킨의 내주면에 융착되어 있는 제 2스커트부를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 벌크헤드의 중앙부에는 그 벌크헤드 양측의 공간을 연통시키는 연통공이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 동체스킨 및 벌크헤드의 재료는 수지가 침투된 섬유강화플라스틱재료인 것이 바람직하다.

그리고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 항공기의 동체 제조방법은 항공기 동체 외주면에 대응되는 금형의 내주면에 소정 두께로 수지를 피복시켜서 제 1수지층을 형성하는 제 1단계와; 상기 제 1수지층의 축선에 대해 수직을 이루며 그 외주면 중 적어도 일부가 상기 제 1수지층의 내주면에 접촉되는 판상의 제 2수지층을 복수개 형성하는 제 2단계와; 상기 제 1수지층과 상기 제 2수지층이 일체로 굳어지도록 상기 제 1수지층 및 상기 제 2수지층을 가열하여 융착하는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1수지층 및 제 2수지층은 각각 박형의 수지필름이 다단으로 적층되어 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제 3단계를 수행하기 전 단계로서, 상기 제 2수지층의 테두리부에 상기 제 1수지층의 축선방향을 따라 어느 일 방향으로 돌출되어 그 외주면이 상기 제 1수지층의 내주면에 접촉되는 제 1스커트부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 제 1스커트부를 형성한 다음 단계로서, 상기 제 2수지층의 테두리부에 상기 제 1스커트부의 돌출방향과는 반대인 방향으로 돌출되어 그 외주면이 상기 제 1수지층의 내주면에 접촉되는 제 2스커트부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 제 2수지층은, 외주면이 상기 제 1스커트부의 내주면에 접촉되도록 상기 금형에 설치된 지그상의 지그 일측에 대고 수지를 피복시켜 형성된 것이 바람직하다.

상기 제 3단계를 수행하기 전 단계로서, 상기 제 1수지층 및 제 2수지층 내부의 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 복합재 항공기의 벌크헤드의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 동체를 나타낸 개략적 단면도이다.

도면을 참조하면, 항공기 동체(1)는 통형의 동체스킨(11)과, 상기 동체스킨(11)에 횡방향으로 설치된 벌크헤드(12)를 구비한다. 상기 벌크헤드(12)는 동체스킨(11) 내부에 복수로 마련되어 동체스킨(11)의 원형을 유지시키고 좌굴을 방지한다.

도 2는 도 1에서 "A" 부위를 확대도시한 항공기 동체의 개략적 단면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 벌크헤드의 정면도이다.

도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 항공기의 동체(1)에서 벌크헤드(12)는 항공기 동체스킨(11) 내부에 그 동체스킨(11)의 축선에 대해 수직하게 마련되는 플레이트부(121)를 포함한다.

상기 플레이트부(121)의 형상은 항공기 동체스킨(11) 단면 형상에 대응하여, 도 3에 도시된 바와 같이, 원판의 형상을 지닌다. 그리고 상기 플레이트부(121)의 테두리부에는 상기 동체스킨(11)의 축선방향을 따라 어느 일 방향으로 돌출된 제 1스커트부(122)와, 상기 제 1스커트부(122)와는 반대방향으로 돌출된 제 2스커트부(123)가 마련되어 있다. 또한 본 실시예에서의 벌크헤드(12)는 플레이트부(121)의 중앙부에 연통공(124)이 형성되어 있으므로 상기 벌크헤드(12)의 양측의 공간이 연통된다. 상기와 같이 동체(1)의 내부 공간이 연통되어 소정의 물체를 설치가능하도록 마련된 벌크헤드(12)를 개방형 벌크헤드라고 한다.

