KR101858274B1 - 쉘 구조물을 결합하기 위한 원주 스플라이스 - Google Patents

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Abstract

개시된 쉘 구조물 스플라이스와 방법은 제1에지를 포함하는 제1패널과, 스플라이스 조인트를 형성하기 위하여 제1에지와 에지방향으로 정렬되어 위치된 제2에지를 갖는 제2패널, 스플라이스 조인트를 연결하고 또 제1패널 및 제2패널에 부착된 스트랩을 포함하고서, 스트랩이 제1경사영역과 제2경사영역을 갖고, 제1이음부재이 경사섹션과 편평한 섹션을 포함하고 경사섹션이 스트랩의 제1경사영역에 부착되며, 제2이음부재이 경사섹션과 편평한 섹션을 포함하고 경사섹션이 스트랩의 제2경사영역에 부착된다.

Description

쉘 구조물을 결합하기 위한 원주 스플라이스{Circumference splice for joining shell structures}
본 개시는 일반적으로 쉘(shell)구조물의 결합에 관한 것으로, 더 구체적으로는 항공기의 동체 섹션과 같은 쉘 구조물의 인접한 섹션들을 서로 결합하기 위한 스플라이스(splice)조인트에 관한 것이다.
대형 항공기의 주된 (primary)구조부재는 일반적으로 금속 또는 복합재 재료로부터 만들어진다. 예컨대, 그러한 항공기의 동체(fuselage) 쉘은 일반적으로 고강도 알루미늄 합금 또는 비교적 높은 강도-대-중량비를 갖는 섬유보강 수지재료로부터 제조된다.
항공기는 2개 이상의 동체, 즉 쉘 섹션을 포함할 수 있고, 쉘 섹션들은 동체 섹션들을 서로 연결하고 또 완성된 동체 구조물을 형성하기 위하여, 스플라이스 조인트에서 원주방향으로 서로 연결(bridge)되고 또 체결된다. 통합 조인트를 정확하게 설치하기 위하여, 동체 섹션들은 정렬되고 또 연결 스플라이스 플레이트들과 아래에 놓인 쉘 구조물을 통해 정렬구멍들이 천공된다. 예컨대, 인접한 동체 섹션들은, 동체의 내부에 위치되고 또 인접한 동체 섹션 스트링거(stringer)들 사이를 연결하는 프레임 또는 격벽(bulkhead)으로 이루어진 스플라이스에 의해 결합될 수 있다. 복수의 이음부재(fitting)들이 프레임을 통해 연장하고 또 동체 섹션의 연속성(continuity)을 촉진한다. 다른 예로서, 인접한 동체 섹션들은, 이 인접한 동체 섹션들 사이의 경계면을 연결하기 위하여 한쌍의 인접한 동체 섹션들 사이에 부착된 복수의 스플라이스 이음부재과 스플라이스 플레이트에 의해 서로 통합될 수 있다. 일반적으로 스플라이스 플레이트는 편평하고 또 스플라이스 조인트를 가로 질러 연장하는 편평한 스플라이스 코드(chord)를 형성한다. 스플라이스 조인트의 타입에 따라, 조립체는 프레임에 배치된 복수의 작은 구멍(mouse hole) 또는 스플라이스 이음부재을 통해 연장하는 격벽을 필요로 할 수 있다.
일반적으로, 스플라이스 이음부재은 티타늄과 같은 금속재료로 형성될 수 있다. 티타늄은 비교적 값비싼 재료이기 때문에, 티타늄 스플라이스 이음부재과 관련된 재료 및 제조비용은 항공기 생산과 관련된 비용을 증가시킬 수 있다. 또한, 동체 섹션들은 프레임을 동체 섹션들에 연결하기 위하여 프레임을 통해 연장하는 복수의 파스너(fastner)와 이음부재들을 동체 섹션들에 연결하기 위하여 스플라이스 이음부재들을 통해 연장하는 복수의 파스너에 의해 서로 결합될 수 있다. 파스너들을 설치하기 위해서는, 파스너들을 수용하기 위하여 스플라이스를 통하여 복수의 부착구멍이 천공되어야 한다. 그러한 조립공정의 결점은, 티타늄 스플라이스 이음부재들을 포함하는 이질적인 재료 적층체를 통한 구멍의 천공작업이 상당한 시간이 걸린다는 것이고, 이에 따라 동체 섹션들을 조립하기 위해 필요한 시간뿐만 아니라 그러한 조립과 관련된 노동비용을 증가시킨다. 또한, 티타늄 또는 다른 금속재료로 만들어진 스플라이스 이음부재을 통해 천공된 구멍들은 일반적으로 분리되고 또 마무리 제거(debur)될 부위들을 필요로 하고, 이에 따라 동체의 조립과 관련된 시간 및 비용을 추가하게 된다. 그러한 조립공정의 다른 결점은 동체 섹션을 정렬하고 또 조인트 경계면을 따라 스플라이스 이음부재을 맞추기 위하여 심(shim)을 필요로 할 수 있고, 이에 따라 시간과 비용을 더 많이 추가하게 된다.
