KR101729343B1 - 형상 기억 리블렛 - Google Patents

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KR101729343B1
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다이엔 씨. 롤링스
테리 엘. 슈네이더
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더 보잉 컴파니
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Abstract

공기역학적 리블렛 배열용 다층 구조물은 돌기를 갖는 형상기억 재료로 이루어진 제1층과 표면에 대한 점착능을 갖는 제2의 특징을 나타내는 재료로 이루어진 제2층을 포함한다.

Description

형상 기억 리블렛{SHAPE MEMORY RIBLETS}
본 발명은 항공기 또는 흐름 인터페이스를 갖는 표면에서의 공기역학적 개선을 위한 표면 기하학 분야에 관한 것이고 더욱 특별히는 공기역학적 리블렛 또는 높은 내구성을 요하는 다른 고-종횡비(high-aspect-ratio) 표면 미세구조를 형성하기 위한 형상 기억 재료의 용도에 관한 구현예 및 제작방법에 관한 것이다.
현대의 항공기에서 연료 효율의 증가는 공기역학적 성능의 개선 및 구조적 중량의 감소를 통해 수행되고 있다. 공기역학적 표면에서 리블렛과 같은 미세구조의 사용에서의 최근의 진보는 항력을 감소시켜 연료 사용을 감소시키는 것을 상당히 보장하고 있다. 리블렛은 다양한 형태가 있지만, 유리하기는 항공기의 표면에서의 항력을 최소화하는 마루(ridge)-유사 구조가 가능하다. 리블렛은 항공기 표면의, 난류 영역이 존재할 수 있는 항공기의 표면 영역에 사용될 수 있다. 리블렛은 순환을 제한하여 경계층에서 표면 근처의 이러한 난류 영역에서 대규모 소용돌이의 파괴를 야기하여 항력을 감소시킬 수 있다.
특정 시험된 적용에서, 리블렛은 유체 흐름 방향으로 표면을 따라 연장되는 공기역학적 표면에서 간격을 갖는 피라미드 또는 역 V자형 마루(ridge)이다. 리블렛 구조는 통상적으로 중합성 재료, 통상 열가소성 물질을 사용한다. 그러나 중합체는 비교적 연성이므로, 항공기의 공기역학적 표면과 같은 서비스 용도에서 표면의 내구성을 감소시킨다. 중합성 팁에 의한 기존의 해결책은 손톱 압력에 의해 쉽게 100% 변형되고 회복 불가능할 것이다. 이와 같은 구조는 항공기 또는 다른 차량에서의 정상적인 서비스 이용에 바람직하지 않을 것이다. 추가로, 항공기 표면은 통상적으로 Solutia, Inc.의 유압유인 Skydrol®을 포함하여 여러 화학물질과의 상호작용을 견딜 것이 요구된다. 특정 적용에서 팁에 생기는 심각한 변형을 견디거나 또는 그로부터 회복시키는 탄성중합체가 리블렛 형성에 사용될 수 있다. 그러나, 많은 탄성중합체들 및 기타 중합체는 Skydrol® 또는 다른 항공기 유체 또는 용매와 양립하지 않을 수 있다.
그러므로, 상업용 항공기에 대한 리블렛의 실용성은 증가된 내구성 및 항공기 유체 호환성을 제공하는 리블렛 구조에 의해 상당히 강화될 것이다.
예시적 구현예들은 리블렛을 갖는 재료로 구성되고 재료가 형상 기억 재료인 제1의 특징을 나타내는 제1층 및 표면에 대한 점착능을 갖는 제2의 특징을 나타내는 재료로 구성된 제2층을 갖는 다층 구조물을 제공한다. 다층 구조물은 예시적 구현예에서 적용되고, 여기서 리블렛은 차량에서 구현되고, 리블렛은 제1층의 형상 기억 재료 덕분에 장기적인 내구성을 갖는다.
다양한 구현예에서, 공기역학적 리블렛들의 배열은 미리 정해진 간격을 갖는 형상 기억 팁들을 지지하고 형상 기억 팁들을 차량 표면에 부착시키는 층을 갖는 다수의 형상 기억 팁들에 의해 생성된다. 예시적 구현예에서, 형상 기억 팁들은 니켈-없는 가탄성(pseudo-elastic) 베타 티타늄 합금뿐만 아니라 구리-아연-알루미늄-니켈, 구리-알루미늄-니켈, 니켈-티타늄(NiTi)의 군으로부터 선택되는 재료로 형성된다. 부가적으로, 지지층은 표면층으로서 팁들과 연속적으로 주조될 수 있다. 선택적으로, 중합체 지지층은 팁들 반대편의 표면층에 침착된다. 중합체 지지층에 침착된 점착층은 다층 아플리케를 형성하고 아플리케를 차량 표면에 부착시키는 능력을 제공한다.
또 다른 예시적 구현예에서, 지지층은 팁들을 맞물리게 하는 탄성중합체층이고, 금속 포일과 중합체층이 탄성중합체층과 점착층 사이에 제공된다. 금속 포일, 중합체층 및 점착층은 예비성형된 아플리케로서 제공될 수 있다. 탄성중합체층을 사용하는 예시적 구현예의 경우, 각각의 팁들은 베이스에 병합되고, 각각의 베이스는 탄성중합체층에 임베드될 수 있다.
특정 적용에서 가요성(flexibility)을 증가시키기 위한 구현예의 한 측면으로, 각각의 팁은 세로방향으로 분할(segmented)된다.
예시적 구현예는 구리-아연-알루미늄-니켈, 구리-알루미늄-니켈, 니켈-티타늄(NiTi)과 니켈-없는 가탄성 베타 티타늄 합금 또는 형상 기억 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료로 형성되고 세로 방향으로 분할된 다수의 형상 기억 팁들을 갖는 공기역학적 리블렛들의 배열을 포함하는 항공기 구조를 제공한다. 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 폴리설파이드, 에틸렌 프로필렌디엔, 플루오로실리콘 및 플루오로탄성중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 중합체 지지층은 팁들과 맞물리고, 구리-아연-알루미늄-니켈, 구리-알루미늄-니켈, 니켈-티타늄(NiTi), 가탄성 베타 티타늄 합금, 니켈, 크롬, 금속 합금, 유리, 세라믹, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 피복재는 상기 팁들과 표면층을 뒤덮는다. 중합체 지지층에 침착된 점착층은 다층 아플리케를 형성하고 이 점착층은 아플리케를 항공기 표면에 부착시킨다.
본 명세서에 기재된 구현예는 원하는 리블렛 배열에 상응하는 돌기들을 갖는 마스터 툴을 형성하고 이 마스터 툴로부터 상보 툴을 형성하는 하나의 예시적 방법으로 제작된다. 그런 다음 다수의 형상 기억 팁들이 전기적-주조 또는 다른 바람직한 침착 기법을 통해 마스터 툴에 침착된다. 그러고 나서 상기 형상 기억 팁들은 상보 툴로부터 제거되고 공기역학적 표면에 부착된다.
본 방법의 예시적 측면들에서, 리지스트가 형상 기억 팁들 사이를 분리(segregate)하도록 형상 기억 팁들의 베이스에 적용되고, 강성 팁들을 에칭(etching)한 후 연이어 제거된다. 그러고 나서 탄성중합체층이 강성 팁들을 맞물리도록 주조되고, 예비성형된 아플리케가 탄성중합체층에 적용되어 다층 리블렛 배열 아플리케를 형성한다.
본 방법의 예시적 구현예에서, 예비성형된 아플리케는 금속 포일, 중합체 지지층 및 점착층을 포함한다. 점착성 안감 및 차폐가 취급을 위해 사용될 수 있다.그러고 나서, 리블렛 배열이, 점착성 안감을 제거하고 다층 리블렛 배열 아플리케를 공기역학적 표면에 적용하고 차폐를 제거함으로써, 공기역학 시설(service)에 부착될 수 있다.
