KR101529946B1 - 항공기 동체 조립체들과 같은 두 개의 조립체들의 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수의 고정 부재들을 이용하여 예를 들어 항공기 동체 조립체들과 같은 두 개의 조립체들을 조립하는 방법에 관한 것이다. 그 방법은, 드릴링 공구를 이용하고 겹침 구역에 견고히 장착된 드릴링 그리드(34)에 형성된 중심잡기 구멍(36)을 통하여 겹침 구역에 구멍을 드릴링하는 단계를 포함하는데, 여기에서 그 드릴링 공구는 지지 만드렐, 및 원추형 접촉 표면을 따라서 그 만드렐과 밀착 접촉하는 확장 링(56)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 중심잡기 구멍 내에 링이 잠금된 후에, 겹침 구역에 대해 지지되는 만드렐을 그 중심잡기 구멍을 통하여 그리고 겹침 구역의 방향으로 변위시켜서 겹침 구역에 압력을 가하기 위하여, 확장 링과 만드렐 간에 상대적인 움직임이 적용된다.

Description

항공기 동체 조립체들과 같은 두 개의 조립체들의 조립방법{Method for assembling two assemblies such aircraft fuselage assemblies}

본 발명은 일반적으로, 예를 들어 리벳팅(riveting)에 의하여 두 개의 조립체들을 조립하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 바람직하게는 항공기 동체의 두 개의 구성적 조립체들(constituent assemblies)의 조립에 적용되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 보다 구체적으로, 본 발명은 소위 시임 조립 방법(seam assembly process)에 관련되는데, 이것은 두 개의 조립체들에 공통적인 인터페이스부(interface), 즉 겹침 구역(overlap zone) 또는 연접 구역(junction zone)을 따라서 "잠금볼트(lockbolt)" 또는 리벳 형태의 죄여진 고정 장치(fastening device)를 배치시킴에 의한 조립에 관련된다.

참고로, 소위 궤도형 시임부(orbital seams)와 소위 종장형 시임부(longitudinal seams) 간에는 일반적으로 차이가 있는데, "고리형 부분"으로 불리는 궤도형 시임부는 두 개의 조립체들을 조립하기에 적합한 것으로서 대략적으로 실린더형의 형상을 가지며, 종장형 시임부는 사실상 반-실린더(half-cylinder)의 형상을 갖는 두 개의 조립체들을 조립하는 것에 관련된다. 종장형 시임부는 러닝 섹션(running section)의 모체(generatrix)들을 따라 만들어짐에 반하여, 궤도형 시임부는 두 개의 횡방향 동체 섹션들 사이의 인터페이스 구역에 만들어지며, 이 두 가지 형태의 시임부들은 이 조립체들이 항공기의 전방 지점 또는 후방 단부에 위치된 동체의 부분들에 만들어지는 때(동체의 형상이 이중 굴곡을 가짐)에 각각 비선형의 종장형 모체와 비원형의 횡방향 모체를 따라서 만들어질 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 단일 또는 이중의 굴곡(curvature)을 갖는 겹침 구역의 연접부에 적용될 수 있다. 참고적으로, 단일의 굴곡을 갖는 패널들은 "전개가능(developable)"하다고 일컬어지며 사각형의 모체를 구비하는데, 이것은 그 패널들이 평면적 표면 상에서 "펼쳐짐(unroll)" 가능하다는 것을 내포한다. 한편, 항공기의 콕핏(cockpit)을 위한 동체 패널들과 같은 이중 굴곡의 패널들은 "전개가능"하지 않고 따라서 사각형의 모체를 갖지 않는바; 이것은 그들이 평면적 표면 상에서 펼쳐질 수 없다는 것을 의미한다. 실제에서 그들은, 예를 들어 패널의 종방향으로의 제1 굴곡, 및 제1 굴곡과는 상이한 것으로서 예를 들어 동일 패널의 횡방향으로의 제2 굴곡을 갖는다.

항공기 동체 조립체들의 조립분야에서는, 리벳 또는 "잠금볼트" 시임에 의해 함께 단단히 고정될 조립체들이 일반적으로 큰 치수를 갖는데, 즉 그 각각이 수 입방 미터의 체적을 갖는다. 또한 조립체에 관한 공차(tolerances)와 고정용 구성요소들의 간섭(interference)이 일반적으로 수백 밀리미터 정도만으로서 매우 작아서, 두 개의 조립체들을 위한 겹침 구역을 형성하도록 의도되는 패널들을 미리 드릴링하면서 구멍들 각각이 간섭 공차 내에서 동축을 이루도록 보장하는 것이 매우 어렵다. 그러므로, 구현되는 조립 방법은 일반적으로, 두 개의 조립체들 모두가 동일한 드릴링 작업에 의하여 드릴링되어서, 이 하나의 단일 작업에서 고정용 구성요소를 수용하기 위한 단일의 구멍(single hole)이 얻어지는데, 그 구멍은 적어도 부분적으로 겹쳐지는 두 개의 패널들을 통하도록 개별적으로 생성된 두 개의 구멍들에 의하여 형성된다.

이 때 관련된 곤란함은 인터페이스 조립체에 어떠한 버어링(burring) 또는 절삭 지스러기(swarf)가 통상적으로 없어야 한다는 사실에 있는데, 그렇지 않으면 이와 같이 조립된 동체의 피로 강도 특성이 저감되기 때문이다. 또한, 조립체들 간의 인터페이스부에서 우수한 시일(seal)(이것은 비행 중의 동체의 가압상태(pressurisation)을 유지하는데에 필수적임)을 보장하기 위하여는, 동체가 개재 밀봉재 또는 밀봉재의 얇은 층으로 코팅된다. 나아가, 동체 내에서의 기계적 힘의 전달의 연속성이 있도록 보장하기 위하여는, 각 고정용 구성요소에서의 두 개의 조립체들 간의 접촉이 금속-금속 접촉이도록, 즉 개재 밀봉재를 통한 힘의 연결이 없도록 구성된다.

이와 같은 다양한 조건들이 충족되는 것을 보장하기 위하여, 다음과 같은 연속적인 단계들이 수행되는 것으로 알려져 있다:

- 두 개의 조립체들의 사전 기준 위치 선정으로서, 이것은 두 개의 조립체들을 세트 상대 위치(set relative position)에 위치시키도록 의도되는 것이며, 이로서 이 두 개의 조립체들은 겹침 구역을 형성하도록 함께 위치된다;

- 드릴링 그리드(drilling grid)의 후속 고정을 위해서 겹침 구역을 통 해 조립 구멍들을 드릴링함;

- 조립 구멍들 내에 맞는 고정의 일시적 수단을 이용하여 겹침 구역에 하나 이상의 드릴링 그리드들을 고정시킴;

- 각 드릴링 그리드에 맞도록 설계된 드릴링 공구를 이용하여 겹침 구역을 통해 구멍들을 드릴링함;

- 드릴링 그리드들을 제거하고, 구멍들과 조립 구멍들에서 패널들을 청결화 및 디버어링(de-burring)하기 위하여 그 두 개의 조립체들을 분해함;

- 겹침을 형성하도록 의도된 조립체의 패널들에 개재 매스틱(interposition mastic)을 적용함;

- 그 두 개의 조립체들을 다시 세트 상대 위치에 위치시키도록 의도하여 그 두 개의 조립체들을 기준 위치 선정하는 것으로서, 이것은 고정 장치들이 제 위치에 놓이도록 허용하는데, 이와 같이 위치 선정된 그 두 개의 조립체들은 함께 겹침 구역을 형성하며, 그 겹침 구역은 이 구역의 두 패널들 사이에 개재 밀봉재의 층을 갖는다; 그리고

- 고정용 구성요소들을 그 각각의 구멍들의 제 위치에 끼움

이와 같은 형태의 작업 방식에서는, 조립체들을 위한 분해/분리 및 재조립 작업과 그 조립체들에 대한 청결화청결화어링 작업이 제조 사이클이 상당히 길어지도록 하여, 비용이 높게 되고 최적화되지 않은 것이다. 동일한 작업 중에 드릴링되는 두 개의 패널들 간의 겹침 구역/연접부에서 발생하는 그러한 버어링을 방지하기 한 것으로서 종래에 알려진 일 해결책은, 그 두 개의 패널들 간에 세트 클램핑 힘(set clamping force)을 적용하는 것이다. 보다 정확하게는, 요망되는 압력이 겹침 구역에 힘이 가해지도록 하는데, 이것은 한편으로는 버어링의 발생을 방지하고 다른 한편으로는 개재 밀봉재에 의하여 코팅되는 두 개의 조립된 패널들의 인터페이스 사이에 절삭 지스러기가 끼이는 것을 방지한다.

그럼에도 불구하고, 이와 같은 압력을 생성시키는데에 일반적으로 이용되는 수단은 복잡하고 또한 함께 고정될 조립체들 상의 제 위치에 시임에 의해 배치되도록 하는 것이 어려우며, 또한 이것은 제조 사이클에 대해 유해한 영향을 주는 또다른 원인이 된다. 결과적으로, 관계된 전체의 치수때문에, 본 기술분야에서 널리 이용되는 것으로 고려되는 드릴링 그리드들이 이용되는 때에는, 가압하는 이 수단을 적용하는 것이 상대적으로 어렵다. 무엇보다도, 접근이 곤란한 소위 "닫힌" 구조물을 형성하는 조립체들 또는 이중 굴곡을 가진 겹침 구역들과 같은 복잡한 형상을 갖는 겹침 구역에 그들을 제 위치에 적용시키는 것은 통상적으로 곤란하거나 또는 불가능하다. 최종적으로, 현실적으로 사용가능한 가압 수단은 완전히 자동화된 조립 공정의 여건에서 채택되도록 설계되는 것이 필수적이고, 예를 들어 작업자가 구멍을 수동으로 드릴링하고 고정용 구성요소들을 적절한 공구를 이용하여 제 위치에 적용하는 수동식 조립에는 결코 적합하지 않다.

그러므로 본 발명은, 현존하는 기술을 이용하는 구현 조건들에 관한 상기 문제점들을 해소하는 과정을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로, 본 발명의 목적은 겹침 구역을 통한 구멍들의 드릴링 중에 겹침 구역에 걸쳐 단순한 방식으로 필요한 압력이 가해지는 것을 가능하게 하는 조립 방법을 제공하는데, 이것은 한편으로는 버어링을 방지하고 다른 한편으로는 통상적으로 개재 밀봉재에 의하여 코팅되는 조립 패널들 사이의 인터페이스부에 절삭 지스러기가 들어오는 것을 방지하기 위한 것이다.

이를 위한 본 발명의 대상은, 각각 두 개의 조립체들에 속하고, 적어도 부분적으로 중첩되며, 함께 겹침 구역을 형성하는 두 개의 패널들 간에 연접부(junction)를 형성하도록 의도된 복수의 고정 장치들에 의하여 두 개의 조립체들을 조립하는 방법으로서, 상기 방법은 겹침 구역(overlap zone)을 통해서 복수의 구멍들을 드릴링(drilling)하는 것에 관련되고, 그 구멍들 각각은 상기 고정용 구성요소(fastening component)들 중의 하나를 수용하도록 설계되며, 각 구멍의 드릴링은 드릴링 공구를 이용하여 수행되며, 그 드릴링 공구는 겹침 구역에 단단히 고정된 드릴링 그리드(drilling grid) 안에 만들어진 관련된 중심잡기 구멍(centring hole)을 통과하고, 상기 드릴링 공구는 겹침 구역에 대한 지지를 위한 만드렐(mandrel) 뿐만 아니라 원추형 접촉 표면에 걸쳐서 상기 만드렐에 끼워지는 확장 링(expanding ring)을 포함하며, 그 원추형 접촉 표면은 상기 만드렐과 상기 링 간의 접촉 표면의 중심축을 따르는 상대적 움직임을 적용하는 중에 그 링의 확장이 일어나는 것을 가능하게 하여서 그 관련된 중심잡기 구멍 내에서 부동화(immobilization)되는 것을 보장한다. 본 발명에 따르면, 확장 링과 지지 만드렐 간의 상기 상대적 움직임의 적용은, 겹침 구역에 압력을 가하기 위하여, 상기 관련된 중심잡기 구멍 내에 확장 링이 부동화된 후에 상기 겹침 구역에 대해 지지된 만드렐이 그 관련된 중심잡기 구멍을 통하여 그리고 원추형 접촉 표면의 중심축을 따라서 그 겹침 구역의 방향으로 변위되도록 이루어진다.

