KR101124011B1

KR101124011B1 - 수명이 긴 비행기 터보제트용 노즐 플랩

Info

Publication number: KR101124011B1
Application number: KR1020040037369A
Authority: KR
Inventors: 팡쿠티에리; 바레헤르베; 코바클로드; 블랑샤스테판
Original assignee: 에스엔이씨엠에이
Priority date: 2003-05-26
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2012-03-27
Also published as: DE602004019013D1; UA85369C2; TW200505744A; AU2004202297A1; US20050005608A1; CA2467842C; US6964169B2; TWI323714B; BRPI0401835B1; FR2855557B1; RU2004116014A; JP4116984B2; AU2004202297B2; JP2004353668A; RU2358136C2; KR20040101934A; FR2855557A1; EP1482158B1; BRPI0401835A; ZA200403904B

Abstract

본 발명은 수명이 긴 비행기 터보제트용 노즐 플랩을 제공한다. 상기 플랩은 기하학적으로 직선인 모선(generating line)(11)을 따라 횡방향으로 펴서 늘인 (flattened) 속이 빈 테이퍼(tapered)형상의 몸체(10)를 포함하고, 상기 몸체(10)는 대략적으로 일정한 두께 E를 가진 얇은 벽면(12)을 형성하고, 상기 벽면(12)은 적어도 2×E이상의 곡률 반경을 가지는 일련의 내부면(17)을 포함하고 또한 내화성(耐火性)의 재료로부터 십자형으로 엇갈리게 만들어진 연속 강화 섬유(18)로 구성된 내화성의 복합체로 만들어지고, 상기 강화 섬유는 적층의 복수 개의 일련의 섬유(18)층으로 정렬되어 있고, 상기 강화 섬유에 있어서 한 층의 섬유(18a)는 인접한 다른 층의 섬유(18b)와 십자형으로 교차되어 있는 것을 특징으로 한다.

비행기, 터보제트, 노즐, 플랩, 내화성 강화 섬유

Description

수명이 긴 비행기 터보제트용 노즐 플랩{ Long life nozzle flap for aircraft turbojets }

본 발명은 하기의 실시예와 첨부한 도면을 참조하면, 그 내용 및 효과가 보다 명확하게 될 것이다.

도 1은 연결 구성 요소들에 설치된 "제어되는" 형태의 플랩을 나타내고,

도 2는 플랩만을 나타낸 것이고,

도 3은 삽입물이 있는 피봇(pivoting)의 상류(upstream)결합 구성 요소를 나타내고,

도 4는 결합된 말단부를 가지고 있는 피봇의 하류(downstream) 결합 구성 요소를 나타내고,

도 5 및 6은 구 결합형(ball joint type) 상류 결합 구성 요소를 상세하게 나타내고,

도 7 및 8은 결합 구성 요소의 상류 피봇 형태를 상세하게 나타내고,

도 9 및 10은 결합된 말단부를 가지고 있지 않은 하류 결합 구성 요소를 상세하게 나타내고,

도 11은 복합 노즐 플랩(complex nozzle flap)을 나타내고,

도 12는 플랩을 생산하는 방법을 나타내고,

도 13은 플랩을 생산하는 실시예를 나타내고,

도 14는 다른 복합 노즐 플랩의 공간을 나타내고,

도 15는 또 다른 복합 노즐 플랩의 공간을 나타내고,

도 16은 플랩의 리브(rib)로 쓰이는 말단부를 나타낸다.

본 발명은 비행기 터보제트용 노즐 플랩에 관한 것이고, 보다 상세하게는 내화성의 복합체로 만들어진 플랩에 관한 것이다.

다양한 부분의 노즐이 항공 산업에서 소개되어 있으며, 추진 가스 (propulsion gas)를 내뿜는 터보제트의 속도 함수로서 추진 가스를 흐르게 할 수 있다. 하기에서는, 다양한 부분의 노즐을 단순히 "노즐"이라 부르기로 한다.

미국 특허 공보 제 5,285,637호에는 수렴부와 발산부로 구성되는 상세한 노즐 모델(전면에서 후면으로 연속적으로 정렬된)이 개시되어 있고, 상기 노즐은 추진 가스의 흐름의 편향에 의해 얻어지는 "벡터" 추진에 의한 것이다. 단일한 수렴부에 제한되고/제한되거나 비대칭인 보다 단순한 노즐, 즉 추진 가스의 흐름을 편향시킬 수 없는 노즐도 있다. 어느 경우라도, 노즐은 추진 가스의 주위에 다양한 섹션 채널을 형성하기 위해 인접해 있는 수 개의 플랩을 포함한다. 플랩의 구조는 일반적으로 직사각형 모양으로 늘린 얇은 판으로서, 그것의 상류 (upstream)면 쪽에 있는 기계적인 구성요소에 결합되어 있다. 몇몇 특정한 경우에,

플랩의 형태는 직사각형으로 형태가 제한되는 통상적인 등변 사다리꼴일 수 있다. 수렴 및 발산형 노즐의 경우에, 수렴부의 각 플랩은 이와 같이 고정된 구조물의 상류면 및 상기 플랩이 확장된 발산부의 플랩쪽에 있는 하류(downstream)면에 결합되어 있다. 플랩의 "내부" 면, 즉 노즐의 내부로 향해 있는 면은 하기에서 "열류(熱流)"라 지칭할 뜨거운 분출 가스 흐름과 부분적으로 또는 전체적으로 직접 접하고 있다. 이와는 달리, 반대 쪽 "외부" 면, 즉 노즐의 외부로 향해 있는 면은 하기에서 "냉류(冷流)"라 지칭할 차가운 공기 흐름과 부분적으로 또는 전체적으로 직접 접하고 있다.