선택적 방법으로, 다수의 형상 기억 팁들의 주조는 다수의 SMA 팁들과 피복재(cladding)로서의 중간 표면층을 주조하는 것을 포함한다. 그런 다음, 탄성중합체층이 피복재에 주조된다. 선택적 구현예에서의 탄성중합체층은 또한 형상 기억 재료다. 그러나 또 다른 선택적 방법에서, 두 번째 SMA가 피복재에 주조된다. 본 방법의 또 다른 측면들에서, 탄성중합체 형상 기억 재료 또는 SMA의 코어가 툴에 주조된 후 제거되고, 그리고 SMA, 강성 재료 또는 무정형 금속의 피복재가 코어에 침착된다.
웹 공정을 위한 추가 선택적인 방법에서, 상보 툴은 웹 툴이고 금속 코팅은 웹 툴에 형상 기억 팁들을 침착시키기 전에 웹 툴에 스퍼터링된다. 본 방법의 한 가지 측면에서, 리지스트는 스퍼터링된 금속 코팅 위에 적용되고, 형상 기억 팁들의 침착은 웹 툴에서 스퍼터링된 금속 코팅 위에서의 형상 기억 팁들의 전기적-주조에 의해 달성된다.
항공기 표면에서의 공기역학적 리블렛들의 배열을 생성하기 위한 방법은 마스터 툴을 생성하고, 그 마스터 툴 위에서 임프레션에 의해 상보 툴을 형성하여 리블렛 형상에 상응하는 홈들을 제공하는 것을 포함한다. 홈들 사이의 간격은 실질적으로 평평한 중간 표면을 제공한다. 탄성중합체들, 형상 기억 중합체들 또는 형상 기억 합금의 군으로부터 선택되는 코어 층이 상보 툴에 주조되어 지지층과 팁 코어를 둘 다 제공한다. 점착층이 코어 반대편의 표면층에 적용된다. 취급을 위해 제거가능한 점착성 안감이 첨가된다. 그런 다음 코어 층이 상보 툴로부터 제거되고, 형상 기억 합금, 니켈, 크롬, 유리, 세라믹, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드 또는 무정형 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 피복재는 상기 코어층에 침착되어 팁들과 표면층을 형성한다. 그런 다음 점착성 안감은 제거되고 상기 점착층이 항공기 표면에 부착된다.
한편, 본 발명은 다음의 항목들에 기재된 바와 같은 구성을 갖는다.
항목 1. 간격을 갖는 리블렛 코어들; 및 코어 층에 침착된 피복재를 포함하는 리블렛들의 배열.
항목 2. 항목 1에 있어서, 코어 층이 탄성중합성 재료와 형상 기억 합금(SMA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 리블렛들의 배열.
항목 3. 항목 2에 있어서, 피복재가 형상 기억 합금(SMA)을 포함하는 것인 리블렛들의 배열.
항목 4. 항목 2에 있어서, 코어 층이 탄성중합성 재료이고 형상 기억 재료를 포함하는 것인 리블렛들의 배열.
항목 5. 항목 4에 있어서, 피복재가 니켈, 크롬, 금속 합, 유리, 세라믹, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 단단한 층을 포함하는 것인 리블렛들의 배열.
항목 6. 항목 3에 있어서, SMA가 구리-아연-알루미늄-니켈, 구리-알루미늄-니켈 니켈-티타늄(NiTi) 및 니켈-없는 가탄성 베타 티타늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 리블렛들의 배열.
항목 7. 구리-아연-알루미늄-니켈, 구리-알루미늄-니켈, 니켈-티타늄(NiTi)과 니켈-없는 가탄성 베타 티타늄 합금 또는 형상 기억 중합체로 이루어진 군으로부터 선택되는 재료로부터 형성된 세로 방향으로 분활된 다수의 형상 기억 팁들을 갖는 리블렛들의 배열;
폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 폴리설파이드, 에틸렌 프로필렌디엔, 플루오로실리콘 및 플루오로탄성중합체로 이루어진 군으로부터 선택되고 팁들을 맞물리게 하는 중합체 지지층;
구리-아연-알루미늄-니켈, 구리-알루미늄-니켈, 니켈-티타늄(NiTi), 가탄성 베타 티타늄 합금, 니켈, 크롬, 금속 합금, 유리, 세라믹, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드로 이루어진 군으로부터 선택되는 팁들과 표면층을 뒤덮는 피복재;
다층 아플리케를 형성하기 위해 중합체 지지층에 침착되는 점착층(이 점착층은 아플리케를 항공기의 표면에 부착시킨다)을 포함하는 항공기 구조물.
항목 8. 항공기에서의 공기역학적 리블렛 배열의 생성방법으로:
마스터 툴을 생성하고;
마스터 툴에서 임프레션에 의해 상보 툴을 생성하여, 실질적으로 평평한 중간 표면을 제공하는 홈들 사이에 간격을 갖는 리블렛 형상에 상응하는 홈들을 제공하고;
탄성중합체, 형상 기억 중합체 또는 형상 기억 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 코어 층을 상보 툴에 주조하여, 지지층과 팁 코어를 둘 다 제공하고;
점착층을 코어 반대편의 지지층에 적용하고;
취급을 위해 제거가능한 점착성 안감을 첨가하고;
상기 상보 툴로부터 코어 층을 제거하고;
형상 기억 합금, 니켈, 크롬, 유리, 세라믹, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드 또는 무정형 금속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 피복재를 코어 층에 침착시켜 팁들과 표면층을 형성하고;
점착성 안감을 제거하고; 그리고
점착층을 항공기 표면에 부착시키는 것을 포함하는 생성방법.
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본 명세서에 기재된 구현예의 특징과 장점은 첨부 도면과 연계하여 고려할 때 다음의 상세한 설명을 참조로 하여 더욱 잘 이해될 것이다:
도 1은 흐름 방향으로 연장된 예시적 리블렛을 나타낸, 비행기 날개 또는 동체 표면과 같은 공기역학적 표면의 일부의 등각도이다;
도 2a는 강성 팁을 갖는 리블렛에 대한 첫 번째 구현예의 흐름 방향과 수직인 측단면도이다;
도 2b는 추가의 지지층을 갖는 도 2a의 구현예의 변형에 대한 측단면도이다;
도 2c는 탄성중합체 코어에 걸쳐 강성 피복재를 갖는 도 2a의 구현예의 변형에 대한 측단면도이다;
도 2d는 점착층 없는 직접적인 열가소성 결합의 경우의 도 2a 구현예의 변형의 측단면도이다;
도 2e는 다층 LSP 아플리케를 갖는 형상 기억 층에 걸쳐 강성 금속 피복재를 사용하는 구현예의 측단면도이다;
도 2f는 코어에 예시적 다층 코팅을 갖는 팁의 상세도이다;
도 3은 리블렛의 측면 구조상의 분리가 있는 강성 팁을 갖는 리블렛의 두 번째 구현예의 측단면도이다;
도 4는 단면이 감소되고 측면의 분리가 있는 강성 팁을 갖는 리블렛의 세 번째 구현예의 측단면도이다;
도 5a는 도 2b에 나타낸 첫 번째 구현예의 리블렛이 적용된 공기역학적 표면의 일부의 평면도이다;
도 5b는 도 5a의 특징들을 참조로 하는, 도 2b와 비교가능한 단면도이다;
도 6a는 리블렛 구획에서 부가적으로 길이방향의 분리를 갖는 도 3에 나타낸 두 번째 구현예의 리블렛들을 잡아당길 때의 공기역학적 표면의 일부의 평면도이다;
도 6b는 도 6a의 특징들을 참조로 하는, 도 3과 비교가능한 단면도이다;
도 7은 첫 번째 구현예의 리블렛의 예시적 제작방법에 대한 공정 단계들의 흐름도이다;
도 8a는 두 번째 구현예의 리블렛의 예시적 제작방법에 대한 공정 단계들의 흐름도이다;
도 8b는 웹 공정 툴을 사용하는 두 번째 구현예의 리블렛의 두 번째 예시적 제작방법에 대한 공정 단계들의 흐름도이다;
도 8c는 스퍼터링된 금속 코팅 없는 웹 공정 툴을 사용한 두 번째 구현예의 리블렛의 세 번째 예시적 제작방법의 공정 단계들의 흐름도이다;
도 9a는 세 번째 구현예의 리블렛의 예시적 제작방법에 대한 공정 단계들의 흐름도이다;
도 9b는 피복재가 침착된 세 번째 구현예에 대한 대안의 리블렛의 예시적 제작 방법의 공정 단계들의 흐름도이다;
도 10은 항공기 제작 및 서비스 방법의 컨텍스트에서 본 명세서에 기재된 강성 팁을 가진 리블렛의 구현예의 용도를 설명하는 흐름도이다; 그리고
도 11은 본 명세서에 기재된 구현예에 의한 강성 팁을 갖는 리블렛이 적용된 항공기를 나타내는 블록 다이어그램이다.