상기 구성의 항공기 동체(1)에 있어서, 본 발명을 특징지우는 것은 상기 벌크헤드(12)가 동체 스킨(11)에 일체로 형성된 것이다. 이는 상기 동체스킨(11)이 성형될 때 상기 플레이트부(121)의 외주면의 적어도 일부가 상기 동체스킨(11)과 상호 융착되어 일체가 되고 나머지는 동체스킨(11)에 밀착하여 접촉되도록 된 것이며, 바람직하게는 외주면 전체가 동체스킨(11)에 일체로 된 것이다. 또한, 제 1스커트부(122) 및 제 2스커트부(122)도 그 외주면의 적어도 일부가 상기 동체 스킨(11)과 상호 융착되어 일체가 되고 나머지는 동체스킨(11)에 밀착하여 접촉되며, 바람직하게는 외주면 전체가 동체스킨(11)에 일체로 되도록 된 것이다. 한편, 상기 동체스킨(11) 및 벌크헤드(12)는 수지가 침투된 섬유보강플라스틱복합재로 만들어지는 것이 바람직하다.

그리고, 본 실시예에서는 동체(1)의 내부 공간이 연통되도록 연통공(124)이 형성된 개방형 벌크헤드를 예로 하였으나 반드시 여기에 한정되지 않는다. 즉, 플레이트부(121)에 연통공(124)이 마련되지 않아 동체의 내부 공간이 밀폐되도록 된 밀폐형 벌크헤드에도 적용될 수 있으며, 벌크헤드가 동체스킨에 일체로 형성되기만 하면 충분하다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 항공기의 동체 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 4 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 항공기 동체 제조방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예의 항공기 동체 제조방법은, 도 2에 도시된 바와 같이 항공기 동체(1) 내부의 횡단면과 동일한 형상의 플레이트부(121)와, 동체 스킨(11)에 접촉되도록 상기 플레이트부(121)의 테두리에서 상호 대향되는 방향으로 각각 연장되어 형성된 제 1스커트부(122) 및 제 2스커트부(123)를 구비한 벌크헤드(12)가 상기 플레이트부(121)와 상기 제 1 및 제 2스커트부(122)(123) 외주면의 적어도 일부가 동체스킨(11)에 일체로 형성되도록 마련된 항공기 동체를 제조하는 방법이다.

본 실시예에 의한 항공기 제조방법은 먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 길이방향으로 길게 마련되고 단면이 원호형인 금형(4)의 내주면(4a)에 수지를 피복하여 제 1수지층(41)을 형성하는 단계에서 시작한다. 도 5에 상기 내주면(4a)에 상기 제 1수지층(41)이 형성된 금형의 Ⅴ-Ⅴ선 단면도가 도시되었다.

상기 제 1수지층(41)은 박형의 수지필름(411)들이 다단으로 적층되어 소정 두께로 형성된 것이다. 상기 제 1수지층(41)은 예를 들어, 항공기 동체(1)의 동체스킨(11)의 하부에 해당되는 하부 동체스킨이 되며, 다른 금형(미도시)에 의해 제조된 상부 동체스킨(42, 도10 참조)과 나중에 결합되어 동체스킨(11)를 완성시키게 된다.

그 다음 단계는 상기 제 1수지층(41)의 축선에 대해 수직을 이루며 그 외주면 중 적어도 일부가 상기 제 1수지층(41) 내주면에 접촉되는 판상의 제 2수지층(421, 도 9b참조)을 복수개 형성하는 것이다. 상기 제 2수지층(421)도 상기 제 1수지층(41)과 마찬가지로 박형의 수지필름(411)들이 다단으로 적층되어 형성되는 것이다. 상기 제 2수지층(421)을 형성하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있으나 본 실시예에서는 먼저, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제 1수지층(41) 소정 부위에서 그 내주면을 따라 수지를 소정 두께로 피복하여 제 1스커트층(422)을 형성한다. 상기 제 1스커트층(422)은 항공기 동체(1)에서 벌크헤드의 제 1스커트부(122, 도2 참조)에 해당하며, 상기 금형(4)의 길이방향으로 복수로 마련된다. 그러나 상기 금형의 내주면(4a)의 단면 형상은 원호형이므로, 상기 제 1스커트부(122)의 외주면 일부가 불완전한 형태를 지닌다.

그 다음에, 도 7에 도시된 바와 같이 링상의 지그(6)를 그 지그(6)의 외주면이 상기 제 1스커트층(422)에 접촉되도록 상기 금형(4)에 설치한다. 상기 지그(6)는 상기 금형의 날개부(4b)에 양단이 지지되도록 마련된 제 1부재(61)에 수직하게 결합된 제 2부재(62)에 의해 지지된다. 그리고, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제 1수지층(41) 상에 적층된 제 1스커트층(422)과 접촉되지 않은 지그(6)의 나머지 외주면에 수지를 피복시켜 제 1스커트층(422)을 완성한다.