"제어되는" 플랩과 "밀폐된" 플랩과는 하기와 같이 구별된다. 제어되는 플랩은 노즐의 부분을 다양하게 바꾸기 위해 상기 플랩을 노즐의 기하학적 중심선(geometric centreline)쪽으로 오가게 하는 커넥팅 로드(connecting rod)에 연결되어 있다. 제어되는 플랩들 사이의 가변 너비 공간(variable width space)은, 제어되는 플랩과 분출 가스 흐름 사이에 위치하면서, 기계적 수단 및 분출 가스의 압력에 의해 제어되는 플랩과 접촉하고 있는, 밀폐된 플랩에 의해 고립된다. 제어되는 플랩에 많은 기계적 부하가 걸리는 것을 알 수 있다. 열류에 노출되어 동작 중인 플랩의 온도 영역은 대개 1,000℃ 정도이다. 결과적으로, 노즐 플랩은 보통 고온에 버틸 수 있는 내화성 금속 합금으로 만들어지게 된다. 그럼에도 불구하고, 상기 노즐 플랩의 수명은 그리 길지 못하다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여, 미국 특허 공보 제 2,770,944호에는 노즐 플랩의 이중 벽 구조가 개시되어 있다. 상기 이중 벽 구조의 문제점은, 이중 벽 구 조에 있어서 반드시 냉각 공기가 이중 벽 사이의 공간을 통과하며 순환되도록 사용되지만, 상기 냉각에도 불구하고 플랩 사이에는 현저한 온도차가 남는다는 점이다.

주지의 내화성(耐火性) 복합체는 내화성 매트릭스(matrix)에 내장된 내화성 섬유로 만들어진다. 상기의 섬유 및 매트릭스는 탄소로 만들어진다. 또한, 상기의 섬유 및 매트릭스는 실리콘 카바이드(silicon carbide; SiC), 티타늄 알루미나이드(titanium aluminides), 알루미늄 알루미나이드(aluminium aluminides)등과 같은 세라믹으로 만들어진다. 높은 기계적 강도 및 내열성에도 불구하고, 상기 복합체 재료는 "유리질" 타입의 파열(vitreous type rupture)에 기인한 장력(張力)을 초래하는 온도 변화에 취약하기 때문에 노즐 플랩을 생산하는 데는 바람직하지 않다. "유리질" 타입의 파열이란, 물질의 탄성 한도를 넘어서는 힘이 가해지는 즉시 장력에 의해 물질이 갑자기 깨지는 현상을 의미한다. 상기한 취약점은 높은 탄성률(modulus of elasticity)이나 영률(Young's modulus)을 가진 내화성 복합체가 고온 상태에 놓일 때 두드러지게 나타난다.

종래 기술 중에는 내화성 금속 합금으로 만들어진 연결 구성 요소가 고정되어 있는 직사각형 모양으로 늘린 얇은 평판의 형태로 내화성 복합체로부터 플랩을 만들어내는 것이 있다. 상기 형태의 플랩에 있어서, 차가운 면은 뜨거운 면과 차가운 면 사이의 온도차 및 차가운 면에 장력을 만들어 내는 뜨거운 면의 팽창에 의해 쉽게 깨지는 경향이 있다. 제어되는 플랩에 있어서, 플랩의 측면부는 밀폐된 플랩에 의해서 열류로부터 분리되어 있는 반면에 플랩의 중심부는 열류에 직접 노출되어 있어서 플랩의 중심부의 온도는 측면부의 온도보다 높다. 따라서, 플랩의 중심 부는 팽창하여 중심부쪽으로 전달되는 균열을 일으키는 장력이 플랩의 측면부에 가해지게 되어 플랩이 파열을 일으키게 된다.

내화성 복합체는 온도차에 취약하고, 상기의 온도차는 노즐 플랩에 있어서 피할 수 없는 것이기 때문에, 결국 상기의 내화성 복합체로부터 플랩들을 분리시키려는 시도는 그다지 성공적이지 못했다. 그러므로, 본 발명이 이루고자 하는 과제는 진정으로 수명이 길며, 내화성 복합체로 만들어진 노즐 플랩을 제공하는 것이다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 기하학적으로 직선인 모선(generating line)을 따라 횡방향으로 펴서 늘인 (flattened) 속이 빈 테이퍼(tapered)형상의 몸체를 포함하는 비행기 터보제트용 노즐 플랩에 있어서, 상기 몸체는 대략적으로 일정한 두께 E를 가진 얇은 벽면을 형성하고, 상기 벽면은 횡축으로 네 개의 인접한 부분, 즉 평면의 "뜨거운" 사다리꼴 벽면; 뜨거운 벽면에 평행한 납작한 "차가운" 사다리꼴 벽면; 차가운 벽면 및 뜨거운 벽면과 측면으로 연결되어 있는 두 개의 대칭되는 측벽면;으로 나누어지고, 적어도 2×E이상의 곡률 반경을 가지는 일련의 내부면을 포함하고, 내화성(耐火性)의 재료로부터 십자형으로 엇갈리게 만들어진 일련의 강화 섬유로 구성된 내화성의 복합체로 만들어진 것을 특징으로 하며, 상기 강화 섬유는 다른 내화성의 재료로 만들어진 매트릭스(matrix)안에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 비행기 터보제트용 노즐 플랩을 제공한다.

종래 기술에는 복합체로 만들어진 이중 벽면을 가진 노즐 플랩들이 제시되지 못했다. 그 이유로는 온도 차이가 존재하는 점, 유리질 파열의 문제점이 상존하는 점, 및 복합체에 특유한 기술로써 상기의 노즐 플랩 형성이 난해한 점을 들 수 있다.

그러나, 둥근 가장자리를 통하여 뜨거운 벽면 가장자리에 연결된 측면벽이 존재함으로써, 플랩의 저항이 열적 부하(thermal load)로 완전히 바뀐다.

본 발명에 따르면, 플랩은 유리질 파열을 방지하는 데 바람직한 저항을 갖게 될 것이다. 게다가, 복합체의 낮은 열 전도율은, 두 개의 뜨거운 벽면사이에서 온도차를 증가시키는 점에서 필요하거나 유용한 공기 순환에 의한 냉각없이도, 차가운 벽으로의 열 이동을 감소시킨다.

