KR100575141B1 - 항공기용 윈도우 프레임과 그 제작방법 - Google Patents

항공기용 윈도우 프레임과 그 제작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, 이음매가 없이 일체로 성형된 것으로서 심재와 이 심재를 둘러싸는 복합재료를 포함하는 항공기용 윈도우 프레임이 제공되며, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 카본 패브릭을 공급하는 제 1단계; 카본 패브릭의 양 단부를 스티칭하는 제 2단계; 스티칭된 카본 패브릭에 접착제를 분무하는 제 3단계; 접착제가 분무된 카본 패브릭을 일정한 크기로 절단한 후 맨드릴에 감는 제 4단계; 감겨진 카본 패브릭을 맨드릴로부터 분리하여 심재에 씌우는 제 5 단계; 심재에 씌워진 카본 패브릭을 툴을 이용하여 프리폼으로 성형하는 제 6단계; 프리폼에 수지를 충전하는 제 7단계; 수지가 충전된 프리폼을 경화시키는 제 8단계를 포함하는 항공기용 윈도우 프레임의 제작방법이 제공된다. 이와 같이 구성된 항공기용 윈도우 프레임 및 그 제작방법에 의하면, 부품 경량화를 통한 항공기 운용 비용을 경감할 수 있다.
항공기, 윈도우프레임, 프리폼