도 7에서 외주면이 제 1스커트층(422)에 접촉되도록 금형(4)에 설치된 지그(6)의 모습을 나타낸 Ⅸ-Ⅸ선 단면이 도 9a에 도시되어 있다. 그리고 도 9b 및 도 9c는 도 9a의 지그에 수지가 피복되는 모습을 나타낸 순차적으로 나타낸 단면도이다.

도면을 참조하면, 상기 제 1스커트층(422)이 완성된 후, 도 9b에 도시된 바와 같이 상기 제 1스커트층(422)에 피복된 수지를 상기 지그의 측면(6a)과 내주면(6b)의 일부에 접촉시키면서 피복시켜 제 2수지층(421)을 형성한다. 상기 제 2수지층(421)은 상기 지그의 측면(6a)에 피복되는 직립부(421a)와, 상기 지그의 내주면(6b) 일부에 피복되는 내측스커트부(421b)로 이루어진다.

상기 직립부(421a)는 상기 제 1스커트층(422)으로부터 수직하게 기립하여 상기 벌크헤드의 플레이트부(121)를 형성하며, 상기 내측스커트부(421b)는 상기 직립부(421a)의 가장자리로부터 상기 제 1스커트층(422)에 나란하도록 연장되어 벌크헤드의 연통공(124) 내면을 형성하게 된다. 그리고, 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 제 2수지층의 직립부(421a)에 대해 상기 제 1스커트층(422)과 대향된 방향으로 수지를 피복시켜 제 2스커트층(423)을 형성한다. 상기 제 2스커트층(423)은 상기 벌크헤드의 제 2스커트부(123)에 해당하며, 이는 벌크헤드(12)의 길이방향 전단강도를 향상시키기 위한 것이다.

그 다음에 상기와 같이 피복된 수지층에 진공을 가하는 진공백(vacuum bagging) 공정을 실시한다. 상기 진공백 공정은 수지층에 내포된 가스를 제거하기 위한 것이다. 상기 수지층은 박형의 수지필름들이 다단으로 적층되어 형성되는 것으로서, 섬유강화플라스틱재료인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제 1수지층(41)과 상기 제 2수지층 외주면이 접촉하는 접촉면이 일체로 굳어지도록 상기 제 1수지층(41) 및 제 2수지층(421)을 경화시키게 된다. 이 경화 단계는, 상기 금형(4) 및 지그(6)에 적층된 수지층을 소정의 온도와 압력으로 세팅된 오븐에 유지시켜 상기 수지층이 상호 융착되어 굳어짐으로써 이루어진다. 마찬가지로 상기 경화 단계를 통해 상기 제 1 및 제 2스커트층(422)(423)의 외주면도 상기 제 1수지층(421)에 일체화된다.

그리고 마지막으로 경화되어 상기 제 1수지층(41)에 융착된 제 2수지층(421) 과 제 1스커트층(422) 및 제 2스커트층(423)으로부터 상기 지그(6)을 분리시키면 동체스킨(11)에 일체로 형성된 벌크헤드(12)가 완성된다.

상기와 같이 완성된 하부 동체스킨(41)이 도 10에 도시되어 있다.

도 10에 도시된 바와 같이 하부 동체스킨(41)에 일체로 벌크헤드(12)가 형성된 후 소정의 금형에서 제조된 상부 동체스킨(42)이 하부 동체스킨(41)에 결합됨으로써 항공기 동체가 완성된다.