본 발명의 첫 번째 실시예에 따르면, 상기 플랩은 상기 플랩의 구멍을 관통하는 "상류" 삽입물로 불리는 삽입물에 고정되어 한쪽 끝에 위치한 "상류" 구성 요소로 불리는 결합 구성 요소를 포함하고, 상기 삽입물은 차가운 벽면과 접하는 나사들에 의해 고정되어 있고, 상기 차가운 벽면은 나사 머리와 상류 면 삽입물 사이에 국소적으로 끼워져 있고, 나사들은 차가운 벽면을 통과하여 상류 삽입물에 박혀 있다.

상기 첫 번째 실시예를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 플랩의 바깥 쪽에 놓인 차가운 벽면과 접하도록 되어 있는 "하류" 삽입물 및 연결용 U자형 갈고리 로드(connecting rod clevis)에 고정된 "하류" 구성 요소라 불리 는 결합 구성 요소를 포함하는 플랩으로서, 상기 연결용 U자형 갈고리 로드는 플랩의 중간부에 위치하고, 상기 하류 삽입물은 플랩의 내부에서 상기 플랩의 중간부로부터 상기 연결용 U자형 갈고리 로드까지 뻗어 있고, 플랩의 외부면에 머리가 위치한 적어도 3개의 나사로 차가운 벽면과 접하여 고정되어 있으며, 상기 나사들은 차가운 벽면을 관통하여 하류 삽입물에 박혀 있고, 상기 3개의 나사들 중 하나는 연결용 U자형 갈고리 로드를 관통하여 차가운 벽면과 접한 상태로 고정되어 있다.

상기 플랩에 의한 열적 절연(thermal insulation)은 플랩의 두께, 즉 측면벽의 너비에 관계된다. 상기의 측면벽들이 온도 상승 방지 역할을 할 둥근 부분 및 평평한 부분을 포함한다면, 열적 절연에 더욱 바람직하다.

상기 플랩의 기계적 저항은 종종 강화되어야만 한다. 그리고 나서, 상기 플랩은 2×E 곡률반경을 갖는 둥근 부분을 관통하여 사다리꼴의 평평한 벽면과 결합된 리브를 포함할 것이다. 상기 리브(rib) 역시 내화성 복합체로 만들어지며, 차가운 벽으로의 작은 열손실과 유일하게 관계되는 것이다.

본 발명의 중요한 특징은 상기 노즐 플랩을 생산하는 방법에 관한 것이다. 상기 생산 방법은 십자형으로 엇갈려 배열된 내화성 섬유의 일련의 가장자리로 되어 있는 텍스쳐(texture)를 생산하는 단계; 서로 마주보고, 발산하는 방향으로 향한 볼록부를 가지며 내부로 굽어지고, 텍스쳐의 두께가 E인 경우 적어도 2×E의 곡률반경을 갖는 상기 텍스쳐의 빳빳하고 다공성인 섹션(section)들을 신장(伸張)시키는 단계;및 내화성의 매트릭스를 기상 증착(vapour phase deposition)에 의해 섹션을 통하여 상기 텍스쳐 위에 증착시키는 단계;를 포함한다.

상기한 바와 같은, 플랩의 리브를 생산하는 방법의 다른 방법은 십자형으로 엇갈려 배열된 내화성 섬유의 일련의 가장자리로 되어 있는 복수개의 텍스쳐를 생산하는 단계; 각 쌍의 텍스쳐는 서로 마주 보고, 발산하는 방향의 볼록부를 가지며 내부로 굽어지고, 상기 섹션에서 신장(伸張)되는 텍스쳐의 어느 하나의 두께가 E인 경우 적어도 2×E의 곡률반경을 갖는 상기 텍스쳐의 빳빳하고 다공성인 부분들을 신장(伸張)시키는 단계;및 겹쳐진 부분을 가지는 텍스쳐와, 상기 겹쳐진 부분을 관통하는 일련의 매트릭스로서, 상기 내화성의 매트릭스를 기상 증착(vapour phase deposition)에 의해 섹션을 통하여 상기 텍스쳐 위에 증착시키는 단계;를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예

우선 도 1및 도 2를 참조하여 설명하기로 한다. 노즐 플랩(1)은 상류 면(2)으로부터 하류 면(3)쪽으로, 한 쪽면은 뜨거운 분출 가스의 흐름에 다른 한 쪽은 차가운 가스 흐름에 직접 접해 있다. 상기 플랩(1)은 기하학적 모선이 도면 부호 11로 표시된 곳에서 횡방향으로 펴서 늘인 원통형 몸체(10)로 구성된다. 상기 몸체(10)는 두께가 E인 단일 벽면, 즉 단편(單片)으로 된 벽면으로 구성된다. 상기 벽면(12)은 모선(11)을 따라 쌍으로 된 네 개의 인접한 부분을 포함한다. 첫번째 부분, 즉 뜨거운 벽면(13)은 평평한 직사각형 모양이다. 두번째 부분, 즉 차가운 벽면(14)은 뜨거운 벽면(13)의 반대 쪽에 나란한 방향으로 위치한 평평한 직사각형 모양이다. 세 번째 및 네 번째 부분은 측벽면(15)으로 구성되고 바깥쪽으로 볼록한 형태이다. 상기 벽면(12)에 의해 형성된 내부 구멍은 도면 부호 16으로 표시되고, 상기 벽면(12)의 내부면은 도면 부호 17로 표시된다. 그 결과, 상기 내화성 복합체는 내화성 매트릭스에 십자형으로 내장되어 정렬된 일련의 내화성 섬유(18)로 구성된다. 상기 복합체 물질에 있어서, 내부면(17)의 곡률반경 R은 적어도, 장력이 가해지는 때에 섬유층(18)이 갈라지는 것, 즉 매트릭스의 파열에 기인한 서로 다른 섬유층들의 분리를 방지하기 위해서는 벽면(12)의 두께 E의 두 배가 되어야만 한다. 결과적으로, 플랩의 높이 H는 적어도 벽면의 두께 E의 6배가 되는 것이다. 상기의 구조에 의해서, 너비 L₁이 높이 H의 5배가 되는 얇은 플랩이 가능하게 된다.