본 명세서에 기재된 구현예는 지상 지지 장비 또는 우박과 같은 환경 재앙에 의해 영구적 변형/손상 없이 충격을 견뎌낼 수 있는 형상 기억 재료로 구성된 복구가능한 리블렛을 제공한다. 이러한 구현예들은 또한 리블렛의 설계에 변화를 허락하여, 리블렛이 좀 더 얇아지고 좀 더 공기역학적으로 효율적이 되도록 능력을 제공한다. 추후에 더욱 상세히 기술될 특정 구조를 갖는 형상 기억 리블렛의 예시적 구현예는 도 1에 나타낸 항공기에 대한 공기역학적 표면의 일부로서 나타난다. 항공기(110)는 확대된 대로, 화살표(114)가 가리키는 흐름 방향과 평행하게 배열된 다수의 실질적 병렬 리블렛들(112)이 있는 표면(111)을 갖는 구조물이 적용된다. 나타낸 예시적 구현예의 경우, 도 2a와 2b에 나타낸 실시예와 같이, 표면(111)에 수직인 치수(116)는 대략 0.002인치이고 한편 리블렛들 사이의 간격(118)은 대략 0.003인치다. 배열된 리블렛들의 간격 또는 분배는 리블렛이 적용될 공기, 물 또는 기타 유체의 유체역학적 속성들에 따라 달라지고 그것들에 의해 사전에 결정된다. 공기역학적 표면은 통상적으로 곡면을 이루지만 여기에 제한되지는 않고, 비행기 날개, 엔진실, 제어판 표면, 동체 또는 기타 적절한 표면의 일부일 수 있다. 따라서, 리블렛과 이 리블렛을 지지하고 표면에 부착시키는 어떤 구조물의 가요성과 조화(conformability)가 요구될 것이다. 항공기의 공기역학적 표면과 관련하여 본 명세서에 기술되었으나, 본 명세서에 기재된 구현예는 미사일 또는 로켓과 같은 기타 항공우주 비행체 및 기체 상 유체, 주로 공기 중에 움직이는 자동차, 트럭, 버스 및 기차와 같은 다른 차량의 표면, 또는 보트, 잠수함, 수중익선, 유체 흐름 도관 또는 액체성 유체 흐름에 노출되는 기타 표면에서의 항력 감소에 동일하게 적용될 수 있다.
본 명세서에 기재된 구현예는 리블렛의 내구성을 감소시킬 수 있는 다양한 충격 및/또는 기타 강제력에 저항할 수 있는 능력을 파악하여 리블렛에 제공한다. 더 나아가, 서로 다른 유리한 구현예들 중 특정 구현예들은 지지층이 있고 그 지지층에 위치한 또는 그 지지층으로부터 연장된 다수의 리블렛 팁들이 있을 수 있는 다층 구조물을 제공한다. 리블렛을 형성하는 팁들은 구리-아연-알루미늄-니켈, 구리-알루미늄-니켈, 니켈-티타늄(NiTi), 가탄성 베타 티타늄 합금 및 기타 적절한 합금과 같은 형상 기억 합금(SMAs)을 포함하는 형상 기억 재료로부터 제작되어, 가역성 스트레스(stress)-유도 마르텐사이트 상(martensitic phase) 변형으로부터 발생되는 초탄성 행동을 제공할 수 있다. 초탄성 SMA의 최대 회복가능한 인장력은 단일축 장력 또는 압착에서 여러 퍼센트일 수 있고, 변형을 겪은 SMA 리블렛이 원래의 형상으로 돌아갈 수 있게 할 수 있다. 형상 기억 합금은, 형상 기억 합금에 대한 힘의 적용 시, 제로 또는 스트레스 없는 상태에서의 더 높은 탄성률에서 더 낮은 탄성률로 원자상(atomic phase) 변화를 겪을 수 있다. 더 높은 탄성률은 금속상(austenitic phase)을 가리키는 반면 더 낮은 탄성률은 마르텐사이트 상을 가리킬 수 있다.
형상 기억 합금은 적용된 힘으로부터 에너지를 흡수하는데, 이들은 탄성중합체와 비슷한 방식으로 일시적으로 변형될 수 있다. 일단 힘이 제거되면, 형상 기억 합금은 더 높은 탄성률과 원래 형상으로 되돌아갈 수 있다. 예를 들어, 제한됨 없이, NiTi 합금은 강철보다 약 5배를 더 흡수하고 티타늄보다 약 세 배를 흡수한다. 예시적 NiTi 형상 기억 합금은 원래 형상의 영구적 변형 없이 최대 약 8~10퍼센트의 가역 인장 특성을 제공할 수 있다.
선택적 구현예에서, 형상 기억 재료는 예를 들면, 다면체 올리고실세스퀴녹산(POSS)-변형된 폴리우레탄 또는 좀 더 통상적으로 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 폴리설파이드, 에틸렌 프로필렌디엔, 플루오로실리콘 및 플루오로탄성중합체를 포함하는 탄성중합체와 같은 형상 기억 탄성중합체이고, 니켈 (본 명세서에 기재된 구현예에 사용된) 또는 크롬, 기타 합금, 유리, 세라믹, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드와 같은 선택적 강성 재료들과 같은 강성 금속 코팅을 갖는다. 다층 구조물의 재료들은 가요성이 있고, 항공기와 같은 차량의 공기 역학을 개선하기 위해 표면에 고정, 결합, 연결 또는 그것도 아니면 부착하기 위해 리블렛과 별도로 또는 조합된 아플리케로 형성될 수 있다.
형상 기억 리블렛의 첫 번째 구현예은 도 2a에 다층 구조물로 나타냈다. 리블렛의 개별적인 팁들(202)은 표면층(204)으로부터 돌출되어 다층 구조물의 제1층(201)을 제공한다. 돌출된 리블렛과 연속된 표면층이, 추후 더 상세히 기술되는 바와 같이, 내구성이라는 원하는 제1의 특징을 제공하기 위해 선택된 SMA와 형상 기억 재료의 주조 또는 침착에 의해 형성된다. 예시적 구현예에서, NiTi가 사용된다. 도 2a에 나타낸 구현예에서, 점착층(206)에 의해 생성된 제2층(203)은 표면층(204)의 하부(204a)에 침착된다. 이 점착제는 압력 민감성 아크릴 점착제, 폴리우레탄 압력 민감성 점착제, 폴리설파이드, 에폭시, 열가소성 물질, 열-반응 점착제, 실리콘 점착제 또는 플루오로실리콘 점착제를 포함하지만 여기에 제한되지 않는 여러 가능성들 중 하나일 수 있다. 선택적 구현예에서, 지지 중합체층(208)은 도 2b에 나타낸 바와 같이 제2층의 일부로서 표면층(204)과 점착층(206) 사이에서 표면층(204)과 맞물린다. 중합체층(208)은 중합체 필름 또는 다른 적절한 재료일 수 있다. 특정 구현예에서, 폴리에테르에테르케톤(PEEK)이 필름으로서 사용된다. 제2층의 중합체, 점착제 및/또는 다른 구성요소들은 제2의 특징인 복원성 및 표면 점착능을 제공한다.