Description

항공기용 윈도우 프레임과 그 제작방법{Window frame for aircraft and manufacturing method thereof}
도 1은 일반적인 항공기용 윈도우 프레임의 조립상태를 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 윈도우 프레임의 사시도,
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도,
도 4는 도 2에 도시된 항공기용 윈도우 프레임의 제작방법을 나타낸 순서도,
도 5는 도 4에 나타낸 카본 패브릭을 준비하여 공급하는 단계로부터 카본 패브릭을 맨드릴에 감는 단계까지의 제작 공정도,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도,
도 7은 도 5에 도시된 맨드릴을 나타낸 사시도,
도 8은 도 4에 나타낸 카본 패브릭이 씌워진 심재를 도시한 단면도,
도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선에 따른 단면도,
도 10은 도 8의 A 부분을 나타낸 상세도,
도 11은 도 4에 나타낸 심재에 카본 패브릭을 씌우는 형상을 도시한 사시도,
도 12는 도 4에 나타낸 툴을 이용하여 성형된 프리폼을 도시한 단면도,
도 13은 도 4에 나타낸 수지 충전 공정을 간략하게 도시한 사시도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100 ... 윈도우 프레임 110 ... 복합재
200 ... 프리폼 201 ... 카본 패브릭
202 ... 카본 패브릭이 오버랩된 부분 210 ... 스티칭장치
220 ... 접착제 분무기 230 ... 절단기
240 ... 맨드릴 300 ... 프리폼 성형용 툴
310 ... 하부 툴 320 ... 내측 툴
330 ... 외측 툴 400 ... 수지 충전 장치
410 ... 수지가 충전된 프리폼 420 ... 수지의 유입 부분
430 ... 수지의 유출 부분 C ... 심재
R ... 수지
본 발명은 항공기용 윈도우 프레임(Window Frame) 및 그 제작방법에 관한 것이다.
도 1에는 일반적인 항공기용 윈도우 프레임의 조립된 상태를 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도면을 참조하면, 일반적으로 항공기용 윈도우 프레임(11)에는 내측 및 외측 윈도우 페인(Window Pane)(12)(13)이 실(Seal;14)이 개재된 상태로 고정되어 있다. 이러한 윈도우 프레임은, 운항 도중 고도의 변화에 따른 압력 변화에 견딜 수 있도 록 충분한 강도, 내피로성, 인성 등을 갖추고 있어야 한다.
그런데 종래에는 위와 같은 윈도우 프레임의 재질로 타 금속에 비해 상대적으로 가벼운 알루미늄 합금을 사용하여왔다.
그러나 알루미늄 합금 재질의 윈도우 프레임은 기계 가공 제작이 복잡하여 생산성이 떨어지고, 더욱이 부품의 경량화를 추구하고 있는 항공기 업계의 요구를 충족시키지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 부품 경량화를 통한 항공기의 운용 비용을 경감하고, 향후 항공기의 개발 동향에 탄력적으로 대응할 수 있는 항공기용 윈도우 프레임을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 항공기용 윈도우 프레임은, 심재(Core)와, 상기 심재를 둘러싸는 복합재료를 포함한다. 여기서 상기 복합재료는, 카본 패브릭과 상기 카본 패브릭(Carbon Fabrics) 사이에 충전된 수지(Resin)를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 카본 패브릭을 공급하는 제 1단계;상기 카본 패브릭의 양 단부를 스티칭(Stitching)하는 제 2단계; 상기 스티칭된 카 본 패브릭에 접착제를 분무하는 제 3단계; 상기 접착제가 분무된 카본 패브릭을 일정한 크기로 절단한 후 맨드릴(Mandrel)에 감는 제 4단계; 상기 감겨진 카본 패브릭을 상기 맨드릴로부터 분리하여 심재에 씌우는 제 5 단계; 상기 심재에 씌워진 상기 카본 패브릭을 툴을 이용하여 프리폼(Preform)으로 성형하는 제 6단계; 상기 프리폼에 수지를 충전하는 제 7단계; 상기 수지가 충전된 프리폼을 경화시키는 제 8단계를 포함하는 항공기용 윈도우 프레임의 제작방법이 제공된다.
여기서 상기 제 4단계에서 상기 카본 패브릭의 단부는 일정 각도로 경사를 주어 층이 지도록 감는 것이 바람직하고, 상기 카본 패브릭의 단부는 5˚내지 10˚ 의 각도로 경사를 주어 층이 진 것이 바람직하다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 윈도우 프레임의 사시도이며, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도를 나타낸 것이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 윈도우 프레임(100)은 이음매가 없이 일체로 되어 있으며 심재(C)와, 상기 심재(C)를 둘러싸는 복합재료(110)를 포함한다.
여기서 상기 복합재료(110)는 카본 패브릭(201)과 이 카본 패브릭(201) 사이에 충전된 수지(R)를 포함하는 것이 바람직하다(도 5 및 도 13 참조). 상기 윈도우 프레임(100)의 재질에 대해서는 후술될 윈도우 프레임(100)의 제작방법에 의하여 더욱 분명히 이해될 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 항공기용 윈도우 프레임의 제작방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 4는 도 2에 도시된 항공기용 윈도우 프레임의 제작방법을 나타낸 순서도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 카본 패브릭을 준비하여 공급하는 단계로부터 카본 패브릭을 맨드릴에 감는 단계까지의 제작 공정도이고, 도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선에 따른 단면도이고, 도 7은 도 5에 도시된 맨드릴을 나타낸 사시도이고, 도 8은 도 4에 나타낸 카본 패브릭이 씌워진 심재를 도시한 단면도이고, 도 9는 도 8의 Ⅸ-Ⅸ선에 따른 단면도이고, 도 10은 도 8의 A 부분을 나타낸 상세도이고, 도 11은 도 4에 나타낸 심재에 카본 패브릭을 씌우는 형상을 도시한 사시도이고, 도 12는 도 4에 나타낸 툴을 이용하여 성형된 프리폼을 도시한 단면도이고, 도 13은 도 4에 나타낸 수지 충전 공정을 간략하게 도시한 사시도이다.
먼저 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 윈도우 프레임(100)을 제작하기 위해서 카본 패브릭(201)을 준비하여 공급한다(S1). 상기 카본 패브릭(201)은 롤(Roll)과 도시되어 있지는 않으나 이송수단에 의해 공급될 수 있다.
카본 패브릭(201)이 공급되면, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 카본 패브릭(201)의 양 끝단을 스티칭한다(S2). 상기 카본 패브릭(201)의 스티칭은 스티칭장치(210)에 의해 이루어진다. 따라서 상기 카본 패브릭(201)의 양 끝단이 풀어지는 것은 방지되고, 적절한 자재 형상을 유지할 수 있다.
다음으로 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 접착제를 분무한다(S3). 접착제는 후술할 맨드릴(Mandrel;240)에 상기 카본 패브릭(201)이 감길때 카본 패브릭(201) 사이가 접착될 수 있게 한다. 접착제 분무기(220)로써 접착제를 분무할 때 상기 맨드릴(240)에서 분리가 용이하게 하기 위해서 상기 맨드릴(240)에 처음 감겨지는 부분은 접착제를 분무하지 않는 것이 바람직하다.
카본 패브릭(201)에 접착제를 분무한 후에, 도 4 , 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 접착제가 분무된 카본 패브릭(201)을 일정한 크기로 절단한 후 이 카본 패브릭(201)을 단부에 있어서 일정 각도로 경사를 주어 층이 지도록 해서 맨드릴(240)에 감는다(S4). 상기 공정에 대해 상세히 설명하면, 절단기(230)를 사용하여 상기 맨드릴(240)에 감겨지는 카본 패브릭(201)의 요구되는 두께가 형성될 수 있는 길이로 상기 카본 패브릭(201)을 절단한다. 절단된 상기 카본 패브릭(201)을 맨드릴(240)에 감는다. 여기서 일정 각도는 5˚내지 10˚경사지게 하여 상기 맨드릴(240)에 감는 것이 바람직하다. 왜냐하면 상기 카본 패브릭(201)이 일정 각도가 경사지게 하여 감기게 됨으로써 후술할 심재(C)에 상기 카본 패브릭(201)을 씌울때 개구부(開口部)에 있어서 오버랩(Overlap;202)이 형성될 수 있기 때문이다.
카본 패브릭(201)을 맨드릴(240)에 감은 후에, 도 4, 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 맨드릴(240)에 감긴 카본 패브릭(201)을 분리하여 심재(C)에 씌운다(S5). 이 심재(C)는 대략 윈도우 프레임(100)의 형상을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 심재(C)는 가요성(可撓性, Flexibility)이 있어서 상기 카본 패브릭(201)을 씌울때 용이할 수 있다.
상기 심재(C)의 개구부의 일단을 벌려서 상기 맨드릴(240)로부터 분리된 상기 카본 패브릭(C)을 씌운다. 여기서 심재(C)의 개구부는 상기 카본 패브릭(201)을 오버랩(202)시켜서 연결시키는 것이 바람직하다. 상기 오버랩(202)된 카본 패브릭(201)을 통해 윈도우 프레임(100)은 이음매가 없이 일체형으로 생산될 수 있는 장점이 있다.
심재(C)에 카본 패브릭(201)을 씌운 후에, 도 12에 도시된 바와 같이, 프리폼 성형용 툴(300)을 이용하여 상기 카본 패브릭(201)이 씌워진 상기 심재(C)를 프리폼(200)으로 성형한다(S6). 먼저 상기 카본 패브릭(201)이 씌워진 상기 심재(C)를 하부 툴(310)에 위치시킨다. 그리고 내측 툴(320)을 이용하여 프리폼(200)의 형상을 만들고, 안쪽 부분에 위치시킨다. 마지막으로 외측 툴(330)을 위치시킴으로써 프리폼(200)으로 성형한다.
프리폼(200)으로 성형한 후에, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 프리폼(200)에 수지(R)를 충전한다(S7). 수지(R) 충전 공정은 RTM(Resin Transfer Moulding)공법이나 VARTM(Vacuum Assisted Resin Transfer Moulding)공법 중에서 선택하여 사 용할 수 있으며, 상기 수지(R) 충전 공법의 일 실시예로서 RTM공법이 바람직하다.수지(R) 충전 과정을 설명하면, 수지 충전 장치(400)에서 수지의 유입부(420)를 통해 수지(R)를 주입시킨다. 이 때 수지의 유출부(430)를 진공상태로 유지시킴으로서 기포발생으로 인해 물성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다. 상기 수지(R)의 일 실시예로서는 VRM 34(Hexcel사 상품명)나 RTM 6(Hexcel사 상품명)를 사용할 수 있고, 수지의 유입부(420)의 압력은 대략 5.17kgf/㎠, 수지의 유출부(430)는 대략 진공상태를 유지할 수 있다. 수지의 유출부(430)의 압력은 도시되어 있지는 않으나 진공펌프의 흡입에 의하여 유지될 수 있다.
수지가 충전된 후에, 도 4에 나타낸 바와 같이, 수지가 충전된 프리폼(410)을 경화시켜 항공기용 윈도우 프레임(100)을 제작한다(S8).
상기의 제작방법에 따른 항공기용 윈도우 프레임에 의해 부품 경량화를 통한 항공기 운용 비용을 경감하고 향후 동체가 복합재로 구성된 항공기의 개발 동향에 탄력적으로 대비할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 항공기용 윈도우 프레임과 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 경량화를 통한 항공기 운용 비용 경감이 이루어질 수 있다.
둘째, 동체가 복합재로 구성된 항공기의 개발에 따른 이종 금속간의 부식문제를 제거할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (5)