본 실시예의 경우 상기 벌크헤드(12)는 상기 제 1 및 제 2스커트부(422)(423)가 하부 동체스킨(41)에만 일체로 형성되고 상부 동체스킨(42)에는 밀착하여 접촉된다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지는 않으며 상부 동체스킨(42)에도 제 1 및 제 2스커트부(422)(423)가 일체로 형성될 수 있다. 예를 들어 하부 동체스킨(41)에 일체로 성형된 벌크헤드(12)가 오븐 속에서 융착되어 경화될 때 소정의 온도에서 완전 융착되지 않고 단지 끈적끈적해질 정도로 구워진 다음 상부 동체스킨(42)을 하부 동체스킨(41)에 결합하여 최종적으로 오븐에서 융착시켜 경화시키면 상부 동체스킨(42)에도 벌크헤드(12)가 일체로 형성될 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 항공기의 벌크헤드는 수지 경화에 의해 동체스킨에 일체로 형성되기 때문에 기계적 강도가 우수하며 별도로 제조되는 번거로움이 제거된다.

Claims (15)

1. 통형의 동체스킨;

   상기 동체스킨의 내부에 그 동체스킨의 축선에 대해 수직으로 설치되며 그 외주면 중 적어도 일부는 상기 동체스킨의 내주면에 융착되어 상기 동체스킨의 변형을 방지하도록 된 복수개의 판상의 벌크헤드;를 구비한 것을 특징으로 하는 항공기 동체.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 벌크헤드의 테두리부에는 상기 동체스킨의 축선방향을 따라 어느 일방향으로 돌출된 제 1스커트부가 마련되고, 그 제 1스커트부의 외주면 중 적어도 일부가 상기 동체스킨의 내주면에 융착되어 있는 것을 특징으로 하는 항공기 동체.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 벌크헤드의 테두리부에 상기 제 1스커트부의 돌출방향과는 반대인 방향으로 돌출되며 그 외주면 중 적어도 일부가 상기 동체스킨의 내주면에 융착되어 있는 제 2스커트부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 항공기 동체.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 벌크헤드의 중앙부에는 그 벌크헤드 양측의 공간을 연통시키는 연통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 항공기 동체.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 벌크헤드의 연통공 둘레에는 상기 동체스킨의 축선방향을 따라 돌출된 내측스커트부가 형성된 것을 특징으로 하는 항공기 동체.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 동체스킨 및 벌크헤드의 재료는 수지가 침투된 섬유강화플라스틱재료인 것을 특징으로 하는 항공기 동체.
7. 항공기 동체 외주면에 대응되는 금형의 내주면에 소정 두께로 수지를 피복시켜서 제 1수지층을 형성하는 제 1단계와;

   상기 제 1수지층의 축선에 대해 수직을 이루며 그 외주면 중 적어도 일부가 상기 제 1수지층의 내주면에 접촉되는 판상의 제 2수지층을 복수개 형성하는 제 2단계와;

   상기 제 1수지층과 상기 제 2수지층이 일체로 굳어지도록 상기 제 1수지층 및 상기 제 2수지층을 가열하여 융착하는 제 3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 제 1수지층 및 제 2수지층은 각각 박형의 수지필름이 다단으로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 제 3단계를 수행하기 전 단계로서, 상기 제 2수지층의 테두리부에 상기 제 1수지층의 축선방향을 따라 어느 일 방향으로 돌출되어 그 외주면이 상기 제 1수지층의 내주면에 접촉되는 제 1스커트층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 제 1스커트층을 형성한 다음 단계로서, 상기 제 2수지층의 테두리부에 상기 제 1스커트층의 돌출방향과는 반대인 방향으로 돌출되어 그 외주면이 상기 제 1수지층의 내주면에 접촉되는 제 2스커트층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 제 2수지층은, 외주면이 상기 제 1스커트층의 내주면에 접촉되도록 상기 금형에 설치된 지그상의 지그 일측에 대고 수지를 피복시켜 형성된 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.
12. 제 7항에 있어서,

    상기 제 2수지층의 중앙부에 그 제 2수지층의 양측의 공간을 연통시키는 연통공을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 제 2수지층의 연통공 둘레에 상기 제 1수지층의 축선방향을 따라 돌출된 내측스커트부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.
14. 제 7항에 있어서,

    상기 제 3단계를 수행하기 전 단계로서, 상기 제 1수지층 및 제 2수지층 내부의 가스를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.
15. 제 7항에 있어서,

    상기 제 1수지층 및 제 2수지층을 섬유강화플라스틱재료에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 항공기 동체 제조방법.

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