도 2c는 SMA 또는 선택적 형상 기억 재료가 다층 구조물의 제1층으로서 팁들(202')과 표면층(204')을 형성하는 등고(contoured) 표면 피복재(209)로서 사용되는 것인 추가 선택적 구현예다. 그런 다음, 제2층으로서, 탄성중합체층(210)은 피복재에 주조되어 팁들(202')의 사전에 결정된 간격을 유지하기 위해 팁들(202')에 대한 지지층과 경량 코어들(212)을 둘 다 제공하다. 예시적 탄성중합체는 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 폴리설파이드, 에틸렌 프로필렌디엔, 플루오로실리콘 및 플루오로탄성중합체를 포함할 수 있고, 여기에 제한되지 않는다. 부가적으로, 다면체 올리고실세스퀴녹산(POSS)-변형된 폴리우레탄과 같이 SMA 표면 피복재(209)와 양립할 수 있는 속성들을 갖는 형상 기억 탄성중합성 재료가 내구성 향상 및 형상 회복을 위해 사용될 수 있다. 금속 형상 기억 합금을 표면 피복재(209)로서 사용하면 저항의 부가된 혜택을 제공할 수 있고, 그래서 중합성 탄성중합체 코어들(212)을 보호하는 데 일조한다. 그런 다음, 탄성중합체층(210)은 점착층(206)을 사용하거나 또는 도 2와 관련하여 기술된 바와 같이 직접적으로 표면에 부착될 수 있다.
도 2a, 2b 또는 2c에 나타낸 형태에서, 구현예는 도 2b에 나타낸, 팁들(202), 표면층(204), 중합체층(208) 및 점착층(206)을 포함하는 다층 아플리케(207)로서 제작될 수 있고, 이어서 이것은 점착층(206)을 사용하여 공기역학적 표면에 적용될 수 있다.
선택적 구현예에서, 표면층(204)은 항공기 표면(111)에 직접 부착되거나 또는 침착될 수 있다. 도 2d는 도 2c와 관련하여 기재된 것과 유사하나, 점착층이 사용되지 않은 구현예를 나타낸다. 탄성중합체층(210')은 열의 적용으로 항공기 표면(111)에 직접적인 결합을 가능하게 하는, SMA 피복재(209)에 주조된 열가소성 물질(또는 에폭시와 같은 열경화성 수지)이다.
도 2e에 나타낸 구현예의 경우, 리블렛은 니켈(본 명세서에 기재된 구현예를 위해 사용된), 크롬, 다른 합금 또는 얇은 층에 침착된 유리, 세라믹, 크롬 나이트라이드, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드와 같은 선택적 재료로 이루어진 금속의 얇은 표면 코팅 또는 단단한 층(218)이 있는 다면체 올리고실세스퀴녹산(POSS)-변형된 폴리우레탄과 같은 형상 기억 탄성중합체층(216) 또는 SMA 중 어느 하나일 수 있는 형상 기억 재료를 사용한다. 이 구조는 단단한 층 코팅(218)에 의해 제공되는 탄성중합체의 보호로 Skydrol® 또는 기타 용매에 저항하지 못하는 탄성중합체의 사용을 가능하게 한다. SMA를 사용하면, 단단한 층 코팅(218)은 SMA에서 제공되는 형상 기억성의 혜택을 유지하는 한편, 부식 저항 향상과 같은 부가적인 구조적 강도 또는 환경적 실딩(shielding)을 제공할 수 있다. 이 얇거나 또는 다층의 단단한 층 코팅(218)은 또한 간섭 색들의 생성을 통해 장식적인 외면을 추가할 수 있다.
도 2e의 구현예에서 얇은 표면 경화층 코팅(218)은 또한 다수의 형상 기억 층에 층들 전체에 걸쳐 미리 결정된 조성물 변화들을 제공하는 선택적 SMA이라서 원하는 형상 기억 성능 및 파손 저항을 달성하고 일부 경우에 간섭색들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 층(216)에서의 재료가 베타 티타늄 합금이면, 니켈 티타늄 형상 기억 합금인 니티놀의 경화층 코팅(218)이 니티놀 표면에 산화물 형성의 결과로 생성되는 장식성 색들의 생성을 가능하게 할 것이다.
나타낸 구현예의 경우, 다층 구조물(221)은 알루미늄과 같은 금속 메쉬 또는 포일(220), PEEK와 같은 중합체층(222)을 병합하고, 점착층(224)은 형상 기억 재료층(216)을 지지한다. 금속 포일(220)은 본 구현예의 예시적 항공기 활용에서 낙뢰 보호를 위한 부가적 전도 재료를 제공한다. 포일, 중합체 및 점착성 다층 구조물(221)은 복합성 항공기 구조 표면에 현재 적용 중인 낙뢰 아플리케(LSA)에 견줄 수 있다. 리블렛 배열의 금속성 팁들(202)은 이들이 돌기들이고 근본적으로 서로 그리고 어떤 하부의 일(220) 및/또는 비행기 표면(111)으로부터 전기절연되어 분리되어 있기 때문에, 뛰어난 낙뢰 보호를 제공할 수 있다. 광역 낙뢰 다이버터 오버레이(Wide Area Lightning Diverter Overlay, WALDO)와 비슷한 성능을 갖고서, 표면의 코로나에서의 낙뢰 에너지를 지지하면서, 여러 작은 다이버터 스트립과 유사하다. 분활된 금속 리블렛들은 추가로 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2f에 나타낸 바와 같이, 경화층 코팅(218)은 최적의 제어 및 내구성을 위해 SMA(226) 및 중합체 또는 산화물(228)의 나노미터 크기의 층들로 이루어질 수 있다. 예시적 구현예의 두께(229)는 옹스트롬부터 수백 나노미터에 이를 수 있는데, 명목상 사용된 합금과 침착 공정에 의해 결정된 낮은 경계선과 높은 경계선으로서의 0.5 밀(mils) 사이이다.
형상 기억 리블렛에 대한 또 다른 구현예를 도 3에 나타냈다. 복합 또는 다수 곡선 표면들의 경우, 제1층(301)의 개별적인 리블렛 팁들(302)은 더 큰 측면 가요성을 위해 흐름 방향의 측면 수직 방향으로 서로 분리되어 있는 것이 바람직할 수 있다. 나타낸 구현예의 경우, 개별적인 팁들(302)은 탄성중합체층(304)으로부터 돌출되어 있다. 도 2a~2e와 관련하여 개시된 것들과 유사한 중합체 류(class), 예를 들어, 폴리우레탄, 실리콘, 에폭시, 폴리설파이드, 에틸렌 프로필렌디엔, 플루오로실리콘 및 플루오로탄성중합체가 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 환경에서 탄성중합체의 퍼센트 신장률(percent elongation)에 대한 낮은 요구가 존재한다. 팁들(302)은 도 3의 예시적 구현예의 경우, 대략 30°의 내부 각(303)을 갖는다. 베이스(306)는 각각의 팁으로부터 연장된다. 특정 구현예에서, 탄성중합체층(304)은 좀 더 양호한 구조적 연속성을 제공하기 위해 베이스(306)를 둘러싸고 있다. 선택적 구현예에서 베이스(306)의 바닥면(308)은 탄성중합체층(304)의 노출된 표면에 직접적으로 부착되어 있다.