섬유층들(18a)의 일부는 전체적으로 서로 평행하다. 이 경우, 섬유들(18)은 모선(11)에 대하여 45°로 기울어져 있다. 이러한 형상은 짧은 몸체(12)에 특정되어 사용된다. 긴 몸체(12)의 경우에 있어서는, 모선(11)에 대하여 나란한 방향으로 섬유들(18a)의 일부를 배열시키고, 섬유들(18b)의 다른 부분들은 모선에 대하여 수직으로 배열시키는 것이 굽힘 강도(bending strength)를 향상시키는 데 바람직하다. 모든 경우에 있어서, 충분하게 각 층들에는 모선(11)의 횡방향으로 몸체(10)를 둘러싼 섬유들(18)이 있어야 한다. 실제에 있어서, 섬유들(18a)의 절반은 90°방향으로 섬유들(18b)의 나머지 절반을 가로질러 구성된다. 상기 몸체(10)는 당업자들에게 주지된 기술로 만들어진다. 섬유들은 선반의 굴대(mandrel)에 섬유들을 십자형으로 감거나 또는 눈이 굵은 섬유들의 패브릭(fabric)을 이용하여 제 위치에 놓이게 된다. 섬유들의 패브릭은 종래 기술로써 짜일 수도 있다. 상기 플랩의 강도는, 예를 들어 프랑스 특허 FR 2,759,096의 선행 기술인 미국 특허 US 5,899,241에 개시되어 있는 "2.5D" 패브릭과 같은 다층 패브릭(multi-layer fabric)을 이용하여 바람직하게 향상될 수 있다.

도 2를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. 플랩의 동작 중에는, 뜨거운 벽면(13)은 적어도 부분적으로는 뜨거운 분출 가스 흐름과 직접 접하고, 뜨거운 벽면(13)의 반대쪽에 있는 차가운 벽면(14)은 차가운 흐름(5)과 직접 접하고 있다. 그러므로, 뜨거운 벽면(13)은 차가운 벽면(14)에 대하여 팽창하지만, 모선(11)의 횡방향으로 차가운 벽면(14)에 이와 같이 전달되는 장력(tension force)은 측벽면(15)의 변형에 의해 감소됨으로써 상기 장력의 일부를 견뎌낼 수 있는 것이다.

측벽면(15)의 근방에서 뜨거운 벽면(13)에 접해 있는 두 개의 밀폐된 플랩(20)이 도 2에 나타나 있다. 따라서, 밀폐된 플랩(20)이 있는 뜨거운 벽면(13)과, 열류(4)에 직접 접하고 있지 않은 측벽면(15)의 접촉 영역(21)은 더 차가워진다. 그러나, 단일 벽면과는 달리, 접촉 영역(21)내의 뜨거운 벽면에 놓인 모선(11)의 방향을 따른 장력은, 상기 팽창을 저지하여 장력의 일부를 견뎌낼 수 있도록 하는 측벽면(15)에 의해 감소된다. 달리 말하면, 장력의 최대값을 낮추도록, 접촉 영역(21)및 측벽면(15)에 장력이 분포되도록 하는 것이다.

그러므로, 상기 형태의 플랩은 온도차에 기인한 장력을 상당히 낮추게 되어, 상기한 바와 같은 유리질 파열에 대비할 수 있도록 내화성 복합체를 사용할 수 있게 되는 것이고, 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 따른 플랩은 내화성 복합체로 만들어진 판(plate)형태의 균등한 플랩보다 더 가볍다는 효과가 있다. 본 발명에 따른 2㎜의 두께에 불과한 플랩은, 구부림 강도가 10배 이상 향상되면서 종래 7㎜ 두께의 두꺼운 단일 판 구조의 플랩을 대신할 수 있으므로, 결국 뜨거운 벽면(14) 및 차가운 벽면(15)의 전체 두께는 2 ㎜ + 2㎜ = 4㎜ 에 불과하다.

본 발명의 또 다른 효과는 양 방향으로 노즐의 적외선 신호를 감소시키는 수단을 제공한다는 것이다. 우선, 차가운 벽면(14)은 상기 플랩의 속이 빈 구조 때문에 뜨거운 벽면(13)으로부터 열적으로 보다 절연되어 있다.

도 1로 되돌아가서 설명하기로 한다. 플랩(1)은, 상류면(2) 근방에 너비보다 높이가 긴 3개의 리브로 구성된 상류 삽입물(31)에 고정된 볼 결합형(ball joint type) 상류 결합 구성 요소(30)에 의해, 횡방향으로 리브(32)를 서로 연결하고 단단한 측면 및 두 개의 돌출부(34)를 제공하는 벽면(33)을 포함한다. 결합 구성 요소란, 결합이 해체될 때 플랩에 고정되어 남아 있는 결합의 일부를 의미한다. 여기서 정의되는 상류 결합 구성 요소(30), 상류 삽입물(31) 및 그들의 요소들은 단일 벽(monoblock), 또는 단편(單片), 조립체를 형성한다. 상류 삽입물(31)은 플랩(1)의 상류면(2)에 있는 내부 구멍(16)에 놓인다. 상류 삽입물(31)은 머리가 플랩(1)의 외부로 나와 있는 두 개의 나사(35)를 통하여 차가운 벽면(14)과 접하도록 유지되고, 상기 두 개의 나사(35)는 차가운 벽면(14)을 관통하여 돌출부(34)에 박혀 있다. 달리 말하면, 차가운 벽면(14)은 국소적으로 나사 머리(35)와 삽입물 사이에 끼워져 있다. 나사들(35)은 분리되어 있고 각 나사는 측벽면(15) 근방에 위치하여, 차가운 벽면은 모선(11)의 횡방향으로 구부림 스트레스(bending stress)에 영향을 받지 않고, 측벽면(15)의 근방에 있는 차가운 벽면(14)및 상기 측벽면(15)에 의해 형성된 구석부분이 상기 힘을 버텨낸다.