따라서 당업자는 쉘 구조물의 결합분야에서, 특히 항공기 조립분야에서 연구 및 개발노력을 계속한다.
본 발명의 목적은, 적은 시간과 비용으로 쉘 구조물의 인접한 섹션들을 서로 결합할 수 있는 스플라이스 조인트를 제공하는 것이다.
하나의 실시예에서, 개시된 쉘 구조물 스플라이스는, 제1에지를 갖는 제1패널과, 제1패널에 부착되고 또 제1에지 너머로 연장하면서 제1경사영역(tapered region)을 갖는 스트랩(strap) 및, 경사섹션(taped sectiopn)과 편평한 섹션을 갖추고 경사섹션이 스트랩의 제1경사영역에 부착된 제1이음부재을 포함할 수 있다. 스트랩에 프레임이 선택적으로 연결된다.
다른 실시예에서, 개시된 쉘 구조물 스플라이스는, 제1에지를 갖는 제1패널과, 스플라이스 조인트를 형성하기 위하여 제1에지와 에지방향으로 정렬되어 위치된 제2에지를 갖는 제2패널, 스플라이스 조인트를 연결하고 또 제1패널과 제2패널에 부착되면서 제1경사영역과 제2경사영역을 갖는 스트랩, 스트랩의 제1경사영역에 부착된 경사섹션과 편평한 섹션을 갖는 제1이음부재 및, 스트랩의 제2경사영역에 부착된 경사섹션과 편평한 섹션을 갖는 제2이음부재을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 쉘 구조물의 인접한 패널들을 결합하기 위한 개시된 스플라이스는, 제1측면과, 제2측면, 일반적으로 편평한 중간영역, 이 중간영역에 인접하여 제1측면에 인접하게 아래방향으로 연장하는 제1경사영역 및 중간영역에 인접하여 제2측면에 인접하게 아래방향으로 연장하는 제2경사영역을 갖는 스트랩과, 스트랩의 제1경사영역에 부착된 경사섹션과 편평한 섹션을 갖는 제1이음부재 및, 스트랩의 제2경사영역에 부착된 경사섹션과 편평한 섹션을 갖는 제2이음부재을 포함할 수 있다. 스플라이스 스트랩의 중간의 편평한 섹션에 Z-섹션 또는 C-섹션 프레임이 부착될 수 있다.