제2층(303)은 스크린 또는 알루미늄과 같은 포일일 수 있는 금속층(310)을 포함하는 다층 구조물에 의해 생성되고, PEEK와 같은 중합체층(312)과 점착층(314)은 탄성중합체층(304)을 지지한다. 중합체층(312)과 점착층(314)은 아래 도 9와 관련하여 기술된 바와 같이 예비성형된 아플리케의 일부분으로서 제공될 수도 있고 또는 탄성중합체층(304)에 직접적으로 침착될 수도 있다. 도 2e와 관련하여 기술된 구현예에서처럼, 금속층(310)은 구현예의 예시적 항공기 활용에서 낙뢰 보호를 위한 전도 재료를 제공한다. 포일, 중합체 및 점착성 다층 구조물은 합성 항공기 구조적 표면을 위해 현재 사용되는 낙뢰 아플리케(LSA)와 비교될 수 있다.
형상 기억 리블렛 팁들(302)을 지지하는 탄성중합체층(304)은 측면에 힘이 작용될 때 추가적인 탄성 측면 변형 및 회복을 제공하여, 그로 인해 리블렛 팁들의 내구성을 향상시킨다. 부가적으로, 가요성이 있는 탄성중합체층은 복잡한 형상에 적응할 수 있는 더 큰 능력을 허용한다.
도 4는 도 1의 형상 기억 리블렛(112)에 대한 세 번째 구현예를 나타내는데, 이 구현예는 리블렛(112)을 형성하여 팁들(402)의 더 날카로운 프로파일을 허용하는 재료에 의해 제공되는 구조적 능력들을 이용한다. 본 명세서에 나타낸 구현예들의 경우, 팁들(402)은 탄성중합체층(406)에서 지지된 베이스(404)로부터 연장된다. 도 3과 관련하여 기술된 구현예에서, 각각의 팁(402)의 베이스(404)는 탄성중합체에 둘러싸여 있어서 구조적으로 탄성중합체층(406) 내부에 베이스(404)를 유지한다. 선택적 구현예에서, 베이스(404)의 연장된 바닥면(408)은 탄성중합체층(406)의 표면에 부착될 수 있다. 도 4의 구현예도 또한, 도 3의 구현예에서와 마찬가지로, 흐름 방향에 측면 수직으로 분리된 리블렛들을 사용한다. 그러나, 선택적 구현예에서, 도 2a와 관련하여 기술된 구현예에 대해 기술된 바와 같이, 팁들(402)이 연장된 연속 표면층이 사용될 수 있다.
또한 도 4에 개시된 구현예는 탄성중합체층(406)이 부착 또는 침착되는 지지 중합체층(410)을 사용한다. 점착층(412)은 탄성중합체층(406) 반대편의 중합체층(410)으로부터 확장되어, 다층 아플리케(414)를 형성한다.
도 5a는 도 2b에 개시된 바와 같이, 구현예의 평면도를 나타낸다. 팁들(202)에 의해 형성된 리블렛(112)은 흐름 방향(114)으로 표면층(204)을 따라 세로 방향으로 연장된다. 얇은 표면층(204)은, 화살표(115)로 표시된 바대로 실질적으로 리블렛(112)에 수직인 접선을 갖는 곡면에 부착될 때, 가요성을 준비한다. 리블렛(112)에 사용되는 형상 기억 재료는 부가적인 이점이 있다. SMA 리블렛은 또한 다기능 능력 및 혜택을 항공기 구조에 제공할 수 있는데, 형상 기억 합금은 현저한 제동(damping) 능력을 갖기 때문에 진동 축소를 포함하고, 그리고 스트레스-유도 마르텐사이트 상 변형을 통해 충격 에너지를 흡수하는 방법에 의해 하부의 복합 구조물에 대해 개선된 파손 저항을 제공한다. 부가적으로, SMA 포일 또는 피복재는, 복합 구조만으로는 제공할 수 없는 전자기 효과에 대한 저항을 제공할 수 있고, 그럼으로써 LSA 포일 아플리케와 유사한 재료들을 대체 또는 보충한다.
그러나, 앞서 기술된 바와 같이, 리블렛(112)이 사용될 수 있는 표면은 더 큰 가요성을 요구하는 복합 또는 다중 곡면을 가질 수 있다. 따라서, 앞서 기술된 구현예는, 도 4의 구현예와 관련하여 앞서 기술되고 도 6b에서 변형된 형식으로 나타낸 개별적인 팁들(402)이 흐름 방향(114)에 실질적으로 수직 방향으로 간격(118)만큼 측면으로 분리되고, 베이스들(404)이 탄성중합체층(406)에 부착되거나 또는 캡쳐되는 것인 도 6에 나타낸 바와 같이 개조될 수 있다. 이것은 화살표(115)에 의해 일반적으로 정의되는 바와 같이, 리블렛(112)에 수직인 접선을 갖는 곡면들을 갖는 표면에 부착되도록 훨씬 더 큰 가요성을 제공한다. 작은 리블렛 치수를 기초로 본 명세서에 나타낸 도면의 축척 때문에, 좀 더 큰 축척에서는 곡면일 수 있는 평면이 평평한 것으로 보인다. 부가적으로, 개별적 리블렛들(112)은 리블렛들 사이를 분리하기 위한 틈새(gaps)(602)를 사용한 세로 방향의 분리를 포함하여, 리블렛들(112)에 실질적으로 평행하는 접선들을 갖는 표면에 부착시키기 위해 더 큰 가요성을 제공한다. 나타낸 구현예의 경우, 틈새(602)는 실질적으로 동일한 세로 방향의 거리(606)에 있는 리블렛들에게서 균일한 간격으로 떨어져 있을 것이다. 선택적 구현예에서, 개별적 리블렛들(112)에서의 간격과 리블렛들(112) 사이의 간격은 불균일할 수 있고, 필요에 따라 곡면을 조정하기 위해 미리 정해진 방식으로 선택될 수 있다. 도 6b에서 나타낸 구현예에서, 금속 포일 층(414)은 비-금속 팁들(402)이 사용될 때 낙뢰 보호를 위해 나타낸 것이다.
도 7은 도 2a와 관련하여 기술된 구현예에서 정의된 바와 같은, 리블렛 구조에 대한 제조 공정을 보여주는 흐름도이다. 단계 701에서, 마스터 툴 또는 마스터 툴의 복제품(712)은 하나의 예로서 제한 없이 마스터 툴로서 구리 형태 또는 다른 적합한 재료의 다이아몬드 가공 기법을 사용하여 생성되고, 이 마스터 툴에서 아크릴레이트 필름이 복제품으로서 경화되고, 이어서 벗겨내어 원하는 리블렛 치수에 상응하는 간격을 갖는 돌기들(714)의 윤곽을 분명히 드러낸다. 도 7에 나타낸 툴(712)은 롤-투-롤(roll-to-roll) 웹 공정을 위해 사용되는 평평한 툴, 롤러 또는 롤링된 필름 툴(이후 "웹 툴"이라고 칭함)의 일부분일 수 있다. 선택적 구현예에서, 롤러는 예를 들어 도금 욕조(plating bath)에 부분적으로 잠긴 니켈 툴을 사용할 수 있고, 도금된 포일이 "마스터" 롤에 침착되면서 롤러로부터 방출/탈락되고, 이것은 롤이 회전하도록 하여 롤러의 깨끗한 부분이 전기적-주조 욕조에 노출되게 한다. 상보 툴(716)은 단계 702에서 리블렛 형상에 상응하는 홈들(718)을 제공하는 마스터 툴(712)에서 임프레션에 의해 생성된다. 홈들 사이의 간격은 리블렛들(112) 사이의 원하는 치수(118)에 상응하는 실질적으로 평평한 중간 표면(720)을 제공한다. 단계 703에서, SMA 팁들(202)과 표면층(204)은 상보 툴(716)에 침착된다. 가능한 침착 방법에는 플라즈마 스프레이, 진공 플라즈마 스프레이, 스퍼터링 또는 기타 물리적 증기 침착 방법들 및 전기적-주조법이 포함된다. 특정 구현예에서, 이형 화합물(release compound)이 상보 툴에 있는 표면에 적용되어 툴(216)로부터 주조된 리블렛 팁들(202)과 표면층(204)의 제거를 돕는다. 그러고 나서, 점착층(206)이 단계 704에서 SMA 팁들(202) 반대편의 표면층에 적용된다. 점착층(206)은 도 2b의 구현예에 나타낸 바와 같이 중합체층(208)과 조합될 수 있고, 그 후 전기적-주조된 표면층(204)과 연결되는 예비성형된 아플리케로서 공급된다. 취급을 위한 완성된 다층 아플리케(723)의 제거가능한 점착성 안감(722)이 또한 단계 704에 나타낸 바와 같이 첨가된다. 단계 705에서 항공기 표면(724)에 대한 적용은 상보 툴(716)로부터 다층 아플리케(723)를 제거하고, 아플리케(723)의 점착층을 항공기 표면(724)에 부착한 후 점착성 안감(722)을 제거함으로써 달성된다.