상기 플랩(1)에는 또한 단편(單片)조립체를 형성하는 하류 삽입물(41)에 연결되어 있는 피봇형(pivoting type)의 하류 결합 구성 요소(40)가 설치되어 있다. 하류 결합 구성 요소(40)는 차가운 벽면(14)쪽에 있는 플랩의 외부에 오프셋(offset)되어 있다. 상기 하류 결합 구성 요소(40)에 의해, 차가운 벽면(14)에 나란하게 대략적으로 차가운 벽면(14)에 일치해 있는, 모선(11)의 수직축(40a)에 따른 피봇이 가능해진다. 상기 플랩(1)에는 또한 플랩(1)의 외부에서 차가운 벽면(14)과 접해 있는 연결용 U자형 갈고리 로드(connecting rod clevis)(42)가 설치되어 있고, 상기 연결용 U자형 갈고리 로드(42)는 측벽면들(15)로부터 동일한 거리에 있는 플랩(1)의 중간부에 위치한다.

하류 삽입물(41)은 연결용 U자형 갈고리 로드(42)의 아래까지 플랩(1)의 내부에 확장되어 있다. 하류 삽입물(41)은 세 개의 나사(43)에 의해 차가운 벽면(14)에 접하여 고정되어 있는데, 상기 나사의 머리는 플랩(1)의 외부로 나와 있고, 상기 나사들은 차가운 벽면(14)을 관통하여 각 나사는 하류 삽입물(41)의 돌출부(44)에 박혀 있다. 상기 세 개의 나사(43) 중 두 개는 하류 결합 구성 요소(40)에 근접한 상태로 서로 분리되어 있어서, 상류 삽입물(31)을 고정시키는 나사들(35)의 경우에 대해 미리 언급한 대로, 각 나사는 측벽면에 근접하여 있게 된다. 또한, 세 번째 나사(43)도 차가운 벽면(14)과 접한 상태를 유지하기 위해 연결용 U자형 갈고리 로드(42)를 관통한다. 연결용 U자형 갈고리 로드(42)에 의해, 도면에 나타내지 는 않았으나, 작동 중 플랩(1)이 상기 연결용 로드를 관통하여 동작하도록 조작하는 것이 가능해진다.

또한, 하류 삽입물(41)은 포크(45)에 의해 상류 면(2)쪽으로 확장되어 있는데, 차가운 벽면(14)쪽으로 연결용 U자형 갈고리 로드(42)에 의해 전달되는 힘에 의해 차가운 벽면(14)이 굽어지는 것을 방지하기 위해, 브랜치(branch)들이 연결용 U자형 갈고리 로드(42)밑을 통과하도록 되어 있고, 포크(45)가 상기의 힘을 버티도록 되어 있다. 도 9에서 도면 부호 46으로 표시된 하류 삽입물(41)의 표면은 보완적인 형태로 차가운 벽면(14)과 접하고 있으므로 실제로는 그 모양이 평면이다.

이러한 실시예에서, 플랩(1)은, 벽면(12) 엄밀하게는 뜨거운 벽면(13)및 측벽면(15)이 확장되어 만들어진 말단부(4)에 의해 하류 방향(3)으로 확장되어 있는데, 상기 확장은 언제나 모선(11)을 따라 되어 있다. 동작 중, 하류 말단부(45)는 열류(4)를 더욱 하류 방향(3)으로 향하게 하고, 이와 같이 하여 하류 말단부(45)가 하류 결합 구성 요소(40) 및 열류(4) 사이를 통과하게 됨으로써, 하류 결합 구성 요소(40)를 보호하게 된다. 본 발명은 뜨거운 벽면(13)이 나사들 및 열류 사이를 관통하게 함으로써, 결합 나사들(35, 43)을 동작 중에 열류(4)로부터 완전히 분리시켜내는 효과가 있으며, 상기 나사들은 반드시 금속으로 만들어져야만 한다. 뜨거운 벽면 및 차가운 벽면(13, 14)을 규정하는, 모선(11)에 수직하고 뜨거운 벽면 및 차가운 벽면(13, 14)에 나란하며 모선(11)으로부터의 중간 거리에서 축(30a)주위를 선회(pivot)하는 상류 결합 구성 요소(30)의 실시예를 도 3을 참조하여 설명하기로 한다. 도 3은 또한, 플랩(1)에 삽입되어 있고 두 개의 나사들(35)에 의해 차가운 벽면(14)에 접하여 고정된 상류 삽입물(31)을 나타내고 있다.

도 4를 참조하여 하류 삽입물(41)의 확장부(3)로 구성되어 있는 하류 말단부(45)의 실시예를 설명하기로 한다. 하류 말단부(45)는 피봇축(40a)에 수직인 평판 리브(plane ribs)(50)에 의해 강화되는데, 상기 리브(50)의 상류 부분은 기하학적 피봇축(40a)을 따라 관통되어(perforated) 하류 결합 구성 요소(40)를 형성한다.

도 5 및 도 6을 참조하여, 구 결합형(ball joint type) 및 상류 삽입물(31)의 결합 구성 요소(30)의 구성을 보다 상세히 설명하기로 한다. 도 7 및 도 8을 참조하여, 기하학적 축(30a) 주위를 선회하는 피봇형태의 결합 구성 요소(pivot type articulation element)(30)의 동일한 구성 요소를 살펴보기로 한다.

마지막으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, 하류 삽입물(41) 및 하류 결합 구성 요소(40)를 보다 정확하게 살펴보기로 한다. 몇몇 실시예에서, 플랩(1)은 보다 일반적으로 횡방향으로 펴서 늘인(flattened) 테이퍼(tapered)형상을 가지고 있고, 뜨거운 벽면(13) 및 차가운 벽면(14)은 사다리꼴 모양을 하고 있는데 반드시는 아니지만 바람직한 형태로서 이등변 사다리꼴 형태이고, 측벽면(15)은 평행한 형태가 아니다. 상류 및 하류 삽입물(31, 41)은 플랩의 내부를 통과하는 차가운 공기가 흐를 수 있도록 설치되어 있다.