이로써 본 발명은, 한편으로는 버어링을 방지하고 다른 한편으로는 개재 밀봉재로 통상 코팅되는 조립된 패널들 사이의 인터페이스부에 절삭 지스러기가 들어가는 것을 방지하기 위하여, 겹침 구역을 통한 구멍들의 드릴링 중에 필요한 압력이 그 겹침 구역에 걸쳐 용이하게 작용될 수 있도록 하는 간단하고 현명한 해결책을 실질적으로 제공한다.

실제에 있어서, 그 드릴링 공구는, 쿠퍼 파워 툴즈 사(Cooper Power Tools organisation)에 의하여 제조되고 "동심 콜릿 발부를 구비한 P2 드릴"로 기술된 것과 같은, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 흔히 익숙한 형태의 것일 수 있다. 이와 같은 형태의 드릴링 공구는 EP 0 761 351 A 문헌에도 기술되어 있는바, 이것은 참조로서 여기에 포함된다.

오리피스(orifice)들의 드릴링 중에 겹침 구역에 걸쳐서 압력을 달성하기 위하여 이용되는 수단은 현존하는 기술을 이용하여 얻을 수 있고, 본 발명의 특정한 특징은 이 수단으로 만들어지는 특정의 용도에 있다는 것에 유의한다. 사실상, 위에 기술된 바와 같은 드릴링 공구에 있어서는, 현존하는 지지 만드렐 및 그와 관련딘 확장 링이 그 공구를 부동화시키기 위한 필요를 위하여만 의도된 것으로서, 그것은 드릴링 그리드 내의 중심잡기 구멍과 링 간의 마찰에 의한, 그 중심잡기 구멍에 있어서의 병진 움직임(translation movement)을 겪거나 회전하지 않는다. 이를 위하여, 그 링은 링과 만드렐 간의 원추형 접촉 표면의 중심축을 따라 이동하도록 되는데, 그 이동은 관련된 중심잡기 구멍을 통하여 이루어지며, 중심잡기 구멍에 대해 부동화된 만드렐이 안착된 채 유지되는 겹침 구역에 대해 반대의 방향으로 이루어진다. 이와 같은 움직임은, 그 그리드 내의 구멍 내에서의 링의 확장이 그 그리드에 대해 상대적인 회전 또는 병진의 움직임을 겪는 공구를 멈추기에 충분한 때에 멈추어진다.

다른 한편으로는, 본 발명에서는 링과 만드렐 간에 적용되는 상대적 움직임이 필수적으로 만드렐이 겹침 구역의 방향으로 움직이는 형태를 취하고, 겹침 구역의 방향에 반대인 방향으로 링이 움직이는 형태를 취하지는 않는데, 링이 드릴링 그리드 중심잡기 구멍 내에서 진정으로 부동화될 때까지는 그러한 링의 움직임이 관찰될 수는 있다. 이 점에 있어서, 확장 링과 지지 만드렐 간의 상대적 움직임은, 관련된 중심잡기 구멍을 통한 겹침 구역 안으로의 만드렐의 움직임을 유발하도록 이루어지는 것이 바람직한데, 그 상기 겹침 구역 안으로의 만드렐의 움직임은 (x2) > 0.9(x) 의 조건을 충족시키는 거리(x2)에 걸쳐서 이루어지며, 여기에서 (x)는 상기 겹침 구역 안으로의 만드렐의 움직임 중에 상기 확장 링과 만드렐 간의 움직임의 전체 거리이다. 앞서 언급된 관계는 사실상, 중심잡기 구멍을 통한 링의 움직임보다는, 동일한 중심잡기 구멍을 통하여 만드렐을 그 반대의 방향으로 움직이도록 하려는 요구를 나타낸다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 특히 중심잡기 구멍과 확장 링의 공칭 직경(nominal diameter)의 적절한 치수선택을 통하여, 이와 같은 종류의 작업을 달성하기 위하여 문제의 다양한 구성요소들의 설계안을 자연히 채택할 수 있을 것이다. 이 점에 관하여, 링 및 관련된 중심잡기 구멍 간의 작은 초기 유격(initial play) - 예를 들어 0.5 mm 미만이고, 바람직하게는 0.3 mm 정도임 - 이 필요한데, 이것은 일단 상대적 움직임이 개시된 후에 상기 드릴링 구멍 내에서의 링의 매우 신속한 부동화을 이루기 위한 것이며, 여기에서 이 유격은 드릴링 전에 확장 링이 중심잡기 구멍 내로 용이하게 도입되는 것을 가능하게 하기에 적합한 것이라는 점에 유의하여야 한다. 이 점에 있어서, 드릴링 그리드 중심잡기 구멍에 관한 공차 H7 내지 H10, 바람직하게는 H7 이 상기 요구되는 효과를 얻는데에 효과적인 것으로 입증된 것으로 관찰되었다.

또한, 확장 링과 지지 만드렐 간의 상기 상대적 움직임의 적용은, 그 적용의 끝에서 상기 겹침 구역에 대한 지지 만드렐의 압력이 대략 600 N 과 1200 N 사이로 가해지도록 이루어진다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 그러한 압력을 생성시키기 위하여 채택된 특수한 수단의 설계는, 상대적 움직임의 적용 중에 가해지는 압력이 알려진 다양한 파라미터들의 함수로서 미리 결정될 수 있음을 의미한다.

그것이 무엇이든 간에, 그러므로 그 압력 값은 한편으로는 버어링 발생을 방지하고 다른 한편으로는 통상적으로 개재 밀봉재에 의하여 코팅되는 조립된 패널들의 인터페이스부에 절삭 지스러기가 들어오는 것을 방지하기에 전적으로 적합하다. 따라서, 동체 조립체들에 관련된 때의 항공기의 기준좌표계에서 앞서의 기준 위치에 놓여진 조립체들을 분해/재조립할 필요없이, 동일한 드릴링 단계에서 겹침/연접 구역들에 있는 모든 구멍들을 드릴링한 후에 모든 고정용 구성요소들을 제 위치에 끼우는 것이 가능하다는 장점을 갖는다.

고정용 구성요소들의 모든 끼움과 죄임 전에 모든 드릴링이 수행되는 그러한 방법은, 인력의 관점에서 매우 유연하다는 장점을 갖는다. 실제에서, 단일의 개인이 시임부(seam)를 형성하는데에 필요한 모든 단계들을 수행할 수 있는데, 이것은 공구의 설치, 카운터싱킹 드릴링, 공구의 제거, 또는 고정용 구성요소들의 끼움과 죄임 그 어느 때에도 동체의 양 측부에 동시적으로 접근할 필요가 없기 때문이다.

다른 한편으로는, 본 발명에 따른 이와 같은 형태의 방법은, 수 명의 작업자들이 동체의 외측과 내측 둘 다에서 작업하는 것을 가능하게도 하는바, 이로써 시임부를 생성시키는 시간이 저감된다. 그 결과, 본 발명의 주제인 방법은 필요한 생성 속도에 따라서 주어진 시임부를 위한 작업의 조직 관점에서 현격한 유연성을 제공하는데, 이것은 예를 들어 드릴링 후에 두 조립체들의 분리/분해과 관련된 만남 지점(meeting point)으로 인한, 현재 실시 중인 소위 "분리"와 관련된 방법과 대비되는 것이다.

그러므로 본 발명은, 겹침 구역에 압력을 가하는 수단을 제 위치에 신속하고 용이하게 끼우는 것을 제공하는 간단한 해결안을 제공하는데, 이것은 드릴링 공구를 관련된 드릴링 그리드에 대한 제 위치에 간단히 끼우는 것에 필적하는 것이다. 그러므로 제조 사이클은 현격하게 최적화된다. 나아가, 그 해결안은, 압력을 가하는 수단이 드릴링 공구 자체의 것으로 만들어진 경우라면, 현재 실시에 있어서의 것과는 달리 전체 치수의 관점에서도 결점이 없다는 것을 명확히 알 수 있다.

또한, 구멍들을 드릴링하는 중에 압력을 가하는 이러한 독창적인 방식은, 필요한 압력을 발생시키는 드릴링 공구를 제 위치에 끼우기 위하여 구조물의 일 측부에 대한 접근만이 필요한 경우에 있어서, 이중 굴곡을 가진 겹침 구역과 같은 복잡한 형상, 또는 소위 "폐쇄형" 구조물을 형성하는 조립체에 있어서의 겹침 구역에서도 시임부가 용이하게 만들어질 수 있다는 것을 의미한다. 나아가, 본 발명은 적어도 부분적으로 수동으로 수행되는 과정, 예를 들어 작업자가 수동으로 구멍들을 드릴링하고 적당한 공구를 이용하여 고정용 구성요소를 제 위치에 끼우는 형태의 과정 뿐만 아니라, 자동화된 과정에도 적용될 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 따른 방법은, 실질적으로 반-실린더의 형상을 갖는 두 개의 조립체들을 조립하는 것과 관련된 소위 종장형 시임부뿐만 아니라, 대략적으로 실린더형의 형상을 갖는 두 개의 조립체들을 조립하는데에 적합한 소위 궤도형 시임부를 제작하는 것도 가능하게 한다.

드릴링 그리드는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금들 중 하나로 만들어지는 것이 바람직하고, 확장 링은 스틸로 만들어지는 것이 바람직하다.

실제에 있어서, 드릴링 그리드는 하기의 기능들을 수행할 수 있어야 한다는 것에 유의하여야 한다:

- 그리드 내의 구멍 안에서의 확장 링의 마찰력에만 의하여, 관련된 중심잡기 구멍 내에서의 회전 및 병진 움직임이 방지되도록 하는 드릴링 공구의 부동화;

- 그리드의 충분한 작업 수명; 및

- 주변 환경, 특히 조립 중에 온도의 변화가 있는 때와 무관하게, 조립될 조립체들에 관한 중심잡기 구멍의 위치선정의 정확성.

상기 마지막 기능을 달성하기 위하여, 알루미늄, 또는 알루미늄 합금들 중의 하나를 이용하는 적이 적합할 것으로 보이는바, 특히 항공기 동체 조립체들의 경우에서 통상적인 바와 같이, 조립체가 그와 동일 또는 유사한 재료로 만들어지는 때에 그러하다. 실제에 있어서, 그러면 드릴링 그리드는 알루미늄 합금 동체와 같은 방식으로 열팽창을 겪는다.

대안적으로는, 드릴링 그리드를 강화 탄소 섬유 복합 재료(reinforced carbon fibre composite material)로 만드는 것이 유리할 수 있는데, 특히 그와 같은 또는 유사한 재료로 동체가 만들어진 때에 그러하다. 그리드를 이와 같은 재료로 만드는 것은, 그들이 가볍게 되고 또한 이로 인하여 작업자에 의한 취급이 용이하게 된다는 장점이 있다. 그러나, 이와 같은 재료는 상대적으로 낮은 마모 저항성을 나타내는바, 이것은 각 중심잡기 구멍 안에 확장 링이 반복적으로 삽입되어야 하는 것을 견디도록 설계되는 그러한 그리드의 작업 수명에 관한 요건의 높은 수준과 맞지 않을 수도 있다.