도 8a는 도 3과 관련하여 기술된 구현예에서 정의된 바와 같은 리블렛 구조에 대한 제조공정을 보여주는 흐름도이다. 단계 801에서, 마스터 툴(812)은 도 7과 관련해 앞서 기술된 바와 같이 생성되어, 원하는 리블렛 치수에 상응하는 간격을 갖는 돌기들(814)의 윤곽을 뚜렷이 드러나게 한다. 도 8에 나타낸 툴은 웹 공정에 사용되는 평평한 툴, 롤 툴 또는 롤링된 필름 툴의 일부분일 수 있다. 상보 니켈 툴(816)은 단계 802에서 리블렛 형상에 상응하는 홈들(818)을 제공하는 마스터 툴(812)에서 임프레션에 의해 생성된다. 홈들 사이 간격은 리블렛들(112) 사이에 원하는 치수(118)에 상응하는 실질적으로 평평한 중간 표면(820)을 제공한다. SMA 팁들(302)은 단계 803에서 상보 툴 위에서 전기적-주조되는데, 팁들 사이의 중간 웹(303)을 포함한다. 단계 804에서, 리지스트(822)가 상보 툴(816)에서 리블렛들의 베이스(306)에 걸쳐 적용된다. 웹(303)을 포함하여 주조된 SMA는 에칭되어 웹(303)을 제거하고 팁들의 베이스(306)를 형상화하고, 그런 다음 리지스트는 단계 805에서 제거되고 툴(816)에서 간격을 갖는 리블렛 팁들(302)를 제공한다. 나타낸 구현예의 경우, 베이스(306)가 리지스트 주변의 에칭에 의해 툴(816)로부터 연장된 양각 내부에 놓인다. 탄성중합체층(304)는 그런 다음 단계 806에서 리블렛들에 걸쳐 주조된다. 선택적 구현예에서, SMA 팁들(302)의 전기적-주조는 도 3과 관련하여 앞서 기술된 바와 같이 탄성중합체층(304)의 표면에 직접적인 부착을 위해 평평한 표면(820)과 평행한 베이스를 제공한다. 도 8a와 관련하여 나타낸 예시적 공정의 경우, 금속층(310)으로서 알루미늄 포일, 중합체층(312) 및 점착층(314)으로 이루어진 다층 구조물을 포함하는 예비성형된 아플리케(824)가 단계 807에서 주조된 탄성중합체에 부착된다. 추가 공정 동안 점착제의 보존을 위한 제거가능한 점착성 안감(826)이 보인다. 그런 다음, 다층 구조물은 상보 툴(816)로부터 제거되고, SMA 팁들(302)를 노출시키는 다층 리블렛 배열 아플리케(825)를 생성한다. 차폐(828)가 팁들 및 탄성중합체에 걸쳐 적용되어 추가 공정 동안 취급을 용이하게 돕는다. 예시적 구현예에서 차폐는 실리콘과 같은 용액 주조 이형성(solution cast releasable) 중합체이거나 또는 롤 공정 동안 적용되는 낮은 점착성 아크릴산 점착제가 있는 Mylar®과 같은 점착성 필름일 수 있다.
완성된 다층 리블렛 배열 아플리케(825)는 그런 다음 단계 808에 나타낸 바와 같이, 점착성 안감(826)을 제거하고 점착층(314)을 항공기 표면(830)에 부착시켜, 비행기 표면(830)에 적용될 수 있다. 그러고 나서, 차폐는 팁들(302)과 탄성중합체층(304)으로부터 제거되어 완성된 리블렛 표면을 제공한다.
본 명세서에 기재된 구현예와 제작공정에서 기술된 바와 같이, 팁용으로 사용된 형상 기억 재료는 팁의 말단은 나노미터 치수를, 베이스는 약 25 마이크론의 치수를 갖는 아주 세밀한 팁 구조물을 허용한다. 팁들이 아주 날카롭긴 하지만, 팁들의 간격이 아주 미세하기 때문에 일반적인 취급 시 설치 기술자들의 자상(cut)을 피할 수 있다.
도 8의 공정에서 개시된 니켈 툴과는 달리 필름/웹 툴을 사용하는 웹 공정이 개시된 구현예의 경우 사용될 수 있다. 예시적 웹 툴은 실리콘 또는 폴리이미드와 같은 고온 중합체를 사용할 수 있다. SMA의 플라즈마 스프레이 및 스퍼터링은 폴리이미드 필름에서 달성될 수 있다. 도 8b에 나타낸 바와 같이, 단계 831에서 생성된 마스터 툴(812)은 원하는 웹 툴(817)을 생성하기 위해 사용된다. 웹 툴(817)은 단계 832에서, 리블렛 형상에 상응하는 홈들(818)을 제공하는 마스터 툴에서의 임프레션에 의해 생성된다. 홈들(818) 사이의 간격은 리블렛(112) 사이에 원하는 치수(118)에 상응하는 평평한 중간 표면(820)을 제공한다. SMA 팁들(302)은 단계 833에서 웹 툴(817) 위에서 전기적-주조되고, 이것은 팁들(302) 사이의 중간 웹(303)을 포함한다. 단계 834에서, 리지스트(822)는 웹 툴(817)에서의 리블렛들의 베이스(306)에 걸쳐 적용된다. 웹(303)을 포함하는 주조된 SMA는 에칭되어 웹(303)을 제공하고 팁들(302)의 베이스(306)을 형상화하고, 그런 다음 리지스트는 단계 805에서 제거되어 웹 툴(817)에서 간격을 갖는 리블렛 팁들(302)을 제공한다. 나타낸 구현예의 경우, 베이스(306)가 리지스트 주변의 에칭에 의해 툴(817)로부터 연장된 양각 내부에 놓인다. 탄성중합체층(304)은 그런 다음 단계 836에서 팁들(302)의 베이스(306)에 걸쳐 주조된다. 선택적 구현예에서, SMA 팁들(302)의 전기적-주조는 도 3과 관련하여 앞서 기술된 바와 같이 탄성중합체 표면에 대한 직접 부착을 위한 평평한 표면(820)과 평행하는 베이스를 제공한다. 도 8b와 관련하여 나타낸 예시적 공정의 경우, 금속층(310)으로서 알루미늄 포일, 중합체층(312) 및 점착층(314)으로 이루어진 다층 구조물을 포함하는 예비성형된 아플리케(824)가 단계 837에서 주조된 탄성중합체에 부착된다. 추가 공정 동안 점착제의 보존을 위한 제거가능한 점착성 안감(826)이 보인다. 완성된 다층 아플리케(829)는 그 후, 단계 838에 나타낸 바와 같이, 점착성 안감(826)을 제거하고 점착층(306)을 표면(830)에 부착함으로써 비행기 표면(830)에 부착될 수 있다. 웹 툴(817)은 그 후 팁들(302)과 탄성중합체층(304)로부터 제거되고, 완성된 리블렛 표면을 제공한다.