다른 실시예에서, 개시된 내용은 쉘 구조물를 결합하는 방법으로서, 이 방법은, (1) 제1에지를 갖는 쉘 구조물의 제1패널을 제공하는 단계와, (2) 제1경사영역과 제2경사영역을 갖는 스트랩을 제공하는 단계, (3) 제1경사영역이 제1패널에 인접하고 또 제2경사영역이 제1에지로부터 바깥으로 연장하도록 제1에지에 인접하여 스트랩을 위치시키는 단계, (4) 스트랩을 제1패널에 부착하는 단계, (5) 경사섹션과 편평한 섹션을 갖춘 제1이음부재을 제공하는 단계, (6) 경사섹션이 스트랩의 제1경사영역에 인접하고 또 편평한 섹션이 제1패널에 인접하도록 제1이음부재을 위치시키는 단계, (7) 제1이음부재을 스트랩에 부착하는 단계 및, (8) 제1이음부재을 제1패널에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 개시된 내용은 쉘 구조물를 결합하는 방법으로서, 이 방법은, (1) 제1에지를 갖는 쉘 구조물의 제1패널을 제공하는 단계와, (2) 제1경사영역과 제2경사영역을 갖는 스트랩을 제공하는 단계, (3) 제1경사영역이 제1패널에 인접하고 또 제2경사영역이 제1에지로부터 바깥으로 연장하도록 제1에지에 인접하여 스트랩을 위치시키는 단계, (4) 스트랩을 제1패널에 부착하는 단계, (5) 경사섹션과 편평한 섹션을 갖춘 제1이음부재을 제공하는 단계, (6) 경사섹션이 스트랩의 제1경사영역에 인접하고 또 편평한 섹션이 제1패널에 인접하도록 제1이음부재을 위치시키는 단계, (7) 제1이음부재을 스트랩에 부착하는 단계 및, (8) 제1이음부재을 제1패널에 부착하는 단계, (9) 제2에지를 갖는 쉘 구조물의 제2패널을 제공하는 단계, (10) 제1 및 제2에지가 에지방향으로 정렬되어 스플라이스 조인트를 형성하고 또 재2경사섹션이 제2패널에 인접하고 또 스트랩이 스플라이스 조인트를 연결하도록 제1패널에 인접하여 제2패널을 위치시키는 단계, (11) 스트랩을 제2패널에 부착하는 단계, (12) 경사섹션과 편평한 섹션을 갖춘 제2이음부재을 제공하는 단계, (13) 경사섹션이 스트랩의 제2경사영역에 인접하고 또 편평한 섹션이 제2패널에 인접하도록 제2이음부재을 위치시키는 단계, (14) 제2이음부재을 스트랩에 부착하는 단계 및, (15) 제2이음부재을 제2패널에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.
결합된 접합표면의 다른 실시예들은 이하의 상세한 설명과, 첨부도면 및 특허정구범위로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 개시에 따라 조립된 항공기의 사시도이다.
도 2는 도 1의 항공기의 복수의 동체 섹션의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 항공기의 인접한 동체 섹션 사이의 스플라이스 조인트의 부분 사시도이다.
도 4는 도 3의 스플라이스 조인트의 단일 스플라이스의 부분 사시도이다.
도 5는 도 4의 스플라이스의 부분적으로 분해된 측면 사시도이다.
도 6은 도 4의 스플라이스의 부분적으로 분해된 평면 사시도이다.
도 7은 도 4의 스플라이스의 평면도이다.
도 8은 도 4의 스플라이스의 측면도이다.
도 9는 스플라이스의 부분적으로 분해된 사시도이다.
도 10은 개시된 스플라이스의 스플라이스 플레이트의 단면도이다.
이하의 상세한 설명은, 개시의 특정한 실시예를 도시하는 첨부도면들을 참조한다.다른 구조 및 작동을 갖는 다른 실시예들은 본 개시의 범위로부터 벗어나지 않는다. 동일한 참조부호는 다른 도면에서 동일한 요소 또는 구성부품을 나타낸다.
도 1과 2를 참조하면, 항공기(100)는 복수의 동체 섹션(104)(동체 섹션(104a-e)로 개별적으로 표기됨)을 갖는 동체(102)를 포함할 수 있다. 동체 섹션(104)들은 대응하는 복수의 스플라이스 조인트(106)(스플라이스 조인트(106a-e)로 개별적으로 표기됨)에 의해 서로 결합될 수 있다.
각 동체 섹션(104)은 동체(102)의 세로축(A)주위로 360°연장하는 복합재 표피(108)를 포함할 수 있다. 본 개시를 통해, 용어 "동체 섹션"은 축 주위로 360°연장하는 임의의 쉘 구조물을 지칭하기 위하여 편의상 사용된다. 동체 섹션(104)은 일반적으로 원통형 구조물에 한정되지 않고 원형, 타원형, 긴 원형, 계란형, 직선형, 경사형 또는 다른 단면 형상을 갖는 구조물을 포함할 수 있음이 당업자에 의해 인식될 수 있다. 또한, 당업자는 동체 섹션(104)이, 표피(108)들이 축 주위로 360°에 대하여 연속해서 연장하는 단일편(one-piece) 표피인 단일편 섹션이거나 완전한 360°동체 섹션(104)을 형성하기 위하여 서로 결합된 하나 이상의 표피 분할편(segment)으로부터 형성될 수 있음을 알 수 있다.