이와 같이, 상기한 대로 플랩(1)은 차가운 벽면(14), 특히 뜨거운 벽면(13)이 측방향으로 크게 확장됨으로써 다소의 문제점이 발생한다. 뜨거운 벽면에 작용하는 가스 압력은 때때로 굽힘, 뜨거운 벽면(13)의 둥근 가장 자리의 층판(層板) 사이에서의 전단 응력(剪斷應力) 및 진동을 증가시키는 변형을 일으킨다. 도 11에 나타낸 노즐 플랩은 상기의 문제점을 감소시킨다. 도면 부호 50으로 표시된 상기의 노즐 플랩은, 측벽면(15) 사이에서 차가운 벽면(14)을 뜨거운 벽면(13)에 결합시키는 리브(51)가 존재한다는 점에서, 종래의 노즐 플랩과는 다르다. 이 경우에는, 상기 리브(51)가 4개 존재한다. 상기 리브의 신장(伸張) 방향은 항상 측벽면(15)에 대한 것과 동일하다. 상기 리브는, 적어도 두께의 2배와 같은 내부 곡률 반경을 가지고 있는 둥근 가장 자리(52)가 있는 측벽면(15)과 동일하게 만들어진다. 다시 한번 강조하면, 뜨거운 벽면(13)의 접합점에서 버틸 수 없을 만큼의 응력은 발생하지 않게 된다.

도 12의 단지 한 쌍의 리브(51)만을 갖는 플랩에 있어서, 노즐 플랩을 생산하는 방법을 상세하게 나타내었다; 상기의 보다 단순한 구성은 도면을 과다하게 그리는 것을 방지하지만, 분명히 상기 플랩의 생산 방법은 도 11에 나타낸 실시예 또는 하기할 다른 실시예에 적용될 수 있다.

플랩의 벽면(50)은 먼저 내화성 섬유를 십자형으로 배열하여 구성된 텍스쳐에 의해 구체화된 것이다. 상기의 경우 텍스쳐에는 두 종류가 있어서, 한 종류의 텍스쳐(53)가 다른 종류의 텍스쳐(54) 내부에 배열된다. 더욱이, 한 쌍의 장력 작용 부분(tensioning section)은, 장력을 가함으로써 뜨거운 벽면 및 차가운 벽면을 형성하는 부분들 사이에서 평면 영역을 형성하도록, 텍스쳐 53 및 54 각각과 관련되어 있다. 텍스쳐(53)의 장력 작용 부분은 도면 부호 55로 나타내었고, 텍스쳐(54)의 장력 작용 부분은 도면 부호 56으로 나타내었다. 각 쌍을 이루는 상 기 장력 작용 부분(55, 56)은, 서로 마주 보고 있고 바깥 쪽을 향한 볼록부에서 굽어져 있어서, 텍스쳐(53, 54)는 측벽면(15) 및 리브(51)와 동일한 형상을 하고 있고 적어도 가장 자리에서는 둥근 모양을 하고 있다. 섹션 벽면(55, 56)사이의 공간은 어떤 성질도 가질 수 있는 스페이서(spacer)(57)에 의해 일정하게 유지된다. 결과적으로, 섹션(55, 56)은 도면 부호 58로 나타낸 구멍(58)을 가지도록 관통된다. 한 쌍의 섹션(55, 56)은 공통 평면에 대하여 대칭되도록 정렬된다.

그러므로, 텍스쳐(53, 54)는 펴서 늘인 슬리브(flattened sleeve)의 형태를 갖는다. 상기 텍스쳐들은 장력 작용 부분(55, 56)들 사이에서 평면을 통해 서로 접하고 있다. 실제에 있어서, 상기 텍스쳐들은 반대편에 위치한 가장 자리에 의해 굽혀지고 함께 결합된 섬유 시트(fibre sheet)로부터 형성된다. 상기와 같이 얻어진 결합 라인(59)은 연결되어진다. 또한 상기 결합 라인은, 도 13에 나타낸 바와 같은 제어 연결용 U자형 갈고리 로드(61)를 바람직하게 지지하는 금속 연결 장치(60)의 마주 보는 구성 요소 사이에서 프레스되어 있다. 결과적으로, 결합 라인(59)은 근접할 수도 있고, 반대편에 위치할 수도 있다. 반드시 필요한 것은 아니지만, 텍스쳐(53, 54)를 연결함으로써 바람직한 결합(cohesion)을 얻을 수 있다. 본 발명의 모든 변형에 있어서, 상기 복합체는 기상 증착(vapour phase deposition)에 의해 텍스쳐(53, 54)에 매트릭스를 둠으로써 만들어진다. 매트릭스는, 구멍(58)을 통과하면서 증착 물질(deposition material)을 차단함으로써 장력 작용 부분(55, 56)이 측벽면(15) 및 리브(51)를 약화시키는 것을 방지하는 텍스쳐(53, 54)의 섬유 네트워크를 점점 관통해 들어간다. 이러한 조밀화(densification) 단계를 거친 이후에, 상기 복합체는 고온에서 가열함으로써 강화된다. 상기의 동일한 방법이 리브가 없는 플랩, 단일 텍스쳐 및 사용되는 장력 작용 부분의 단일 벽면을 만드는 데에도 사용된다.

그러므로, 장력 작용 부분(55, 56)은 둥근 가장 자리를 포함한 측벽면(15) 및 리브(51)의 모양을 결정한다. 텍스쳐의 평면 부분의 일부 범위에 텍스쳐를 중첩시킴으로써, 중앙에서 뜨거운 벽면 및 차가운 벽면(13, 14)을 두텁게 한다. 상기의 벽면을 두텁게 함으로써 접선 방향 근방의 굽힘에 대해 플랩(50)을 보다 강화할 수 있다. 텍스쳐를 쌓아 놓은 중앙에 매트릭스 물질을 증착시키는 것은 더 어렵다는 문제점은 있지만, 수 차례의 조밀화 단계를 거쳐서 점차적인 이동으로 상기의 증착을 달성할 수 있다.