또 다른 선택적 웹 공정이 도 8c에 나타나 있다. 도면에서 나타낸 바와 같이, 웹 툴(817)은 단계 841에서 앞서 기술된 바와 같이, 리블렛 형상에 상응하는 홈들(818)을 제공하는 마스터 툴에서 임프레션에 의해 생성된다. 홈들 간격은 리블렛들(112) 사이의 원하는 치수(118)에 상응하는 실질적으로 평평한 중간 표면(820)을 제공한다. 일반적으로 점선(850)으로 표시된 스퍼터링된 금속 코팅이 단계 842에서 웹 툴(817)에 적용되고, 리지스트층(851)이 단계 843에서 스퍼터링된 코팅(850)에 걸쳐 적용된다. SMA 팁들(302)은 그런 다음 단계 844에서 리지스트층(851)에 걸쳐 웹 툴(817) 위에서 전기적-주조된다. 본 방법은 도 8b와 관련하여 기술된 공정의 팁들 사이의 중간 웹을 제거한다. 단계 845에서, 리지스트가 제거된다. 나타낸 구현예의 경우, 베이스(306)가 리지스트에 걸친 전기적-주조에 의해 툴로부터 연장된 양각 내부에 놓인다. 그러고 나서 탄성중합체층(304)이 단계 846에서 리블렛 팁들(302)에 걸쳐 주조된다. 도 8c와 관련해 나타낸 예시적 공정의 경우, 금속층(310)으로서의 알루미늄 포일, 중합체층(312) 및 점착층(314)으로 이루어진 다층 구조물을 포함하는 예비성형된 아플리케(824)가 단계 847에서 주조된 탄성중합체에 부착되고, 상보 툴(816)은 도 8a와 관련하여 앞서 기술된 바와 같이 제거된 뒤 차폐(828)로 교체된다. 추가 공정 동안 점착제의 보존을 위한 제거가능한 점착성 안감(826)이 보인다. 그러고 나서, 완성된 다층 아플리케(829)는 단계 848에 나타낸 바와 같이, 점착성 안감(826)을 제거하고 점착층(314)을 표면(830)에 부착시킴으로써 비행기 표면(830)에 적용될 수 있다. 스퍼터링된 금속 코팅(850) 또한 단계 845에서 리지스트의 제거와 함께 또는 항공기에 적용 후, 팁들 또는 탄성중합체로부터 선택적으로 제거될 수 있다. 스퍼터링된 금속 코팅(850)은 팁들(302) 및/또는 탄성중합체층(304)를 위한 환경 보호 코팅으로서 남을 수 있다.
도 9a는 도 2a와 관련하여 기술된 구현예에서 정의된 바와 같이 리블렛 구조를 위한 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 단계 901에서, 마스터 툴(912)은 도 7과 관련하여 앞서 기술된 바와 같은 방법으로 생성된다. 도 9a에 나타낸 툴(912)은 롤-투-롤 웹 공정에 사용되는 평평한 툴, 롤러 또는 롤링된 필름 툴의 일부일 수 있다. 도 9a에 나타낸 구현예의 경우, SMA가 형상 기억 팁들(202')에 사용된다. 상보 툴(916)은 단계 902에서 마스터 또는 롤링된 필름 툴(912)에서의 임프레션에 의해 생성되는데, 이 임프레션은 리블렛 형상에 상응하는 홈들(918)을 제공한다. 홈들 사이의 간격은 리블렛들 사이에 원하는 치수(118)에 상응하는 실질적으로 평평한 중간 표면(920)을 제공한다. 단계 903에서, SMA 필름 또는 피복재(209)는 상보 툴(916)에 침착되어 형상 기억 팁들(202')과 표면층(204')을 형성한다. 특정 구현예에서, 이형 화합물이 상보 툴(916)의 표면에 적용되어, 툴로부터 팁들(202')과 표면층(204')의 제거를 용이하게 돕는다. 그런 다음, 탄성중합체층(210)이 피복재(209)에 주조되어 단계 904에서 팁들을 위한 지지층과 경량 코어(212)를 둘 다 제공한다. 그러고 나서, 점착층(206)이 단계 905에서 팁들(202') 반대편의 표면층(204')에 적용되어 아플리케(919)를 생성하고, 이어서 이것은 툴로부터 제거된다. 제거가능한 점착성 안감(920)과 완성된 아플리케(919)의 취급을 위한 차폐 필름(921)이, 단계 905에 나타낸 바와 같이, 첨가된다. 항공기 표면(922)에 대한 적용은 단계 906에서 나타낸 바와 같이, 점착성 안감(920)을 제거하고 이어서 아플리케(919)의 점착층(206)을 항공기 표면(922)에 부착시킴으로써 달성된다. 차폐(921)의 제거로 리블렛 아플리케 공정이 완성된다.
도 9b는 도 2a와 관련하여 기술된 구현예에서 정의된 바와 같이 리블렛 구조를 위한 선택적 제조 공정을 나타내는 흐름도이다. 단계 931에서, 마스터 툴(912)이 도 9a와 관련해 앞서 기술된 바와 같은 방법으로 생성된다. 도 9b에 나타낸 툴은 롤-투-롤 웹 공정에 사용되는 평평한 툴, 롤러 또는 롤링된 필름 툴의 일부일 수 있다. 상보 툴(916)은 단계 932에서 리블렛 형상에 상응하는 홈들(918)을 제공하는 마스터 툴(912)에서의 임프레션에 의해 생성된다. 홈들 사이의 간격은 리블렛들(112) 사이의 원하는 치수(118)에 상응하는 실질적으로 평평한 중간 표면(920)을 제공한다. 그런 다음, 코어 층(210)이 상보 툴(916)에 주조되어, 단계 933에서 팁들을 위한 지지층(211)과 경량 코어(212)를 제공한다. 특정 구현예에서, 이형 화합물이 상보 툴(916)의 표면에 적용되어, 툴로부터 코어 층(210)의 제거를 용이하게 돕는다. 그런 다음, 점착층(206)은 단계 934에서 탄성중합성 팁 코어(212) 반대편의 코어 층(210)에 적용된다. 완성된 아플리케의 취급을 위한 제거가능한 점착성 안감(922)이 단계 934에서 또한 나타낸 바와 같이 첨가된다. 점착제 및 안감의 추가 전에 수행될 수 있는 단계 935에서, 코어 층(210)이 상보 툴(916)로부터 제거되고, 필름 또는 피복재(209)가 스퍼터링 또는 선택적 침착 기법에 의해 코어 층(210)에 침착되어, 형상 기억 팁들(202')과 표면층(204')를 형성한다. 다양한 구현예에서, 코어 층(210)은 형상 기억 특성 또는 SMA를 가졌거나 또는 가지지 않은 탄성중합체일 수 있다. 이와 유사하게, 피복재(209)는 SMA일 수 있고, 또는 코어가 형상 기억 탄성중합체 또는 SMA일 경우, 피복재는 강성 금속이거나 또는 니켈, 크롬, 유리, 세라믹, 실리콘 카바이드 또는 실리콘 나이트라이드와 같은 다른 재료일 수 있다. 선택적으로, 피복재(209)는 무정형 금속일 수 있다. 피복재(209)는 또한 다층 또는 간섭 필름, 예를 들어 색 및 장식 효과를 위해 사용되는 산화물층일 수 있다. 이러한 간섭 필름은 표면에 침착되거나 또는 표면의 SMA 또는 다른 금속의 변형일 수 있다. 항공기 표면(824)에 대한 적용은 단계 936에 나타낸 바와 같이 점착성 안감(922)을 제거하고 이어서 점착층(206)을 항공기 표면(924)에 부착시킴으로써 달성된다.