동체(102)는 복수의 승객 시트를 고정지지하도록된 객실(cabin)을 더 포함할 수 있다. 각 동체 섹션(104)은, 객실에 착석한 승객들에게 항공기(100)외부를 볼 수 있도록 하기 위하여 복수의 창문 절개부(도시 안됨)를 포함할 수도 있다. 동체(102)는 승객 도어, 화물 도어, 안테나와 같은 것을 포함할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 일반적으로 10으로 표기된 스플라이스는, 인접하게 위치된 한쌍의 동체 섹션(104)을 연결하고 또 구조적으로 결합하여 그들 사이에 스플라이스 조인트(106)를 형성할 수 있다. 본 도면은 동체(102)내부로부터 스플라이스 조인트(106)의 일부에서 바깥으로 본 것이다. 스플라이스(10)들은 동체 섹션(104)의 대향된 단부에 일반적으로 위치된다. 스플라이스(10)는 동체 섹션(104)들을 통합하고 또 얻어진 동체(102)에 강성 및 안정성을 제공하기 위하여 동체 섹션(104)의 내부에 위치될 수 있다. 도 3에서 원주방향으로 연장하는 스플라이스(10)의 단지 일부가 도시되지만, 스플라이스는 동체 섹션(104)의 전체 내부 원주에 대하여 연장하거나 단지 동체 섹션(104)의 하나 이상의 부위에 대하여 연장할 수 있다.
각 동체 섹션(104)은 패널(110)(제1패널(110a)과 제2패널(110b)로 각각 표기됨)을 포함할 수 있다. 제1동체 섹션(104a)은 제1패널(110a)을 포함할 수 있고 또제2동체 섹션(104b)은 제1패널(110a)과 에지방향으로 정렬되어 위치된 제2패널(110b)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 패널(110)들은 항공기 동체 섹션의 공지된 패널 부위와 구조 및 기능에서 적어도 일반적으로 유사할 수 있다. 예컨대, 패널(110)은 표피(108)에 부착된 복수의 보강재 또는 스트링거(114)들을 포함할 수 있다. 표피(108)는 동체 섹션(104)의 외부 표면을 형성하기 위하여 복수의 스트링거(114)를 덮고 또 이에 부착될 수 있다.
도 4-8을 참조하면, 각 스트링거(114)는 표피(108)로부터 돌출하는 융기부(116)와 표피(108)에 직접 부착된 복수의 플랜지부(118)를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 스트링거(114)들은 일반적으로 "U"형상 단면을 가질 수 있다. 그러나 스트링거(114)는 "L"형상, "C"형상, 역"T"형상, "I"형상 등을 포함하는 다른 단면형상을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 패널(110)들은 지지부재들 또는 스트링거(114)의 플랜지부(118)에 대응하는 오프셋(offset)과 같은 다른 특징부를 포함할 수 있다.
하나의 스트링거(114)의 플랜지부(118)가 인접한 스트링거(114)의 대응하는 플랜지부(118)와 정렬되도록, 스트링거(114)들이 표피(108)상에 위치될 수 있다. 이러한 방식으로 플랜지부(118)를 정렬함으로써, 플랜지부(118)들은 스트링거(114)들의 융기부(116)들 사이에서 연장하는 적어도 개략적으로 연속적인 복수의 지지표면을 형성할 수 있다. 도시된 바와 같이, 다른 실시예에서 스트링거(114)들은 하나의 스트링거(114)의 플랜지부(118)가 인접한 스트링거(114)의 대응하는 플랜지부 (118)로부터 원주방향으로 오프셋(또는 그렇지 않으면 이격)되도록 표피(108)상에 이격될 수 있다.
도 4-8을 참조하면, 이들 도면은 개시된 스플라이스(10)를 더 명확히 설명하기 위하여 스플라이스 조인트(106)의 분할편을 도시한다. 스플라이스(10)는 동체 섹션(104)의 스플라이스 조인트(106)를 중심으로 적어도 부분적으로 원주방향으로 연장하는 스트랩(12)을 포함할 수 있다. 스트랩(12)은 동체(102)의 세로방향으로 형성된 폭을 가질 수 있고, 이 폭은 양쪽의 인접한 동체 섹션(104)의 부위들을 가로질러 연결하고 겹치기에 충분하다.