따라서, 이와 같은 마모의 문제를 해결하기 위하여, 그리드의 중심잡기 구멍들을 스틸 링(steel ring)들로 라이닝(lining)하는 것을 포함하는 다른 해결안이 이용될 수 있는데, 여기에서 그리드 자체는 알루미늄, 알루미늄 합금들 중의 하나, 또는 강화 탄소 섬유 복합 재료로 만들어진다. 그리드의 알루미늄과 링의 스틸 간의 마찰이 스틸-스틸 마찰의 대략 두 배 정도이어서 드릴링 그리드에 대한 회전 및 병진 움직임의 관점에서 확장 링이 부동화되는 것이 가능하다면, 위에 기재된 첫 번째의 해결안이 이용되는 것이 바람직하다.

그러나 이와 같은 바람직한 해결안은 낮은 마모 저항성을 나타낸다. 이러한 관점에서는, 그리드들에서의 마모가 링과 중심잡기 구멍 간의 접촉 표면을 따라서 균일하기만 하다면 일반적으로 허용가능한 것으로 보인다. 이와 같은 조건을 확인하기 위하여, 그리고 중심잡기 구멍의 입구와 출구에서의 현저한 마모를 방지하기 위하여, 링과 중심잡기 구멍 사이에서 접촉 면적이 가능한 최대한으로 추구되는 것이 바람직하다. 이를 달성하기 위하여, 드릴링 그리드는, 지지 만드렐과 확장 링 간에 상대적 움직임이 적용되기 전에, 드릴링 공구가 그 지지 만드렐에 의하여 관련된 중심잡기 구멍을 통해서 겹침 구역과 접촉하도록 배치된 때에, 확장 링이 관련된 중심잡기 구멍의 양 측부로부터 나오도록 설계 및 배치된다. 또한 이와 같은 바람직한 위치는, 그 링이 중심잡기 구멍 내에서 부동화될 때까지 유지되는 것이 바람직하다.

따라서, 그리드의 두께는 원추형 표면의 중심축을 따르는 확장 링의 길이보다 약간 적은 것이 바람직하다. 따라서 조립되어야 하는 겹침 구역과 관련된 그리드의 초기 분리도 고찰되어야 한다.

그 방법은, 두 개의 조립체들을 세트 상대 위치로 가져와서 구멍들의 드릴링이 수행되는 것을 가능하게 하도록 의도된, 두 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 단계를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 구멍들의 드릴링, 및 고정용 구성요소들을 개별의 구멍들 내에 제 위치에 끼우기 위한 추후의 단계는, 두 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 단계 중에 얻어진 세트 상대 위치를 유지하면서 연속적으로 수행되는데, 이것은 드릴링 후에 두 조립체들을 분리하는 단계(제조 사이클의 시간 관점에서 손실이 큼)를 제거한다.

바람직하게는, 본 방법은, 두 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 단계 중에 얻어진 세트 상대 위치를 유지하면서, 하기의 연속적으로 수행되는 단계들을 포함한다:

- 복수의 중심잡기 구멍들이 각각 구비된 하나 이상의 드릴링 그리드를 상기 겹침 구역에 고정시키는 단계;

- 각각의 드릴링 그리드에 맞도록 설계된 드릴링 공구를 이용하여 상기 겹침 구역을 통해 상기 구멍들을 드릴링하는 단계;

- 각 드릴링 그리드를 제거하는 단계; 및

- 상기 고정용 구성요소들을 그들 각각의 구멍들 내에 제 위치에 끼우는 단계;

보다 정확하게는, 본 발명의 구현을 위한 최선의 선택에 따르면, 그 방법은 하기의 연속적인 단계들을 포함한다:

- 상기 두 개의 조립체들을 세트 상대 위치로 가져와서 상기 구멍들의 드릴링이 수행되는 것을 가능하게 하도록 의도된, 상기 두 개의 조립체들의 기준 위치 선정(reference positioning) 단계로서, 이렇게 위치선정되어 상기 겹침 구역를 함께 형성하는 상기 두 개의 조립체들은 이 구역의 상기 두 개의 패널들 사이에 개재 밀봉재(interposition sealant)의 층을 갖는, 단계;

- 상기 겹침 구역의 제1 측부에 압력을 가하기 위한 하나 또는 수 개의 제1 장치를 제 위치에 배치시키고, 제1 측부의 반대측에 있는 상기 겹침 구역의 제2 측부에 압력을 가하기 위한 하나 또는 수 개의 제2 장치를 제 위치에 배치시키는 단계;

- 드릴링 그리드를 고정시키기 위하여 상기 겹침 구역을 통해 조립 구멍들을 드릴링하는 단계로서, 각각의 구멍은 압력을 가하기 위한 적어도 하나의 제1 장치 및 압력을 가하기 위한 적어도 하나의 제2 장치에 가깝게 만들어지는, 단계;

- 압력을 가하기 위한 제1 장치 각각을 제거하는 단계;

- 상기 조립 구멍들에 맞는 임시적 고정 수단을 이용하여, 상기 겹침 구역의 제1 측부에 하나 이상의 드릴링 그리드를 고정시키는 단계;

- 각 드릴링 그리드에 맞도록 설계된 드릴링 공구를 이용하여, 겹침 구역의 상기 제1 측부로부터 상기 겹침 구역을 통해 상기 구멍들을 드릴링하는 단계로서, 각 구멍은 압력을 가하기 위한 적어도 하나의 제2 장치에 가깝게 만들어지는, 단계;

- 임시적 고정용 구성요소들을 제 위치에 배치시키는 단계로서, 그 각각은 상기 겹침 구역 내에 만들어진 상기 구멍들 중의 하나 뿐만 아니라 드릴링 그리드에 만들어진 그와 관련된 중심잡기 구멍을 관통하는, 단계;

- 각 드릴링 그리드와 상기 임시적 고정용 수단을 제거하는 단계;

- 압력을 가하기 위한 제2 장치 각각을 제거하는 단계;

- 상기 고정용 구성요소들을 그들 각각의 구멍 내 제 위치에 배치시키는 단계로서, 이 제 위치에 배치시키는 것은 상기 두 개의 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 단계 중에 달성되는 상기 세트 상대 위치를 유지하면서 이루어지는, 단계; 및

- 보조적인 고정용 구성요소들을 상기 조립 구멍들 내에 제 위치에 끼우는 단계.

대안적으로는, 본 발명의 구현을 위한 두 번째 바람직한 선택에 따르면, 그 방법은 하기의 연속적인 단계들을 포함한다:

- 상기 두 개의 조립체들을 세트 상대 위치로 가져오도록 의도하여 그 두 개의 조립체들을 미리 기준 위치 선정하는 단계로서, 이렇게 위치 선정된 상기 두 개의 조립체들은 함께 상기 겹침 구역을 형성하게 되는 단계;

- 후속하는 드릴링 그리드의 고정을 위하여 상기 겹침 구역을 통해 조립 구멍들을 드릴링하는 단계;

- 상기 조립 구멍들에서 패널들을 청결화 및 디버링(de-burring)하기 위하여 두 개의 조립체들을 분리하는 단계;

- 상기 두 개의 조립체들을 다시 세트 상대 위치로 가져오도록 의도하여 그 두 개의 조립체들을 상기와 같이 기준 위치 선정하여 상기 구멍들의 드릴링이 수행되는 것을 가능하게 하는 단계로서, 이렇게 위치 선정되어 함께 상기 겹침 구역을 형성하는 상기 두 개의 조립체들은 그 구역의 상기 두 개의 패널들 사이에 개재 밀봉재의 층을 구비하는, 단계;

- 압력을 가하기 위한 하나 이상의 제2 장치를 제1 측부의 반대측에 있는 상기 겹침 구역의 제2 측부의 제 위치에 배치시키는 단계;

- 상기 조립 구멍들에 맞는 임시적 고정 수단을 이용하여, 상기 겹침 구역의 제1 측부에 하나 이상의 드릴링 그리드를 고정시키는 단계;

- 각 드릴링 그리드에 맞도록 설계된 드릴링 공구를 이용하여 겹침 구역의 상기 제1 측부로부터 상기 겹침 구역을 통하도록 상기 구멍들을 드릴링하는 단계로서, 각 구멍은 압력을 가하기 위한 적어도 하나의 제2 장치에 가깝게 만들어지는 단계;

- 겹침 구역 내에 만들어진 상기 구멍들 중의 하나뿐만 아니라, 드릴링 그리드 내에 만들어진 그와 관련된 중심잡기 구멍을 각각 관통하는 임시적 고정용 구성요소들을 제 위치에 배치시키는 단계;

- 각각의 드릴링 그리드 및 상기 임시적 고정 수단을 제거하는 단계;

- 압력을 가하기 위한 각각의 제2 장치를 제거하는 단계;

- 상기 고정용 구성요소들을 그들 각각의 구멍들 내의 제 위치에 배치시키는 단계로서, 이 제 위치에 배치시키는 단계는 상기 두 개의 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 상기 단계 중에 달성되는 상기 세트 상대 위치를 유지하면서 수행되는, 단계; 및

- 보조적인 고정용 구성요소들을 상기 조립 구멍들 내에 제 위치에 끼우는 단계.

구현을 위한 이 두 번째의 바람직한 선택에 있어서는, 고정용 구성요소들을 수용하도록 의도된 구멍들의 드릴링이 수행되기 전에 조립체들의 분리가 이루어지므로, 구현을 위한 첫 번째의 바람직한 선택에서 채택된 것과 같이, 클램핑 장치로 알려진 압력을 가하기 위한 제1 장치를 조립/분해할 필요가 없으므로, 조립된 조립체들의 분리 후에 만들어지는 조립 구멍들에서 패널들의 청결화 및 디버어링이 포함됨에도 불구하고, 사이클 시간이 저감될 수 있다.

바람직하게는 고정용 구성요소들이 리벳들 또는 잠금 볼트들이다. 참고적으로, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 바와 같이, 잠금 볼트 형태의 고정용 구성요소는 특히 특허 US 3 203 300 로부터 알려진 것이 있다. 그러나, 잠금 볼트는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서, 링에 의한 압축 및 샤프트의 수축에 의한 팽창의 원리를 유지하면서, 임의의 다른 형태를 취할 수 있다.

위에서 기술된 바와 같이, 그리고 바람직한 방식에 따르면, 본 방법은 항공기의 전방 지점 또는 후방 단부에서의 동체의 부분들을 이루는 항공기 동체 조립체들을 조립하는데에 적용되는데, 여기에서 동체의 형상은 이중 굴곡을 나타낸다.

따라서, 본 방법은 고정용 구성요소들이 함께 소위 궤도형 시임부를 형성하도록 구현되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 장점 및 특징은, 하기의 비제한적인 상세한 설명에서 드러날 것이다.

첨부된 도면들을 참조로 하여 설명할 것인데, 도 1 내지 도 14 는 본 발명에 따른 조립 과정의 구현예의 바람직한 일 형태를 도시한다.