  1. 이음매가 없이 일체로 성형된 항공기용 윈도우 프레임에 있어서,
    상기 윈도우 프레임은 심재와,
    상기 심재를 둘러싸는 복합재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기용 윈도우 프레임.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복합재료는, 카본 패브릭과 상기 카본 패브릭 사이에 충전된 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기용 윈도우 프레임.
  3. 카본 패브릭을 준비하는 제 1단계;
    상기 카본 패브릭의 양 단부를 스티칭하는 제 2단계;
    상기 스티칭된 카본 패브릭에 접착제를 분무하는 제 3단계;
    상기 접착제가 분무된 카본 패브릭을 일정한 크기로 절단한 후 맨드릴에 감는 제 4단계;
    상기 감겨진 카본 패브릭을 상기 맨드릴로부터 분리하여 심재에 씌우는 제 5 단계;
    상기 심재에 씌워진 상기 카본 패브릭을 툴을 이용하여 프리폼으로 성형하는 제 6단계;
    상기 프리폼에 수지를 충전하는 제 7단계;
    상기 수지가 충전된 프리폼을 경화시키는 제 8단계를 포함하는 항공기용 윈도우 프레임의 제작방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 4단계에서 상기 카본 패브릭의 단부는 일정 각도로 경사를 주어 층이 지도록 감는 것을 특징으로 하는 항공기용 윈도우 프레임의 제작방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 카본 패브릭의 단부는 5˚내지 10˚ 경사로 층이 진것을 특징으로 하는 항공기용 윈도우 프레임의 제작방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07100408B2 (ja) * 1988-11-29 1995-11-01 橋本フォーミング工業株式会社 合成樹脂製枠を有するウインドウの製造方法

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