스트랩(12)은 인접한 패널(110)들의 표피(108)와 접촉하는 바닥표면(14)을 포함할 수 있다. 바닥 표면(14)은 굴곡될 수 있고 또 바닥 표면의 곡률은 동체(102)(도 2)의 곡률에 대응할 수 있다. 편평한 바닥표면(14)이 또한 고려된다.
스트랩(12)의 대향 측면(16)(도 4와 5에서 제1측면(16a)과 제2측면(16b)으로 각각 표시됨)은 스플라이스 조인트(106)로부터 벗어나게 연장할 수 있고 또 표피(108)의 에지(120)(도 4와 5에서 제1에지(120a)과 제2에지(120b)으로 각각 표시된)에 부착될 수 있다. 스플라이스 스트랩(12)의 정상부 표면(18)은 일반적으로 편평한 중간영역(20)과, 인접한 중간영역(20)(즉, 중간영역에서 또는 가까이)으로부터 인접한 측면(16)으로 연장하는 대향하는 아래쪽으로 경사진 영역(22)(도 4-6에서 제1경사영역(22a)과 제경사영역(22b)으로 각각 표시됨)을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 설명된 바와 같이, 스플라이스 스트랩(12)은 일반적으로 등각 (isosceles)사다리꼴 단면 형상을 가질 수 있고; 그러나 스트랩(12)은 다른 일반적인 사다리꼴 형상 도는 다른 다각형 형상을 가질 수 있음이 당업자에 의해 인식될 수 있다.
여기에 더 상세히 기재되는 바와 같이, 하나의 실시예에서, 스트랩(12)은 금속 스플라이스 부위들을 사용하는 통상적인 스플라이스들과 비교하여 재료비용, 중량 및 천공 및 조립시간을 감소하면서 인접한 동체 섹션(104)을 구조적으로 결합하기 위하여 필요한 강성 및 안정성을 제공하기 위하여, 탄소섬유 보강 폴리머 (CFRP), 복합재 섬유보강 폴리머, 그라파이트-에폭시 또는 유사한 재료와 같은 복합재 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 스트랩(12)은 알루미늄, 티타늄, 강철 등과 같은 금속 재료를 포함하는 다른 재료들을 포함할 수 있다.
스트랩(12)은 패널(110)들을 서로 결합하기 위하여, 제1패널(110a)의 표피(108)의 인접한 제1에지(120a)와 제2패널(110b)의 표피(108)의 인접한 제2에지(120b)에 부착될 수 있다. 스트랩(12)은 스플라이스 조인트(106)주위에, 연속해서 또는 적어도 대체로 연속해서 연장할 수 있다. 대신에, 스트랩(12)은 스플라이스 조인트(106)주위에 분할될 수 있다; 예컨대, 스플라이스 조인트(106)는 스트랩(12)의 복수의 분할편을 포함할 수 있다. 스트랩(12)은 동체(102)의 외부에 매끄러운 공기역학적인 표면을 유지하기 위하여 각 표피(108)의 내부 측면에 부착될 수 있다. 스트랩(12)은 스트랩(12)과 표피(108)을 통하여 연장하는 복수의 파스너에 의해 표피(108)에 부착될 수 있다. 대신에, 스트랩(12)은 표피(108)에 접합되거나 표피(108)에 접합 및 체결될 수 있다.
스트랩(12)은 적어도 대체로 표피(108)와 같은 두께일 수 있지만, 스트링거 (114)들의 인접한 플랜지부(118)보다는 더 두껍다. 하나의 실시예에서, 도시된 바와 같이, 스트링거(114)들은 표피(108)의 에지(120)까지 완전히 연장하지 않고 또 스트랩(12)의 측면(16)들은 스트링거(114)들의 말단 단부에 인접하여 연장한다. 다른 실시예들에서, 스트링거(114)들은 표피(108)의 에지(120)까지 연장하고 또 끝날 수 있다. 인접한 표면들 사이에 단차(step)를 회피할 필요가 있다면, 스트랩(12)에 인접한 플랜지부(118)상에 심(shim)패드 또는 필러(도시 안됨)들이 위치될 수 있다. 필러들은 복합재 재료, 금속 재료 또는 유사한 재료들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 스트랩(12), 표피(108) 및 플랜지부(118)들은 필러들이 필요하지 않을 수 있도록 다른 상대 두께를 가질 수 있다.