먼저 도 1 을 참조하면 두 개의 조립체들(1a, 1b)이 도시되어 있는데, 이들은 본 발명의 바람직한 구현 수단에 따른 방법의 구현에 의하여 그리고 리벳을 이용하는 소위 궤도형 시임부들에 의항 조립되도록 설계된 것인바, 이하에서 자세히 설명한다. 여기에서 두 개의 조립체들(1a, 1b)은 바람직하게는 항공기의 전방 지 점 또는 후방 단부에 위치된 항공기 동체의 두 개의 횡방향의 고리형 섹션들을 각각 형성하는 것으로서, 그 동체의 형상은 이중 굴곡을 갖는다.

구현을 위한 바람직한 선택에 있어서, 그 방법은 도 1 에 도시된 바와 같이 두 조립체들(1a, 1b)의 기준 위치 선정(reference positioning)으로 시작되는데, 이것은 여기에서 기준좌표(X, Y, Z)에 의해 표시되는 항공기의 기준좌표계(reference system)에서의 세트 상대 위치로 두 조립체들을 함께 위치시키도록 의도된 것이다. 기준 위치 선정은 겹침 구역(4)의 형성으로 이어지도록 이루어지는바, 그 겹침 구역은 두 개의 패널들(6, 8)에 의하여 형성되는 연접 구역으로도 알려져 있으며, 그 패널들은 적어도 중첩되고 또한 두 조립체들(1a, 1b)에 각각 속하는 것이다. 자연히, 연접 구역(4)은 궤도형 리벳 시임(orbital rivet seam)을 받도록 설계되는바, 이것은 아래에서 명확히 설명될 것이다. 이것은 이 두 조립체들(1a, 1b)의 기준 위치 선정에 뒤이어, 얻어진 겹침 구역(여기에는 두 개의 패널들(6, 8) 사이에서 발견되는 내부 밀봉재의 층이 있음)이 시임을 위한 다양한 리벳을 수용하도록 의도된 구멍들을 드릴링하기 위한 적절한 구성형태에 있다는 것을 의미한다. 참고적으로, 내부 밀봉재 또는 밀봉용 화합물은 두 조립체들(1a, 1b)의 기준 위치 선정 전에 두 개의 패널들(6, 8) 각각에 위치되이 바람직한 것으로 고찰된다.

도 2 에 표시된 다음 단계는, 겹침 구역의 제1 측부(14)에서 겹침 구역(4)에 압력을 가하기 위하여 수 개의 제1 장치(10)들을 제 위치에 놓고, 제1 측부의 반대측에서 겹침 구역의 제2 측부(16)에 압력을 가하기 위하여 수 개의 제2 장치(12)들 을 제 위치에 놓는 것에 관련된다. 참고적으로, 제1 측부(14)는 항공기 동체의 외측부를 형성하고 제2 측부(16)는 내측부를 형성할 수 있다.

이로써, 도 2 에 도시된 바와 같이, 클램핑 장치로도 불리고 예를 들어 600 N 과 1200 N 사이인 상당한 클램핑 힘(clamping force)을 두 개의 패널들(6, 8) 사이에 함께 제공하도록 설계된 이 장치들(10, 12)이, 겹침 구역(4)의 길이를 따라서 분포된다.

바람직하게는, 도 3 에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 압력을 가하기 위한 장치들이 흡착 패드(suction pad) 형태인바, 그것은 패널(6)에 대해 놓여진 제1 흡착 패드(18) 및 패널(8)에 대해 놓여진 제2 흡착 패드(20)를 포함하는데, 여기에서 이 흡착 패드들은 연접 바아(22)에 의해 함께 견고히 연결되며, 연접 바아를 통하여는 겹침 구역(4)에 안착되는 압력 스크류(pressure screw; 24)가 통과하는데, 연접 바아는 압력 스크류에 대해 사실상 직각을 이루도록 국부적으로 배치된다. 당연히, 흡착 패드들(18, 20)은, 압력 스크류(24)가 죄여진 때에도 패널들(6, 8)에 대한 부착을 보장하는 진공을 발생시키는 수단(미도시)에 연결되어 있다.

이 점에 있어서, 압력 스크류(24)는 구역(4)의 두 부분들 간에 국부적으로 압력이 작용하는 것을 가능하게 하고, 따라서 패널들(6, 8)을 모아 가져오는데, 이것의 결과는 차갑고 아직 폴리머화되지 않은 개재 밀봉재(interposition sealant)로 하여금 흐르게 하는 것이며, 따라서 바람직하게는 알루미늄 합금으로 만들어지고 내부 밀봉재로 코팅된 두 개의 패널들 사이에 금속-금속 접촉이 얻어진다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 겹침 구역(4)은 조립 구멍들을 얻기 위하여 스크 류(24)들에 가까이에서 드릴링될 수 있는데, 이 때 인터페이스부에서 버어(burr) 가 형성되는 것, 또는 밀봉재의 층 내로 절삭 지스러기 또는 오일이 유입되는 것이 방지될 수 있다.

가해지는 클램핑 압력은 스크류(24)에서의 죄임 토크에 의해 통제되는데, 그것은 토크-해제(torque-release)의 동력화된 스크류드라이버에 의해 죄여진다. 통상적으로, 인가되는 국부적 클램핑 힘은 이상적으로 대략 600 N 인데, 이것은 0.48 Nm 정도의 압력을 인가하기 위한, 장치의 스크류에 대한 죄임 토크에 대응된다. 조립될 조립체들을 변형시킬 위험없이 그리고 버어링 위험의 과도한 증가없이 400 N 과 1200 N 사이의 압력 힘이 인가될 수 있다. 이와 같은 상당히 넓은 폭의 범위는, 죄임 토크, 및 죄임 토크와 인터페이스부에서의 유효 압력 간의 비율의 통제에 있어서의 부정확성이 흡수되는 것을 가능하게 한다는 점에 유의한다.

도 3 에 도시된 장치(10)의 몇 가지 변형예들이 고찰될 수 있는데, 특히 동체의 내측부(16)에 맞도록 의도된 압력 인가 장치(12)가 고찰된다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 실제에 있어서 하나 또는 둘 다의 흡착 패드들이 소위 프레스 단부들(26, 28)에 의해 교체될 수 있는데, 여기에서도 프레스 단부들은 연접 바아(22)에 의해 견고히 링크연결되는데, 연접 바아(22)를 통해서는 겹침 구역(4)에 안착하는 압력 스크류(24)가 통과하며, 연접 바아는 압력 스크류에 대해 사실상 직각이 되게 국부적으로 배치된다. 각 프레스 단부는, 조립체들(1a, 1b) 중의 하나에 속하는 스티프너(stiffener; 30, 32)에서, 그 병진 움직임이 스크류(24)의 죄임 방향에 반대인 방향으로 부동화(immobilise)되는 것을 가능하게 하는 적합한 형상을 갖 는다. 참고적으로, 흡착 패드를 이용한 공구이용과 비교할 때, 도 4 에서의 클램프 공구 이용은 시간의 경과에 있어서 보다 신뢰성이 있으며 무엇보다도 소음이 적은데, 흡착 패드 공구 이용의 신뢰성 결여는 시일링 립(sealing lip)의 점진적인 마모에 본질적으로 기인하고, 그 소음은 벤츄리 형태의 배출 장비(evacuation equipment)로부터 오는 것이다. 흡착 패드 장치들에 관련된 클램프 장치의 주된 장점은, 흡착 패드의 교정 작업에 필요한 압축 공기의 원천의 억제에 기인한다.

당연히, 본 발명의 내용을 벗어나지 않고서, 하나의 프레스 형태 단부와 흡착 컵(suction-cup) 형태의 다른 단부를 얻기 위하여 이 장치들을 조합하는 것도 가능하다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 장치들(10, 12)은 구역(4)의 양 측부에서 두 개씩 대면하도록 배치될 수 있다.

그 다음에 그 방법은, 앞서 언급된 조립 구멍들을 드릴링 공구로 겹침 구역(4)을 통하도록 형성함에 의하여 이어진다. 도 5 에 도시된 이 조립 구멍(32)들은 후속하는 드릴링 그리드의 고정을 위하여 의도된 것으로서, 각 조립 구멍(32)은 압력을 인가하기 위한 적어도 하나의 제1 장치(10) 및 압력을 인가하기 위한 적어도 하나의 제2 장치(12)에 가깝게 만들어지는데, 이것은 패널들(6, 8) 간에 실질적인 압력의 적용과 관련하여 위에서 설명된 긍정적인 효과들을 얻기 위한 것이다.

겹침 구역(4)에 드릴링 그리드들이 장착되기 전에, 동체의 외측부(14)에 위치된 압력을 인가하기 위한 제1 장치(10)들은 제거된다.

본 설명의 남은 부분에서 분명히 이해될 것인 바와 같이, 조립체들(1a, 1b) 의 연접을 위해 설계된 고정용 구성요소들의 위치들에서의 구멍들을 후속하여 드릴링하는 것은 드릴링 그리드(34)들을 이용하여 실제로 수행되며, 이것은 이와 같은 방식으로 생성된 구멍들이 정확히 위치되는 것을 가능하게 한다는 점에 유의한다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 이 드릴링 그리드(34)들은 특수 클립(36)들과 같은 임시적 고정 장치에 의해서 제1 측부(14)의 구역(4)에 고정되는데, 그 특수 클립 각각은 이를 위하여 미리 만들어진 조립 구멍(32)과 그리드에 있는 구멍을 통해 동시에 통과한다. 그러한 클립들의 배경이 되는 일반 원리는, 예를 들어 특허 EP 0 336 808 에 설명되어 있는데, 그것은 참조로서 여기에 포함된다. 그러므로, 이 특수 클립(36)들은 그리드에 있는 구멍에 자신이 고정되고 그리드를 조립 구멍(32)들에 대해 위치시키는 특별한 특징을 가짐으로써 저감된 높이를 제공하는데, 그 저감된 높이는 "동심 콜릿(concentric collet)" 형태의 압력 발부(pressure foot)를 구비한 드릴링 공구가, 그 클립에 의해 점유되는 구멍들에 인접한 구멍에 설치되는 것을 가능하게 한다.

그러므로, 도 6 에 도시된 그리드(34)들은 클립(36)들에 의하여 연속적으로 배치되고 또한 만들어질 시임을 따라서 함께 연접되는 것이 바람직한데, 그 클립들은 겹침 구역(4)에 대한 그 그리드들의 위치 선정 및 유지를 보장하며, 또한 조립체 인터페이스부에 낮은 접촉 압력을 인가한다.

바람직한 방식에 있어서는, 바람직하게는 알루미늄 또는 알루미늄 합금들 중의 한가지로 만들어진 드릴링 그리드(34)들은 다음의 세가지 개별적 기능들을 수행한다:

- 도 6 에 도시된 바와 같이 그리드(34)들에 만들어진, 관련된 중심잡기용 구멍(38)들 각각에 연속적으로 드릴링 공구를 중심잡는 것으로부터 귀결되는 것으로서, 동체에 구멍들을 바르게 위치시킴,

- 드릴링 작업 중에 드릴링 공구가 회전 및 병진의 움직임을 하지 못하도록 부동화시킴,

- 본 발명의 특별한 특징들 중의 하나를 형성하는 것으로서, 드릴링 중에 인터페이스부에 압력을 제공하는 반작용 요소의 형성.

아래에서 설명되는 바와 같이, 이 기능들 모두를 수행하기 위해서는, 드릴링 구멍들이 그들이 형성되는 재료의 선택은 물론, 크기의 관점에서도 세트 구조적 특징(set structural characteristics)을 갖는다.

그 다음에 겹침 구역(4)을 통하여 구멍들을 드릴링하는 단계가 겹침 구역(4)의 제1 측부(14)로부터 수행되는데, 이것은 각 드릴링 그리드(34)에 연속적으로 맞도록 설계된 드릴링 공구를 이용하여 수행되며, 여기에서 각 구멍은, 이 단계를 위해 제 위치에 유지되고 압력을 인가하는 적어도 하나의 제2 장치(12)에 가깝게 만들어진다.