도 14를 참조하여 다른 구성을 설명하기로 한다. 두 쌍의 장력 작용 부분(70, 71)이 세 개의 텍스쳐(62, 63, 64)에 쓰이는데, 상기의 텍스쳐에서 마지막 텍스쳐는 다른 두 개의 텍스쳐를 나란히 둘러싸고 있다. 장력 작용 부분(70)은 텍스쳐(62)에 장력을 작용시키고, 다른 장력 작용 부분(71)은 텍스쳐(63)에 장력을 작용시킨다. 게다가, 정렬된 것의 말단부(70, 71)도 텍스쳐(64)에 장력을 작용시키고, 서로 마주 보고 있는 중간 부분(60, 61)은 텍스쳐(62, 63)의 내부 끝이 서로 접하도록 한다. 둥근 가장 자리 쌍에 의해 플랩이 뜨거운 벽면 및 차가운 벽면을 부착하고 있기 때문에, 특히 강한 중앙 리브를 갖는 노즐 플랩을 동일한 방법으로 생산할 수 있는 것이다.

도 15에 따른 본 발명의 다른 실시예를 설명하기로 한다; 노즐 플랩은 예컨 대 텍스쳐(54)와 유사한 모양을 가지면서, 반드시 첫 번째 텍스쳐(75), 뜨거운 벽면(13)의 측면에 있는 두 개의 리브(77)를 가지는 내부의 굽어 있는 텍스쳐(internal undulating texture)(76), 차가운 벽면(14)의 중간 아래에 있는 스트립(strip)(78) 및 상기 스트립(78)을 리브(77)에 결합시키는 두 개의 경사져 있는 리브(79)로부터 형성된다. 내부 텍스쳐(76)는 첫 번째 텍스쳐(75)가 내부 텍스쳐(76)를 감기 이전에, 상기 내부 텍스쳐를 강화시킬 목적으로 부분적으로 분리되어서 이에 응력이 가해지고 조밀화된다.

측벽면(15) 및 차가운 벽면(14)을 따라, 하나의 리브(77)로부터 다른 리브로 확장되어 있는 세 번째 텍스쳐(80)는 플랩의 구조를 완성하고, 차가운 벽면(14)을 강화시킨다. 상기 세 번째 텍스쳐(80)는 내부 텍스쳐(76)에 연결되어 있을 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다. 그리고 나서 텍스쳐들(75, 76, 80)은 다른 실시예의 경우와 마찬가지로 장력 작용 부분(56)과 유사한 말단부에서 한 쌍의 장력 작용 부분(81)을 이용하여, 노즐 플랩을 형성하기 위해 조밀화된다.

도 16은, 예를 들어 도 12에서처럼, 기계적 연결부를 완성하는 데 쓰이는 리브 노즐 플랩(ribbed nozzle flap)을 완성시키는 방법을 보여 준다. 플랩 그 자체에 삽입되어 있는 상류 삽입물(82)은 포크 형태를 하고 있고, 리브(51) 및 측벽면(15) 사이에 그리고 측벽면들 사이에 설치되어 있는 두 개의 리브(51) 및 두 개의 측면 톱니(84)사이에 설치되어 있는 중앙 톱니(83)를 포함한다. 차가운 벽면(14)은 상류 삽입물에 고정되어 있는 평판(85) 및 톱니(83, 84) 사이에 끼워져 있다. 상기의 모든 이러한 구성 요소들은, 도면에 나타내지는 않았지만 구성 요소 들을 함께 조립하여 조이기 위한 나사 조임 구멍(86)에 제공된다.

상기 노즐 플랩은 여기서 나타낸 제한 범위보다 다소 크거나 작은 곡률 반경을 포함한다. 작은 곡률 반경이 보다 바람직하다.

정해진 길이로 된 평판 부분을 가지는 뜨거운 벽면(13)에 있어서, 측벽면(15)이 작은 그물눈 모양의 레이스(filet) 반경을 가지는 경우에 밀폐된 플랩(20)은 뜨거운 벽면(13)의 더 좁은 부분을 덮게 되고, 뜨거운 벽면(13)의 열적 변화(thermal gradient)는 작아지고; 노즐이 닫힌 상태가 되어 있을 때는 상기 노즐이 더 좁아지기 때문에 상기 노즐 플랩은 서로 더 가까이 놓이게 되고; 닫힌 상태가 더 바람직하게 된다.

그러나, 열 전달을 제한하기 위해서 뜨거운 벽면과 차가운 벽면(13, 14)사이의 거리가 충분히 유지되어야 하고, 그렇게 함으로써 둥근 부분의 곡률 반경이 작다면 측벽면(15)은 일정한 폭을 가진 평판 위치에 놓이게 된다. 이와 같이, 상기 의 모든 실시예는 도 1의 플랩(작은 곡률 반경) 또는 도 11의 플랩(큰 곡률 반경)으로부터 구현될 수 있다.

특정한 정렬 상태로 되어 있는 노즐 플랩은 티타늄(titanium)으로 만들어지고, 차가운 벽면(14)에 부착된 금속부를 포함한다. 상기 금속은 경량이라는 점에서 항공 산업 및 다른 분야에서 인정되지만, 열에 약하다는 단점을 가지고 있다. 그러나, 본 발명에 있어서 뜨거운 벽면 및 차가운 벽면(13, 14)의 온도차는 400℃에 불과하여(예를 들어 1000℃와 600℃) 결합 장치(60), U자형 갈고리(61) 등에 문제없이 사용될 수 있다.

상기한 본 발명의 구성에 따르면, 온도차를 이겨 낼 수 있는 수명이 긴 노즐 플랩을 제공하고, 내화성 복합체로 만들어진 판 형태의 균등한 플랩보다 더 가벼운 효과가 있으며, 노즐의 양 방향으로 적외선 신호를 감소시키는 수단을 제공하는 효과가 있다.