더욱 특별히, 도 10 및 도 11을 참조하여, 본 명세서에 기재된 형상 기억 리블렛의 구현예 및 이들의 제작방법은 도 10에 나타낸 항공기 제조 및 서비스 방법(1000)과 도 11에 나타낸 항공기(1102)의 컨텍스트에 기재될 수 있다. 예비-생산 중, 예시적 방법(1000)은 항공기의 명세서와 고안(1004) 및 재료 조달(1006)을 포함할 수 있다. 생산 중, 항공기의 성분 및 하부부품 제조(1008) 및 시스템 통합(1010)이 일어난다. 리블렛 아플리케와 이들의 제조방법은 생산, 보완 및 하부부품 제조 단계(1008)의 일부로서 그리고/또는 시스템 통합(1010)의 일부로서 본 명세서에 기술된 바와 같이 수행된다. 그러고 나서, 항공기는 인증과 납품(1012)을 거치고 난 후, 사용된다(1014). 고객에 의해 사용되는 동안, 항공기(1002)는 정기 점검 및 서비스(1016)를 위해 일정관리된다(이것은 또한 변형, 재구성, 리모델링 등을 포함할 수 있다). 본 명세서에 기재된 바와 같이 리블렛 아플리케는 또한 정기 점검 및 서비스(1016)의 일부에 따라 제작되고 적용될 수 있다.
방법(1000)의 각각의 공정은 시스템 병합, 제3자 및/또는 운영자(예를 들면, 고객)에 의해 수행되거나 실시될 수 있다. 이 설명을 위해, 시스템 통합은 제한됨 없이, 다수의 항공기 제조사 및 주요 시스템 하청업자를 포함하고; 제3자는 제한됨 없이 다수의 판매원, 하청업자 및 공급자를 포함하고; 그리고 운영자는 항공사, 임대회사, 군 기관, 서비스 조직 등일 수 있다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 예시적 방법(1000)으로 생산된 항공기(1102)는 도 1과 관련하여 기재된 바와 같이 표면(111)을 갖는 기체(airframe)(1118)와 다수의 시스템(1120) 및 내부 장식(1122)을 포함할 것이다. 상부 시스템(1120)의 예는 하나 이상의 추진 시스템(1124), 전기 및 항공 시스템(1126), 유압 시스템(1128) 및 환경 시스템(1130)을 포함한다. 다수의 다른 시스템이 포함될 수 있다. 본 명세서에 기재된 구현예에 의해 뒷받침되는 형상 기억 리블렛은 기체(1118), 특히 외장의 마감 및 외부 표면의 일부일 수 있다. 비록 우주항공 산업의 예를 들었지만, 본명세서의 원리는 자동차 산업 및 해양/선박 사업과 같은 다른 산업에도 적용될 수 있다.
본 명세서에서 구현된 장치 및 방법은 생산 및 운영 방법(1000)의 하나 이상의 단계 중에서 적용될 수 있다. 예를 들면, 생산 공정(1008)에 상응하는 구성 성분들 또는 하부부품들은 항공기(1102)의 사용 중 생산된 구성 성분 또는 하부부품과 유사한 방법으로 제작 또는 제조될 수 있다. 또한 하나 이상의 장치 구현예, 방법 구현예 또는 그들의 조합이 항공기(1102)의 비용의 감소 또는 실질적으로 신속한 조립에 의한 생산 단계들(1008 및 1010) 동안 이용될 수 있다. 유사하기는 하나 이상의 장비 구현예, 방법 구현예 또는 이들의 조합이, 제한됨 없이 예를 들면 항공기(1102)의 운항 중 유지 및 서비스(1016)를 위해 이용될 수 있다.
지금까지 특허법에 의해 요구되는 바와 같이 다양한 구현예에서 상세히 기재하였고, 본 분야의 당업자들은 본 명세서에 기재된 특정 구현예에 대한 변형 및 대체를 인식할 것이다. 이와 같은 변형은 다음의 청구범위에 정의된 바와 같이 본 기재의 범위 및 의미에 포함된다.

Claims (15)

  1. 리블렛 배열용 다층 구조물로,
    리블렛을 갖는 재료로 구성되는 제1층, 제1층 재료가 형상 기억성이고; 그리고
    표면에 대한 점착능을 갖는 제2의 특징을 나타내는 재료로 구성되는 제2층을 포함하되;
    제1층이 팁들을 맞물리게 하는 탄성중합체층을 포함하고 추가로 탄성중합체층에 침착되는 점착층을 포함하고,
    추가로 탄성중합체층과 점착층 사이에 있는 금속층 및 중합체층을 포함하는 리블렛 배열용 다층 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 리블렛이 형상 기억성인 다수의 팁들을 포함하고; 그리고 상기 제2층이 미리 정해진 간격의 상기 형상 기억 팁들을 지지하는 중합체층을 포함하고, 상기 중합체층이 차량 표면에 부착되는 것인 리블렛 배열용 다층 구조물.
  3. 제2항에 있어서, 팁들이 구리-아연-알루미늄-니켈, 구리-알루미늄-니켈, 니켈-티타늄(NiTi) 및 니켈-없는 가탄성(pseudo-elastic) 베타 티타늄 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 형상 기억 합금(SMA) 재료로 형성되는 것인 리블렛 배열용 다층 구조물.
  4. 제2항에 있어서, 제1층이 팁들과 연속으로 주조된 표면층을 포함하는 것인 리블렛 배열용 다층 구조물.
  5. 제4항에 있어서, 다층 아플리케를 형성하기 위해, 추가로 팁들 반대편의 표면층에 침착되는 중합체 지지층을 포함하고, 추가로 중합체 지지층에 침착되는 점착층을 포함하고, 상기 점착층은 아플리케를 차량 표면에 부착시키는 것인 리블렛 배열용 다층 구조물.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 각각의 팁들이 베이스에 병합되고, 각각의 베이스가 탄성중합체층에 임베드되는 것인 리블렛 배열용 다층 구조물.
  9. 제2항에 있어서, 각각의 팁이 세로 방향으로 분활된 리블렛 배열용 다층 구조물.
  10. 청구항 제1항에 기재된 리블렛 배열용 다층 구조물을 이용해서 리블렛 배열을 제작하기 위한 리블렛 배열의 제작방법으로:
    원하는 리블렛 배열에 상응하는 돌기들을 갖는 마스터 툴을 형성하고:
    상기 마스터 툴로부터 상보 툴을 형성하고;
    상보 툴에 다수의 형상 기억 팁들을 침착시키고;
    상보 툴로부터 형상 기억 팁들을 제거하고;
    형상 기억 팁들 반대편의 중합체층을 침착시키고;
    중합체층에 점착층을 침착시키고; 그리고
    형상 기억 팁들을 공기역학적 표면에 부착하는 것을 포함하는 제작방법.
  11. 제10항에 있어서, 추가로
    팁들을 서로 분리하기 위해 상보 툴에 대해 리지스트를 적용하고; 그리고
    형상 기억 팁들을 에칭한 후 연이어 리지스트를 제거하는 것을 포함하는 제작방법.
  12. 제10항에 있어서, 다수의 형상 기억 팁들을 침착시키는 단계가 다수의 팁들과 피복재로서의 중간 표면층의 주조를 포함하고, 추가로 탄성중합체층을 피복재에 주조하는 것을 포함하는 것인 제작방법.
  13. 제10항에 있어서, 다수의 형상 기억 팁들을 침착시키는 단계가 형상 기억 팁들을 상보 툴에 전기적-주조하는 것을 포함하는 것인 제작방법.
  14. 제10항에 있어서, 상보 툴이 웹 툴이고, 추가로 형상 기억 팁들을 웹 툴에 침착시키기 전에 웹 툴에 금속 코팅을 스퍼터링하는 것을 포함하는 것인 제작방법.
  15. 제14항에 있어서, 추가로 스퍼터링된 금속 코팅에 걸쳐 리지스트를 적용하는 것을 포함하고, 형상 기억 팁들을 침착시키는 단계가 웹 툴에서 스퍼터링된 금속 코팅에 형상 기억 팁들을 전기적-주조하는 것을 포함하는 것인 제작방법.
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