참고적으로, 여기에서의 드릴링은 드릴링 및 카운터싱킹(countersinking)을 포함하는 것이 바람직한데, 이것은 바람직하게도 하기의 제약들에 대한 해결책을 제공한다:

- 동체에 구멍들을 위치선정하는 것의 정밀도,

- 죄여질 고정용 구성요소의 억지끼움 맞춤(interference fit)을 보장할, 드 릴링된 직경의 정밀도,

- 외부 동체에 대한 튀어나옴 또는 함몰이 없도록 하는 고정용 구성요소의 헤드의 동등높이 맞춤(flush-fitting)을 보장할, 카운터싱크의 깊이의 정밀도,

- 인터페이스부에 버어링이 생성되지 않음, 및

- 내부 밀봉재가 제공된 인터페이스부에 절삭 지스러기와 절삭 오일이 유입되지 않음.

이 점에서, 드릴링 그리드(34)들에 의해서 구멍들의 정확한 위치 선정이 보장된다. 드릴링의 시간에 패널들 사이의 인터페이스부 내로 절삭 지스러기 또는 오일이 유입되지 않고 버어링이 없도록 보장하기 위하여는, 드릴링 중에 드릴의 이웃에서 그 패널들을 모으는 경향이 있는 압력을 적용할 것이 도모된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 본 발명에서 채용되는 해결책은 드릴링 중에 드릴에 대해 동심인 방식으로 압력이 인가되는 것을 가능하게 하는데, 여기에서 이용되는 수단은 그리드 내의 중심잡기용 구멍 내측에 수용되고, 따라서 공구의 중심잡기에 악영향을 미치지 않는다.

이용되는 드릴링 공구는 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 흔히 친숙한 형태의 것일 수 있는바, 예를 들어 "동심 콜릿 발부를 구비한 P2 드릴(P2 Drill with Concentric Collet Foot)"로서 기술되고 쿠퍼 파워 툴즈 사(Cooper Power Tools organisation)에 의하여 제조되는 것이 있다. 이와 같은 형태의 드릴링 공구는 EP 0 761 351 A 문헌에도 설명되어 있는바, 이것은 참조로서 여기에 포함된다. 이 공구(40)는 도 7 및 도 8 에도 도시되어 있다.

일반적으로, 드릴링 공구(40)는 다음과 같은 사항들을 위하여 본 발명에서 이용되는 것이 유리하다:

- 확장성 중심잡기 링(expanding centring ring)에 의하여 그 공구를 그리드에 위치 및 유지시킴

- 동체에서 만드렐(mandrel)의 단부의 접촉을 통하여 깊이 단부-정지부(depth end-stop)를 형성함, 그리고 여기에서

- 이것은 본 발명에 특별한 특징을 형성하는데, 즉 조립될 패널들의 직접적인 접촉이 있고 또한 이로써 개재 밀봉재가 적용된 인터페이스부 내로 절삭 지스러기가 도입되는 것과 버어의 형성이 방지되는 것을 보장하기 위하여, 만드렐을 이용하여 드릴링에 동심을 이루는 동체 상에서의 접촉 압력을 발생시킨다.

처음 두 개의 기능들은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 알려진 것이다. 인터페이스부 압력의 적용에 관한 세 번째의 것은, 바람직하게는 압력 적용을 위한 장치(12)에 의해 발생되는 인터페이스부 압력과 관련하여 드릴링 그리드(34)들에 부과되는 특수한 조건 하에서 드릴링 공구(40)의 특수한 작업 원리로부터 얻어지는 결과이다.

도 7 및 도 8 을 참조하면, 전체적으로 드릴링 공구(40)는 지지 만드렐(support mandrel; 51)로서 연장되는 몸체(42)로 만들어진 것으로 보일 수 있는데, 지지 만드렐의 단부(50)는 드릴링 중에 겹침 구역(4)과 접촉하도록 설계된다. 드릴(미도시)은 동체 내에 구멍을 드릴링하는 중에 지지 만드렐(51)에 대해 동심적으로 그리고 내측에서 움직이도록 설계된다.

공구(40)의 전방 부분에서, 만드렐(51)은 압력 발부(52)에 단단히 부착되고, 압력 발부 자체는 샤프트(57) 또는 상측 샤프트에 단단히 부착된다. 또한 드릴링 그리드(34)의 중심잡기 구멍(38) 내로 도입되도록 설계된 확장 링(expanding ring; 56)은 도 8 에 도시된 원추형 접촉 표면(conical contact surface; 53)을 따라서 만드렐(51)에 장착된다. 이 원추형 접촉 표면(53)은, 만드렐의 단부(50)에 가까워짐에 따라서 좁아지도록 설계된 것으로서, 원추형 접촉 표면(48)의 중심축을 따라서 만드릴(51)과 링(56) 간에 상대적인 움직임이 적용되는 중에 그 링의 확장이 일어나는 것을 가능하게 함으로써 관련된 중심잡기 구멍(38) 내에서 부동화되는 것으로 귀결되도록 한다. 보다 구체적으로는, 차후에 설명될 것인 바와 같이, 확장 링(56)과 만드렐(51) 간에 상대적인 움직임이 이루어져서, 관련된 중심잡기 구멍(38) 내에서의 확장 링(56)의 부동화에 뒤이어서, 겹침 구역(4)에 대해 지지되는 만드렐(51)의 움직임이 관련 중심잡기 구멍(centring hole)을 통하여 그리고 겹침 구역의 방향으로 원추형 접촉 표면(48)의 중심축을 따라서 발생되어, 겹침 구역에 압력을 작용시킨다.

이와 같은 상대적인 움직임을 이루기 위하여, 공구(40)는 몸체(42)에 단단히 고정된 액츄에이터 피스톤(actuator piston; 54)을 포함하는데, 그것의 단부(46)는 샤프트(47) 또는 하측 샤프트를 통하여 한 쌍의 로드(rod; 55)들로 연결되고, 더 정확하게는 이 로드(55)들의 하측 단부에 연결되는데, 그 로드들의 상측 단부들은 앞서 언급된 상측 샤프트(57)에 관절식으로 연결된다. 또한 평행 샤프트들(47, 57) 사이에서는, 공구(40)가, 확장 링(56)에 단단히 고정된 중간 샤프트 또는 이중 중간 샤프트(58)들을 구비하는데, 여기에서 이 샤프트(58)는 압력 발부(52)에 만들어진 구멍(45)들을 통해 지나간다.

따라서, 이 공구(40)는, 액츄에이터 피스톤(54)이 도 7 에서의 화살표(43)의 방향으로 작동되는 때에 이것의 효과가 로드(55)들의 하측 단부의 변위를 화살표(43)의 방향과 동일한 방향으로 적용하는 것으로 되도록 설계된다. 액츄에이터 피스톤(54)에 의해 유발되는 로드(55)들의 그러한 움직임은 사실상 링(56)과 만드렐(51) 간의 상대적 변위를 생성시키는데, 그 상대적 변위는, 원추형 표면(53)을 따르는 접촉 때문에, 링(56)의 확장을 낳는다. 보다 정확하게는, 현존하는 기술에서 기술되는 바에 따르면 그 작동 원리에 있어서는, 액츄에이터 피스톤(54)의 작동이 만드렐이 구역(4)에 대해 부동식으로 지지되어 남아 있는 채로 링(56)의 후방을 향한 움직임을 발생시키는바, 즉 샤프트(57)가 피봇으로서 작용하고, 샤프트(58)가 조립되는 패널들을 향해 가는 방향에 대한 반대 방향, 즉 화살표(43)을 따르는 방향으로 움직이며, 이 움직임은 이를 위하여 제공되는 압력 발부 내의 구멍(45)들을 통해 이루어진다. 따라서 이 경우에서는, 링이 내부에 놓여지는 중심잡기 구멍에 대해 상대적인 움직임을 확장에 의하여 동시적으로 겪는 것은 링(56)이고, 만드렐이 아닌데, 만드렐은 동일한 중심잡기 구멍에 대해 고정된 관계로 유지된다. 현존하는 기술을 여전히 참고하면, 그 상대적인 움직임은, 그 공구가 문제의 중심잡기 구멍이 구비된 그리드에 대해 상대적인 회전 또는 병진의 움직임을 겪는 것을 중단시키기에 충분하게 링이 확장된 때에 멈춘다.

본 발명에 따른 방법에서는 대조적으로, 링(56)과 만드릴(51) 간에 적용되는 상대적 움직임이, 겹침 구역의 방향에 반대인 방향으로 링(56)이 움직이도록 하는 것이 아니라, 본질적으로 겹침 구역(4)의 방향으로의 만드렐의 움직임으로 귀결되도록 구성되는데, 다만 링(56)이 겹침 구역의 방향에 반대인 방향으로 움직이는 것은 드릴링 그리드(34)의 중심잡기 구멍(38) 내에서 링(56)의 진정한 부동화가 이루어지는 지점까지는 관찰될 수 있다. 이 점에 있어서, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 특히 중심잡기 구멍(38)와 확장(56)의 공칭 직경(nominal diameter)의 적절한 치수선택에 의하여, 그러한 작업을 수행하도록 문제의 다양한 구성요소들의 설계를 당연히 채택할 수 있을 것이다. 액츄에이터 피스톤이 중심잡기 구멍(38) 내로 도입된 직후 그리고 액츄에이터 피스톤(54)의 작업 전의 공구(40)를 도시하는 도 8 에 도시된 바와 같이, 예를 들어 0.5 mm 미만이고 바람직하게는 0.3 mm 정도인, 중심잡기 구멍(38)과 링(56) 사이의 작은 초기 유격(initial play)은, 상대적인 움직임의 적용 시작 후에 매우 신속하게 그 동일한 드릴링 구멍 내에서 링의 부동화가 용이하게 이루어지는 것을 가능하게 하는데, 그럼에도 불구하고 이 유격은 드릴링 전에 확장 링이 중심잡기 구멍 내로 쉽게 도입되는 것을 보장하기에 충분하다. 이 점에 있어서, 드릴링 그리드(38) 내의 중심잡기 구멍(34)들을 위한 공차(H7)의 적용은 상기 바람직한 효과를 달성함에 있어서 효과적인 것으로 증명될 수 있는 것으로 관찰되었다.

나아가, 확장 링(56)과 지지 만드렐(51) 간의 상대적 움직임은, 관련된 중심잡기 구멍(38)을 통한 겹침 구역(4) 안으로의 만드렐의 움직임을 유발하도록 이루어지는 것이 바람직한데, 상기 겹침 구역 안으로의 만드렐의 움직임은 도 9 에 도시되고 조건 (x2) > 0.9(x)를 충족시키는 거리(x2)에 걸쳐서 이루어지며, 여기에서 (x)(미도시)는 상기 겹침 구역(4) 안으로의 만드렐(51)의 움직임 중에 있어서의 상기 확장 링(56)과 만드렐(51) 간의 상대적 움직임의 전체 거리이다. 앞서 언급된 관계는, 중심잡기 구멍(38)을 통한 만드렐(51)의 움직임(동일한 중심잡기 구멍(38)을 통한 반대의 방향으로의 링(56)의 움직임이 아님)을 본질적으로 달성하기 위한 요구를 효과적으로 표현한다.

결과적으로, 현존하는 실무예들과는 대조적으로, 그 상대적인 움직임은 항공기의 X, Y, Z 기준좌표계를 따르는 만드렐(51)의 움직임을 달성하도록 적용되어서, 만드렐을 도 9 에 도시된 바와 같이 압력이 적용되는 구역(4)의 부분으로 끌고가는데, 여기에서 링(56)은 동일한 기준좌표계에서 효과적으로 부동적으로 유지된다.