Claims

기하학적으로 직선인 모선(generating line)(11)을 따라 횡방향으로 펴서 늘인(flattened) 속이 빈 테이퍼(tapered)형상의 몸체(10)를 포함하는 비행기 터보제트용 노즐 플랩으로서,

상기 몸체(10)는, 일정한 두께 E를 가진 얇은 벽면(12)을 형성하고,

상기 벽면(12)은 횡축으로 네 개의 인접한 부분, 즉 평면의 "뜨거운" 사다리꼴 벽면(13); 뜨거운 벽면에 평행한 납작한 "차가운" 사다리꼴 벽면(14); 차가운 벽면 및 뜨거운 벽면과 측면으로 연결되어 있는 두 개의 대칭되는 측벽면(15);으로 나누어지고, 적어도 2×E이상의 곡률 반경을 가지는 일련의 내부면(17)을 포함하고, 내화성(耐火性)의 재료로부터 십자형으로 엇갈리게 만들어진 연속 강화 섬유(18)로 구성된 내화성의 복합체로 만들어진 것을 특징으로 하며,

상기 강화 섬유(18)는 다른 내화성의 재료로 만들어진 매트릭스(matrix)안에 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 비행기 터보제트용 노즐 플랩.
제 1항에 있어서,

상기 플랩의 구멍(16)을 관통하는 "상류" 삽입물로 불리는 삽입물(31)에 고정되어 한쪽 끝에 위치한 "상류" 구성 요소로 불리는 결합 구성 요소(30)를 포함하는 플랩으로서,

상기 삽입물(31)은 차가운 벽면(14)과 접하는 나사들(35)에 의해 고정되어 있고, 상기 차가운 벽면(14)은 나사 머리(35)와 상류 면 삽입물(31)사이에 국소적으로 끼워져 있고, 나사들(35)은 차가운 벽면(14)을 통과하여 상류 삽입물(31)에 박혀 있는 것을 특징으로 하는 비행기 터보제트용 노즐 플랩.
제 1항에 있어서,

상기 플랩의 바깥 쪽에 놓인 차가운 벽면(14)과 접하도록 되어 있는 "하류" 삽입물(41) 및 연결용 U자형 갈고리 로드(connecting rod clevis)(42)에 고정된 "하류" 구성 요소라 불리는 결합 구성 요소(40)를 포함하는 플랩으로서,

상기 연결용 U자형 갈고리 로드(42)는 플랩의 중간부에 위치하고,

상기 하류 삽입물(41)은 플랩(1)의 내부에서 상기 플랩(1)의 중간부로부터 상기 연결용 U자형 갈고리 로드(42)까지 뻗어 있고, 플랩의 외부면에 머리가 위치한 적어도 3개의 나사들로 차가운 벽면과 접하여 고정되어 있으며,

상기 적어도 3개의 나사들(43)은 차가운 벽면(14)을 관통하여 하류 삽입물(41)에 박혀 있고, 상기 적어도 3개의 나사들(43) 중 하나는 연결용 U자형 갈고리 로드(42)를 관통하여 차가운 벽면(14)과 접한 상태로 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 노즐 플랩.
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서, 상기 측벽면(15)은 내부면에 있는 적어도 2×E의 곡률반경을 갖는 둥근 부분을 관통하여 사다리꼴의 평평한 벽면(13, 14)과 연결된 평평한 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 플랩.
제 1항 내지 제 3항의 어느 한 항에 있어서,

상기 플랩은, 측벽면과 나란한 방향으로, 사다리꼴의 평평한 벽면(13, 14)과 결합된 리브(rib)를 포함하고, 내부면(17)에 있는 적어도 2×E의 곡률반경을 갖는 둥근 부분을 관통하여 사다리꼴의 평평한 벽면과 연결된 것을 특징으로 하는 노즐 플랩.
제 5항에 있어서, 사다리꼴의 평평한 벽면의 두께는 측벽면으로부터 중간대(中間帶)쪽으로 증가하는 것을 특징으로 하는 노즐 플랩.
십자형으로 엇갈려 배열된 내화성 섬유의 일련의 가장자리로 되어 있는 텍스쳐(texture)를 생산하는 단계;

서로 마주 보고, 발산하는 방향의 볼록부를 가지며 내부로 굽어지고 빳빳하고 다공성인 섹션들은 상기 텍스쳐의 두께가 E인 경우 적어도 2×E의 곡률반경을 가지며, 상기 섹션들 주위의 텍스쳐를 신장(伸張)시키는 단계;및

내화성의 매트릭스를 기상 증착(vapour phase deposition)에 의해 상기 섹션들을 통하여 상기 텍스쳐 위에 증착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 플랩의 생산 방법.
십자형으로 엇갈려 배열된 내화성 섬유의 일련의 가장자리로 되어 있는 복수개의 텍스쳐(53, 54, 62, 63, 64)를 생산하는 단계;

서로 마주 보고, 발산하는 방향의 볼록부를 가지며 내부로 굽어지고 빳빳하며 다공성인 여러 쌍들의 섹션들(55, 56, 70, 71)은 상기 텍스쳐의 어느 하나의 두께가 E인 경우 적어도 2×E의 곡률반경을 가지며, 상기 여러 쌍들의 섹션들 주위의 텍스쳐를 신장(伸張)시키는 단계; 및

겹쳐진 부분을 가지는 텍스쳐와, 상기 겹쳐진 부분을 관통하는 일련의 매트릭스로서, 상기 내화성의 매트릭스를 기상 증착(vapour phase deposition)에 의해 상기 섹션들을 통하여 상기 텍스쳐 위에 증착시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 플랩의 생산 방법.
제 8항에 있어서, 상기 여러 쌍들의 섹션들은 공통 평면에 대칭되어 있고, 상기 텍스쳐의 겹쳐진 부분은 평평하고 상기 여러 쌍들의 섹션들 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 노즐 플랩의 생산 방법.
제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 기상 증착 단계 이전에 텍스쳐들을 서로 겹쳐진 부분에 결합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 플랩의 생산 방법.
제 7항 내지 제 9항의 어느 한 항에 있어서, 상기 텍스쳐는, 십자형으로 엇갈려 배열된 판 모양의 섬유를 포개고, 섬유판의 양 끝 반대쪽 가장자리에 결합하며, 연결 장치(60)로 상기 두 가장자리를 같이 고정하는 것에 의해 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 노즐 플랩의 생산 방법.