실제에 있어서, 샤프트(58)가 항공기의 X, Y, Z 기준좌표계에서 부동화된 채 유지됨으로써 피봇으로서 작용하고, 샤프트(57)가 화살표(43)의 방향에 대해 반대인 겹침 구역(4)을 향하는 방향으로 움직이는 것으로 관찰되었다.

그러한 상황은, 추구되는 특정의 작업을 통하여, 다음과 같은 사항들을 보장하기에 충분할 수 있는 압력을 적용하는 힘을 드릴링에 인접한 구역에 적용할 수 있다는 장점을 갖는다:

- 밀봉재는, 구역(4)에 있는 두 개의 패널들 간에 금속-금속 접촉이 있도록 보장하기 위하여, 동체 내의 구멍의 바로 이웃한 곳에서 유동한다;

- 인터페이스부에서의 절삭 지스러기 및 절삭 오일의 도입이 방지된다.

- 인터페이스부의 드릴링 입구 및 출구 지점에서의 버어링 형성이 방지된다.

이제, 동체 내의 오리피스의 드릴링 중에 공구(40)의 만드렐(51)에 의해 가 해지는 접촉 압력이 다양한 파라미터(parameter)들의 함수로서 제어될 수 있다는 것이 보여질 것이다.

만드렐(51)과 링(56) 사이의 원추형 접촉 표면(53)에서, 만드렐은 이 두 개의 구성요소들의 상대적 변위에 비례하고 접촉 표면에 직각인 압력으로 링에 힘을 가할 것이다. 또한, 그 접촉 표면은 상대적 변위에 반대하는 경향이 있는 각도(

)에서의 마찰을 겪는다.

드릴링 그리드(34) 내에서 구멍(38)이 확장되는 중에는, 링(56)이 반경방향의 압력(P₅₆)을 겪는데, 그 압력은 만드렐(51)과 링(56) 간의 상대적 변위에 비례한다. 이 변위가 Δx 라면, 결과적인 압력 증가(ΔP₅₆)는:

인데,

여기에서 K 는 존재하는 구성요소들의 탄성의 함수인 상수이고, S 는 그리드(34)의 구멍(38)과 링(56) 간의 표면 접촉 면적이다.

가 구멍(38)과 링(56) 간의 인터페이스부에서의 마찰계수라면, F₅₆ 은 구멍 안에 있는 링(56)에 대한 마찰력의 축방향 합력인바:

이다.

먼저, 만드렐에 맞서는 겹침 구역(4)으로부터의 반작용이 없는 제1 상황이 고려되는데, 여기에서는 공구가 장애물을 대면하지 않고서 드릴링 그리드(34) 내에 중심맞춰지고 부동화된다. 링(56)은 유격이 없거나 실질적으로 없는 상태로 그리 드(3) 내의 구멍 안으로 도입된다. 이와 같은 조건하에서, 액츄에이터 피스톤(54)이 작동되면, 두 개의 운동학적 작용이 발생한다. 제1 운동 시퀀스(first kinematic sequence)에 있어서는, 가장 유력한 것으로서 요망되는 효과에 대응하는 것인데, 샤프트(58)가 항공기의 기준좌표계 X, Y, Z에서 부동화되고 피봇으로서 작용한다. 첫 번째 것에 대비되는 제2 운동 시퀀스에서는, 링(56)이 구역(4)의 방향에 반대인 방향에서 그리드(34)에 대해 움직이기 때문에, 항공기의 기준좌표계 X, Y, Z에서 부동화된 채 유지되고 피봇으로서 작용하는 것이 샤프트(57)이다.

액츄에이터 피스톤(54), 샤프트(57), 및 샤프트(58)는 견고한 로드(55)들에 의해 링크연결되기 때문에, 이 두 가지의 운동 시퀀스들에 있어서는 구성요소들(56, 51) 간의 상대 속도 및 변위가 동일하다.

만드렐(51), 링(56), 및 액츄에이터 피스톤(54)에 인가되는 힘들은 이 상대적 변위에 비례하기 때문에, 이들은 두 가지의 운동 시퀀스들에 대하여도 동일하다. 따라서 가장 유력한 운동 시퀀스는 최소량의 에너지의 소산(dissipation)으로 이어지는 것이다. 이 점에 관하여, 액츄에이터 피스톤(54)에 의하여 제공되는 에너지는 다음과 같이 분배된다:

- 제1 운동 시퀀스에 관하여는, 구성요소들(51, 56) 간의 원추형 표면(53)에서의 마찰, 확장에 뒤이은 다양한 구성요소들(그리드(34), 링(56), 만드렐(51))의 반경방향으로의 탄성 변형, 및 관절화된 링크들에서의 마찰에서 분배되고;

- 제2 운동 시퀀스에 관하여는, 위에서 언급된바와 동일한 소산의 근원들에서 분배되는데, 이것은 그들이 동일한 강도를 갖기 때문이며, 여기에 링(56)과 중 심잡기 구멍(38) 간의 마찰이 더해진다.

에너지의 관점에 있어서, 그러므로 제1 운동 시퀀스가 보다 바람직하고, 따라서 본 방법의 구현 중에 실제로 관찰될 것은 이것이다. 그러므로, 일단 위치선정 그리드(34)의 중심잡기 구멍(38)과 링(56) 간에 접촉이 있으면, 링(56)이 그리드에 대해 부동화된 채 유지되고, 액츄에이터 피스톤(54)의 작용은 만드렐(51)의 "빠져나옴(extraction)"으로 이어진다.

또한, 위에 기재된 바와 같이 만드렐의 전방에 장애물이 없는 제1 운동 시퀀스의 경우를 상정하면, 액츄에이터 피스톤(54)의 작동으로 인하여 만드렐(51)이 그리드(34)에 대해서 구역(4)의 방향으로 축(48)을 따라서 이동하게 되는데, 이 이동은 그 액츄에이터 피스톤에 가해지는 힘이 만드렐(51)에서의 링(56)으로부터의 반작용력과 동등할 때까지 이루어지며, 따라서 이 힘은 F₅₁로 호칭된다.

이 상태 전에서 액츄에이터 피스톤(54)이 드릴링 축에 대응되는 축(48)을 따르는 그 이동의 끝에 도달하지 않았다는 조건에서, 그 평형 상황에서 만드렐(51)을 고립시킴에 의하여, 만드렐(51)은 두 개의 힘들의 영향을 받으며 평형을 이루며, 따라서 그 힘들은 강도가 동일하고 방향이 반대인바, 즉 그 힘들은:

- F₅₄ + F₅₇ (각각 액츄에이터 피스톤(54)에 의하여 그리고 샤프트(57)에 의하여 가해지는 힘들임); 및

- F₅₁ (만드렐(51)에 대한 링(56)의 반력)이다.

각 로드(55)는 도 10 에 도시된 바와 같이, 세 개의 평행한 힘들(F₅₄, F₅₇, 및 F₅₈)의 영향 하에서 평형을 이룬다. 이것으로부터 다음과 같은 것이 유추될 수 있다:

-

, 여기에서 길이들(L1, L2)은 각각 샤프트(47) 및 샤프트(58) 사이의 거리, 및 샤프트(58) 및 샤프트(57) 사이의 거리에 대응되고;

-

, 여기에서 F₅₄ ^MAX 는 액츄에이터 피스톤(54)에 의해 가해지는 최대 힘이다.

이 힘은, 도 10 에 개략적으로 도시되어 있고, 그리드(34) 내의 구멍(38)과 링(56) 간의 접촉으로부터 시작하는 초기 위치로부터 축(46)을 따라 거리(x₁)만큼의 만드렐(51)의 변위에 대해 얻어진 것이라는 점에 유의한다.

앞서 기술된 바와 같이 힘(F₅₁)은 구성요소들(56, 51) 간의 상대적 변위에 비례하고, 그러므로 변위(x₁)에 대해 비례하는바, 즉 F₅₁ = C₅₁x₁ 인데, 여기에서 C₅₁ 은 그 비례성을 나타내는 강성 계수(stiffness coefficient)이다.

이제 다른 구성형태를 상정하여 보는데, 여기에서는 장애물(이 경우에 있어서는 겹침 구역(4))이, 액츄에이터 피스톤(54)이 작동되는 때의 그리드에 대한 초기 위치에서 만드렐(51)에 맞서 위치되며, 만드렐(51)은 축(46)을 따라서 고려되는 평형 위치(x₂)에 도달할 때까지 움직일 것인데, 위치는 아래와 같이 된다:

- x₂ < x₁, 그리고

-

이것으로부터, 동체에 대한 추진력(thrust force)/압력힘(pressure force)에 상응하는 반력(R)이 아래와 같이 도출될 수 있다:

-

-즉,

그러므로, 특히 드릴링 그리드(34)의 중심잡기 구멍(38) 내에서의 확장되지 않은 링(56)의 공칭 위치(nominal position)를 겹침 구역(4)과 그리드(34) 사이의 거리에서 주의깊게 조정하여 선택하고, 액츄에이터 피스톤(54)의 능력(capacity)을 선택하고, (가능하다면) 제어할 로드(55)들에서의 레버 아암(lever arm)의 비율을 주어진 범위 내에서 적절히 선택함으로써, 한편으로는 조립체 인터페이스부에서의 패널들 간의 금속-금속 접촉을 달성하는데에 필요한 이동을 달성하고, 다른 한편으로는 가해질 압력 힘을 달성하는 것이 가능하다. 그 조정들은 예를 들어서 연속적인 시도들을 통하여 이루어질 수 있다.

참고적으로, 일단 이 평형 위치가 도달되면, 그 힘은 겹침 구역(4)에 가해진 채 유지되고, 탄성 반력의 작용을 받는 만드렐(51)의 후퇴는 링(56)의 원추형 표면 과 만드렐(51)의 원추형 표면 사이에 존재하는 마찰력에 의하여 방지되는데, 이것은 대응하는 반력이 부착 원추(adhesion)의 외측으로 가지 않는 R 이 있다는 것을 전제로 한다.

따라서, 액츄에이터 피스톤(54)의 해제 후에 만드렐(51)은 하기의 두 개의 힘들의 영향 하에서 축(46)을 따라 평형 상태에 있다:

- R, 및

- R 에 대응하는 반력으로서, 이것은:

이다.

<< τ >> 는 주어진 위치 x₂에 있어서의 비율

임에 유의한다. 그러므로, Rmax 는 다음과 같이 정의될 수 있다:

-

-즉,

.

<< τ >> 는 반경방향의 압력이 tan(α)에 비례한다고 추정함으로써 계산되는데, 여기에서 α 는 접촉 표면(53)의 원추의 절반 각도이다. 동체의 탄성 작용의 작용 하에서 만드렐(51)의 <<배출(ejection)>>에 반대하는 마찰력은 링(56) 내 에서의 만드렐(51)의 미끄러짐에 반대하는 마찰력에 관해 역의 관계에 있는바, 따라서 F₅₁ 에 관하여는 tan(

+α) 대신에 tan(

-α)로 표현되었다.

위에 기술된 바와 같은 << 동심 콜릿 >> 형태의 공구(40)의 바람직한 경우에 있어서는, (L1/L2)≒5, α=2,5°,

=8°이다. 따라서 (1/τ)=0,45 인데, 이로부터 잠재적으로 Rmax ≒ 4F₅₄ ^MAX 이다.

즉, (x₂/x₁)=(1/3)인데, 이것은 만드렐(51)의 단부(50) 및 동체의 겹침 구역(4) 간의 높은 접촉 강성(contact stiffness)을 취한다.

실제에서, 이동 값들은 이와 같은 방식으로 추측하여(a priori) 조정되지 않고, 접촉 강성은 그러한 조건을 달성하기에 충분하지 않다. 보다 일반적으로는, R ≒ F₅₄ ^MAX 인 것으로 관찰된다. 그러므로 모든 경우들에 있어서, 시스템의 안정성에 관련된 만족스러운 안전 마진(safety margin)이 존재한다.

그 힘에 관하여 실제 관찰되는 값은 만드렐(51)의 동체와의 초기 접촉과 함께 시작하여서 설명되는바, 축(46)을 따른 만드렐의 변위의 초기 효과는 실질적으로 개재 밀봉재가 흐르도록 유발하는 것이다. 힘(R)은 밀봉재의 흐름(flow)과 외부 패널의 국부적 탄성 변형에 기인한 것이다. 이 과정은, 금속-금속 접촉이 수립될 때까지 수 밀리미터 정도의 거리에 걸쳐 계속된다. 이 시점에서, 이 때의 변형은 이중 두께, 즉 패널들(6, 8)과 관련되기 때문에 힘(R)이 보다 급속히 증가하며, 그 힘(R)은 (아직 제 위치에 있는) 동체의 내부 측에 압력을 가하는 장치(12)에 의해서 가까이에서 지지된다. 그러므로 그 비율은 0.8 내지 0.85 정도이다. 이로써, 본 시스템은 드릴링될 두 개의 패널들(6, 8) 사이의 거리 편차의 측면에서 공차 허용성이 높다는 것이 명백하다.

따라서, 드릴링 공구에 의하여 패널들에 압력을 가하기 위하여 공통으로 이용되는 압력 힘은, 존재하는 패널들의 두께에 따라서 쉽게 600 N 과 1200 N 사이이다.

본 발명의 방법을 구현하기 위하여 다른 형태의 드릴링 공구도 채택될 수 있는바, 예를 들어 그리드(34)와 관련된 파라미터들의 조정 및 작동에 관한 원리가 모든 측면들에서 동등하게 되면서도, 로드(55)들 대신에 캠 시스템(cam system)이 이용되거나, 또는 링(56)에 직접적으로 작용하는 액츄에이터 피스톤이 이용되는 변형예가 있을 수 있다.

다시 한번 도 10 을 참조하면, 그리드(34)의 두께는 축(46)을 따르는 링(56)의 길이보다 약간 작게 되는 것이 유리한 것으로 고찰된다. 또한, 구멍에 있는 그리드(34)의 하측면과 동체(4) 사이의 거리(x₀)는, 링이 중심잡기 구멍(38) 내로 도입되는 중에 링(56)의 단부들이 중심잡기 구멍(38)의 양 측부에서 돌출되고, 그 도입은 만드렐(51)의 동체(4)와의 접촉에 의해 멈춰지도록 구성된다. 따라서 그 거리(x₀)는 바람직하게는 다음과 같이 되도록 고정된다:

- 드릴링될 구멍 가까이에서 적절한 압력 힘이 가해질 수 있도록(x₁에 대해 상대적인 거리 x₂ <<부하 없음>>);

- 링(56)의 양 단부들이 중심잡기 구멍(38) 외측에 있도록(거리 x₀).

이들 두 개의 조건들은 동체에 대한 그리드 지지부 발부(grid support feet)의 높이, 즉 클립(36)들의 높이와, 그리드의 위치에서 동체의 형태에 있어서의 공차와 비견되는 그리드(34)의 형태의 제조 공차에 의하여 설정된다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 예를 들어 통상적인 연쇄적인 치수 계산에 의하여 그 공차와 거리를 결정할 수 있을 것이다. 비율 (x₂/x₁)이 주의깊게 선택된다면, 제조 공차는 가능한 크게 될 것이다. 위에 언급된 조건들 하에서, 비율 (x₂/x₁)이 0.85 정도라면, 즉 조건 R ≒ F₅₄ ^MAX 가 확인된다면, 거리 x₀ 에 걸친 공차는 +/- 0.2 mm 이다. 이 조건은 드릴링 그리드(34)의 산업 제조에 있어서 폭넓게 만족스러운 것으로 입증되었다.

그러므로, 드릴링 중에 인터페이스부에서 적당한 압력 조건을 보장하는 것에 관련된 기술적 문제는, 겹침 구역에 있는 인터페이스부에서의 압력 요건과 소위 "동심 콜릿(concentric collet)" 드릴링 공구의 작동 특성에 관련된 드릴링 그리드 특성(재료, 치수 등)의 합리적 선택에 의하여 해결된다. 압력이 400 N 과 1200 N 사이, 그리고 이상적으로는 대략 600 N 이라면, 이 조건들은 다음과 같은 사항에 의하여 달성될 수 있다:

- 중심잡기 오리피스(centring orifice; 38)의 조정, 및 거리(x₀)를 통한 거 리들(x₁, x₂)의 조정;

- 동체(4)에 관련된 드릴링 공구의 "작동 지점"(거리 x₂)의 선택;

- 액츄에이터 피스톤(54)에 의해 전개(develop)되는 힘; 및

- 그리드(34)를 위한 구성요소 재료의 선택 및 바람직하게는 중심잡기 구멍에 있어서의 스틸 스커트(steel skirt)의 부존재.

겹침 구역(4)에 대한 압력의 적용은, 이 구역 자체에 요망되는 구멍을 드릴링하기 조금 전에 자연히 수행되는데, 그 드릴링은 축방식으로 만드렐(51)을 통해 횡단하는 드릴(drill)(미도시)을 이용하여 수행되며, 패널들(6, 8)의 임의의 곳에서 버어링이 형성되는 것을 방지하기 위하여 그 부분은 필요한 압력을 지속적으로 가한다.

보다 정확하게는, 단일의 작업에서 카운터싱킹 드릴을 이용하여 드릴링-카운터싱킹이 수행된다. 동체(4)와 접촉하는 단부(50)를 갖는 만드렐(51)에는 카운터싱크의 깊이 측면에서 정확성을 보장하는 축방향 단부-정지부(end-stop)가 형성된다. 카운터싱크 깊이는, 리벳 헤드(rivet head)의 동등높이-장착(flush-mounting)을 위한 적합한 조건이 보장될 수 있도록 설정된다. 카운터싱크의 깊이의 적합한 조정은, 예를 들어 실험적 시험에 의하여 결정되는데, 그것은 각 리벳의 직경에 대해서, 편평화 후에 그 헤드의 동등높이 장착 조건이 확인되도록 하기에 필요한 카운터싱크의 깊이를 한정한다.

관통을 정지시키는 것, 즉 공구의 진행을 정지시키는 것은, 만드렐(51)에 연 결된 단부-정지부에 의하여 달성되는데, 그 자체는 동체와 접촉한다. 따라서, 카운터싱크의 깊이는 거리들(x₀, x₂)의 변동의 경우에도 보장될 수 있다.

현재의 동체들의 대부분을 차지하는 알루미늄 합금들의 드릴링/보어링(boring)은 윤활없이는 곤란한 작업으로 남아 있다. 여기에서, 내부 밀봉재가 적용된 인터페이스부에 절삭용 유체가 도입되는 것의 위험때문에, 액체 냉각은 회피된다. 이를 위하여, 드릴링이 높은 절삭 속도, 즉 15000 rpm 이상의 속도에서 수행되는 때에는, 공구의 중심부를 통하는 또는 측방향에서의 오일 미세 살포(oil micro-spraying) 하에서 드릴링은 수행되는 것이 바람직하다.

윤활의 양은, 드릴링 및 카운터싱킹 직경들에 맞도록 조정되는 것이 바람직하고, 최대 점도가 400 mm²/sec 인 윤활제를 시간당 3 내지 50 ml 의 간격 내로 고정되는 것이 일반적이다. 이렇게 미세하게 살포된 추가적인 오일은 드릴링 품질을 현격히 향상시키고, 동력이 적게 들게 하며, 따라서 보다 경량급의 드릴링 공구가 이용되는 것이 가능하게 되며 관통력이 저감될 수 있게 한다. 연접부에서의 금속-금속 인터페이스부에 존재하는 충분한 압력으로 인하여 오일 미세 살포를 이용하는 것이 가능하게 되는데, 이것은 소량, 오일의 점도, 및 가능하게는 흡인(소량, 오일의 점도, 및 가능하게는 흡인)과 조합되어서, 개재 밀봉재 내로 오일이 도입될 가능성을 방지한다.

유리하게, 그 기계에는 압력 발부(52)에 흡인 장치(aspiration device)가 구비될 수 있는데, 이것은 절삭 지스러기와 오일 증기를 복귀 유닛을 향해 제거시키 기 위한 것이다. 이와 같은 배출은 동체 외측에 위치된 밀봉재 조인트의 어떠한 오염도 방지한다. 동일한 이유로 인하여, 즉 절삭 지스러기의 용이한 배출을 위하여, 나선형으로 홈이 파인 드릴을 이용하는 것이 바람직하다.

어떤 환경 하에서는, 절삭 지스러기가 구멍을 이탈할 때에 내부 동체 내측에서 던져질 수 있다. 이것은 조립 인터페이스부, 특히 항공기의 바닥 부분에 놓여질 수 있고, 따라서 인터페이스부 내로 도입될 수 있다. 이와 같은 여건 하에서는, 도면들에 참조번호 2 로 표시된 인터페이스 선을 소위 "마스킹 테이프(masking tape)" 접착 스트립으로 보호하는 것이 유리하다.

일단 모든 구멍들이 공구의 이용에 의하여 동체의 외측부(14)로부터 드릴링된 후에는 임시적인 고정용 구성요소(70)들이 제 위치에 넣어지는데, 그 각각은 클립의 형태를 취할 수도 있다. 그러므로 각 클립(70)은 겹침 구역(4) 내에 만들어진 구멍들 중의 하나뿐만 아니라, 관련된 드릴링 그리드(34)에 만들어진 관련된 중심잡기 구멍(38)을 관통한다는 점에 유의한다. 이 점에 관하여, 각 클립(70)은 관련된 구멍의 드릴링 후, 즉 다음 구멍의 드릴링 전에 바로 고정될 수 있는데, 이것은 본 발명의 범위를 벗어나는 것이 아니다. 또한, 드릴링된 구멍 각각이 그 내부에 클립(70)이 수용될 것을 필요로 하는 것은 아닌데, 이것은 도 11 에도 도시되어 있다.

그 후, 각 드릴링 그리드(34) 및 임시적인 고정용 구성요소(36)가 제거된다. 도 12 로부터 알 수 있는 바와 같이, 이것은 조립 구멍(32)들, 고정용 구성요소들을 수용하도록 설계된 구멍(72)들, 및 동체 외측부에 있는 고정용 구성요소(70)들 을 드러낼 뿐이다.

압력을 가하기 위한 제2 장치(12) 각각도 제거된 때에는, 고정용 구성요소(74)들도 그들 각각의 구멍(72)들 내의 제 위치에 넣어져 있는데, 기준 위치 선정 단계 중에 두 조립체들(1a, 1b)의 세트 상대 위치를 유지하는 것이 이루어지면서도 이와 같이 제 위치에 넣는 것도 물론 이루어진다. 리벳들의 시임을 생성시키는 것에 관련된 이 단계는, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 익숙한 통상적인 방식으로 수행되며, 바람직하게는 동체의 외측부(14)로부터 수행된다.

이 단계에서는, 도 13 에 도시된 바와 같이, 조립 구멍(32)들만이 겹침 구역(4)에 비워진채 남아 있다. 이것은, 리벳들과 같은 보충적인 고정용 구성요소(76)들을 제 위치에 끼우는 것이 그 동일한 조립 구멍(32)들 내에서 수행되는 것을 의미하는데, 이것은 도 14 에서 확인될 수 있다. 보다 구체적으로는, 고정용 구성요소(74)들이 제 위치에 넣어진 후에는, 그리드(34)를 지지하기 위하여 내부에 클립(36)들이 배치되었던 소위 조립 구멍(32)들이 그들의 최종적인 직경으로 드릴링되고, 카운터 싱킹되며, 이 동일한 구멍들 내에 배치되는 보충적인 고정용 구성요소(76)들과 관련된다. 다른 모든 고정용 구성요소(74)들의 이전의 끼움 및 죄임에 의하여 제공되는 인터페이스부 압력은, 이 드릴링 및 카운터싱킹이 추가적인 압력 수단을 이용하지 않고서 통상적인 수단에 의하여 수행될 수 있다는 것을 의미한다.

당연히, 비제한적인 예로서만 설명된 본 발명에 대해서 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다양한 변형을 가할 수 있다.

Claims (14)

1. 각각 두 개의 조립체들에 속하고, 적어도 부분적으로 중첩되며, 함께 겹침 구역을 형성하는 두 개의 패널들 간에 연접부(junction)를 형성하도록 의도된 복수의 고정용 구성요소들에 의하여 두 개의 조립체들을 조립하는 방법으로서, 상기 방법은 겹침 구역(overlap zone)을 통해서 복수의 구멍들을 드릴링(drilling)하는 것에 관련되고, 그 구멍들 각각은 상기 고정용 구성요소(fastening component)들 중의 하나를 수용하도록 설계되며, 각 구멍의 드릴링은 드릴링 공구를 이용하여 수행되며, 그 드릴링 공구는 겹침 구역에 단단히 고정된 드릴링 그리드(drilling grid) 안에 만들어진 관련된 중심잡기 구멍(centring hole)을 통과하고, 상기 드릴링 공구는 겹침 구역에 대한 지지를 위한 만드렐(mandrel) 뿐만 아니라 원추형 접촉 표면에 걸쳐서 상기 만드렐에 끼워지는 확장 링(expanding ring)을 포함하며, 그 원추형 접촉 표면은 상기 만드렐과 상기 링 간의 접촉 표면의 중심축을 따르는 상대적 움직임 중에 그 링의 확장이 일어나는 것을 가능하게 하여서 그 관련된 중심잡기 구멍 내에서 부동화(immobilization)되는 것을 보장하고,

   겹침 구역에 압력을 가하기 위하여, 상기 관련된 중심잡기 구멍 내에 확장 링이 부동화된 후에 상기 겹침 구역에 대해 지지된 만드렐이 그 관련된 중심잡기 구멍을 통하여 그리고 원추형 접촉 표면의 중심축을 따라서 그 겹침 구역의 방향으로 변위되도록, 확장 링과 지지 만드렐 간의 상기 상대적 움직임이 이루어지는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   확장 링과 지지 만드렐 간의 상기 상대적 움직임은, 상기 관련된 중심잡기 구멍을 통한 겹침 구역 안으로의 만드렐의 움직임을 유발하도록 이루어지되, 상기 겹침 구역 안으로의 만드렐의 움직임은 (x2) > 0.9(x)의 조건을 충족시키는 거리(x2)에 걸쳐서 이루어지고, (x)는 상기 겹침 구역(4) 안으로의 만드렐(51)의 움직임 중에 있어서의 상기 확장 링과 만드렐 간의 상대적 움직임의 전체 거리인 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   확장 링과 지지 만드렐 간의 상기 상대적 움직임은, 그 상대적 움직임의 끝에서 상기 겹침 구역에 대한 지지 만드렐의 압력이 600 N 과 1200 N 사이로 형성되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 드릴링 그리드는 알루미늄, 또는 알루미늄 합금들 중의 하나에 의하여 만들어지고, 확장 링은 스틸(steel)로 만들어진 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   확장 링과 지지 만드렐 간의 상대적 움직임 전에, 드릴링 공구의 지지 만드렐이 상기 관련된 중심잡기 구멍을 통해서 겹침 구역과 접촉하게 드릴링 공구가 위치된 때에, 상기 확장 링이 상기 관련된 중심잡기 링의 양 측부로부터 튀어나오도록, 상기 드릴링 그리드가 설계 및 배치되는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 두 개의 조립체들을 세트 상대 위치(set relative position)로 가져와서 상기 구멍들의 드릴링이 수행되는 것을 가능하게 하도록 의도된, 상기 두 개의 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 구멍들을 드릴링하는 단계, 및 상기 고정용 구성요소들을 그들 각각의 구멍들 내의 제 위치에 배치시키는 후속의 단계는, 상기 두 개의 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 상기 단계 중에 이루어진 상기 세트 상대 위치 선정을 유지하면서 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   두 개의 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 상기 단계 중에 얻어진 상기 세트 상대 위치를 유지하는 중에 하기의 연속적으로 수행되는 단계들: 즉,

   - 복수의 중심잡기 구멍들이 각각 구비된 하나 이상의 드릴링 그리드를 상기 겹침 구역에 고정시키는 단계;

   - 각각의 드릴링 그리드에 맞도록 설계된 드릴링 공구를 이용하여 상기 겹침 구역을 통해 상기 구멍들을 드릴링하는 단계;

   - 각 드릴링 그리드를 제거하는 단계; 및

   - 상기 고정용 구성요소들을 그들 각각의 구멍들의 제 위치에 끼우는 단계;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   하기의 연속적으로 수행되는 단계들: 즉,

   - 상기 두 개의 조립체들을 세트 상대 위치로 가져와서 상기 구멍들의 드릴링이 수행되는 것을 가능하게 하도록 의도된, 상기 두 개의 조립체들의 기준 위치 선정(reference positioning) 단계로서, 이렇게 위치선정되어 상기 겹침 구역를 함께 형성하는 상기 두 개의 조립체들은 이 구역의 상기 두 개의 패널들 사이에 개재 밀봉재(interposition sealant)의 층을 갖는, 단계;

   - 상기 겹침 구역의 제1 측부에 압력을 가하기 위한 하나 이상의 제1 장치를 제 위치에 배치시키고, 제1 측부의 반대측에 있는 상기 겹침 구역의 제2 측부에 압력을 가하기 위한 하나 이상의 제2 장치를 제 위치에 배치시키는 단계;

   - 드릴링 그리드를 고정시키기 위하여 상기 겹침 구역을 통해 조립 구멍들을 드릴링하는 단계로서, 각각의 구멍은 압력을 가하기 위한 적어도 하나의 제1 장치 및 압력을 가하기 위한 적어도 하나의 제2 장치에 가깝게 만들어지는, 단계;

   - 압력을 가하기 위한 제1 장치 각각을 제거하는 단계;

   - 상기 조립 구멍들에 맞는 임시적 고정 수단을 이용하여, 상기 겹침 구역의 제1 측부에 하나 이상의 드릴링 그리드를 고정시키는 단계;

   - 각 드릴링 그리드에 맞도록 설계된 드릴링 공구를 이용하여, 겹침 구역의 상기 제1 측부로부터 상기 겹침 구역을 통해 상기 구멍들을 드릴링하는 단계로서, 각 구멍은 압력을 가하기 위한 적어도 하나의 제2 장치에 가깝게 만들어지는, 단계;

   - 임시적 고정용 구성요소들을 제 위치에 끼우는 단계로서, 그 각각은 상기 겹침 구역 내에 만들어진 상기 구멍들 중의 하나 뿐만 아니라 드릴링 그리드에 만들어진 그와 관련된 중심잡기 구멍을 관통하는, 단계;

   - 각 드릴링 그리드와 상기 임시적 고정용 수단을 제거하는 단계;

   - 압력을 가하기 위한 제2 장치 각각을 제거하는 단계;

   - 상기 고정용 구성요소들을 그들 각각의 구멍 내 제 위치에 배치시키는 단계로서, 이 제 위치에 배치시키는 것은 상기 두 개의 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 단계 중에 달성되는 상기 세트 상대 위치를 유지하면서 이루어지는, 단계; 및

   - 보조적인 고정용 구성요소들을 상기 조립 구멍들 내에 제 위치에 끼우는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
10. 제 6 항에 있어서,

    하기의 연속적으로 수행되는 단계들: 즉,

    - 상기 두 개의 조립체들을 세트 상대 위치로 가져오도록 의도하여 그 두 개의 조립체들을 미리 기준 위치 선정하는 단계로서, 이렇게 위치 선정된 상기 두 개의 조립체들은 함께 상기 겹침 구역을 형성하게 되는 단계;

    - 후속하는 드릴링 그리드의 고정을 위하여 상기 겹침 구역을 통해 조립 구멍들을 드릴링하는 단계;

    - 상기 조립 구멍들에서 패널들을 청결화 및 디버링(de-burring)하기 위하여 두 개의 조립체들을 분해하는 단계;

    - 상기 두 개의 조립체들을 다시 세트 상대 위치로 가져오도록 의도하여 그 두 개의 조립체들을 상기와 같이 기준 위치 선정하여 상기 구멍들의 드릴링이 수행되는 것을 가능하게 하는 단계로서, 이렇게 위치 선정되어 함께 상기 겹침 구역을 형성하는 상기 두 개의 조립체들은 그 구역의 상기 두 개의 패널들 사이에 개재 밀봉재의 층을 구비하는, 단계;

    - 압력을 가하기 위한 하나 이상의 제2 장치를 제1 측부의 반대측에 있는 상기 겹침 구역의 제2 측부의 제 위치에 배치시키는 단계;

    - 상기 조립 구멍들에 맞는 임시적 고정 수단을 이용하여, 상기 겹침 구역의 제1 측부에 하나 이상의 드릴링 그리드를 고정시키는 단계;

    - 각 드릴링 그리드에 맞도록 설계된 드릴링 공구를 이용하여 겹침 구역의 상기 제1 측부로부터 상기 겹침 구역을 통하도록 상기 구멍들을 드릴링하는 단계로서, 각 구멍은 압력을 가하기 위한 적어도 하나의 제2 장치에 가깝게 만들어지는 단계;

    - 겹침 구역 내에 만들어진 상기 구멍들 중의 하나뿐만 아니라, 드릴링 그리드 내에 만들어진 그와 관련된 중심잡기 구멍을 각각 관통하는 임시적 고정용 구성요소들을 제 위치에 끼우는 단계;

    - 각각의 드릴링 그리드 및 상기 임시적 고정 수단을 제거하는 단계;

    - 압력을 가하기 위한 각각의 제2 장치를 제거하는 단계;

    - 상기 고정용 구성요소들을 그들 각각의 구멍들 내의 제 위치에 배치시키는 단계로서, 이 제 위치에 배치시키는 단계는 상기 두 개의 조립체들의 기준 위치 선정을 위한 상기 단계 중에 달성되는 상기 세트 상대 위치를 유지하면서 수행되는, 단계; 및

    - 보조적인 고정용 구성요소들을 상기 조립 구멍들 내에 제 위치에 끼우는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 고정용 구성요소들을 리벳들인 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    항공기 동체 조립체들을 조립함에 적용되는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    이중 굴곡의 겹침(double curvature overlap)을 나타내는 항공기 동체 조립체들을 조립함에 적용되는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    고정용 구성요소들이 함께 소위 궤도형 시임부(orbital seam)를 형성하는 방식으로 구현되는 것을 특징으로 하는, 두 개의 조립체들의 조립방법.

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