스플라이스(10)는, 스트랩(12)에 배치되고 또 스플라이스 조인트(106)로부터 벗어나는 세로방향으로 연장하는 복수의 스플라이스 이음부재((24)(제1 이음부재 (24a)과 제2 이음부재(24b)으로 각각 표시됨)을 포함할 수도 있다. 각 이음부재 (24)은 제1단부(26)와, 제2단부(28) 및 세로 측면(30)들을 포함할 수 있다. 이음부재(24)의 베이스(32)는 제1단부(26)에 인접하여 연장하는 위쪽 방향의 경사섹션 (34)과 이 경사섹션(34)에 인접하여 제2단부(28)에 인접하게 연장하는 일반적으로 편평한 섹션(36)을 포함할 수 있다. 이음부재(24)은, 스트랩(12)을 형성하는 동일한 복합재와 같이, 탄소섬유 보강 플라스틱 또는 유사한 재료와 같은, 복합재 재료로 형성될 수 있다. 대신에, 이음부재(24)은 금속 또는 금속합금으로부터 형성될 수 있다.
도시된 실시예에서, 이음부재(24)의 위쪽방향의 경사섹션(34)은, 스트랩(12)의 아래쪽 방향의 경사영역(22)의 각도에 대하여 이에 대응하여 상보적인(complementary: 즉, 대향하는) 위쪽방향 각도를 포함할 수 있어서, 바닥표면 (32)의 경사섹션(34)이 스트랩 상부표면(18)의 경사영역(18)과 직접 접촉할 수 있다. 경사섹션(34)은 동체(102)의 세로방향으로 형성된 바와 같은 폭을 가질 수 있고, 이는 스트랩(12)의 경사영역(22)을 가로 질러 연장하고 또 그 위에 놓이기에 충분하다. 이음부재(24)의 편평한 섹션(36)은 패널(110)의 표피(108)위에 놓이도록 스트랩(12)의 측면(16)너머로 연장할 수 있다. 이음부재(24)은 스트랩(12)의 양쪽 경사영역(22)에 부착될 수 있어서, 인접한 동체 섹션(104) 위에 놓이도록 스플라이스 조인트(106)로부터 벗어나서 스트랩(12)의 대향된 측면(16)너머로 세로방향으로 연장한다.
설명된 실시예에 도시된 바와 같이, 각 이음부재(24)은 스트랩(12)의 측면(16)들 너머로 연장하는 제1 길이방향 부재(38)와 제2 길이방향 부재(40)를 포함할 수 있다. 일반적으로, 길이방향 부재(38, 40)들은 이음부재재(24)의 편평한 섹션(36)을 형성할 수 있다., 세로방향으로 연장하는 부재(38, 40)들은 각 패널(110)의 스트링거(114)의 적어도 일부 위에 놓이고 또 이를 수용하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 하나의 실시예에서, 각 길이방향 부재(38, 40)가 서로 이격되고 또 각 스트링거(114)위에 놓일 수 있도록 일반적으로 "U"형상일 수 있다. 본 실시예의 이음부재(24)들은 스트랩(12)의 경사영역(22)의 폭을 가로 질러 연장하는 경사섹션(34)과 스트랩(12)의 측면(16) 너머로 경사섹션(34)으로부터 바깥으로 연장하는 길이방향 부재(38, 40)를 포함할 수 있다. 그러나 이음부재재(24)의 경사섹션(34)은 스트랩(12)의 경사영역(22)에 대하여 다른 폭을 가질 수 있고 또 그렇게 하여 이음부재재(24)의 경사섹션(34)이 스트랩(12)의 경사영역(22)의 전체 폭을 가로질러 연장할 필요가 없을 수 있다. 대신에, 이음부재재(24)의 경사섹션(34)은 다른 실시예들에서, 스트랩(12)의 경사영역(22) 너머로 연장할 수 있다.
다른 실시예들에서, 이음부재재(24)의 편평한 섹션(36)은 스트랩(12)의 측면(16)너머로 연장하는 하나의 길이방향 부재를 포함할 수 있다. 그러한 실시예에서, 편평한 섹션 (36)은 인접한 스트링거(114)의 융기부(116)들 사이에 맞추기 위하여 적절한 사이즈로, 즉 세로방향 측면(30)사이의 거리로 될 수 있다.
스플라이스(10)는 스트랩(12)의 서로 다른 원주방향으로 이격된 부위들 위에 놓이는 복수의 이음부재재(24)를 포함할 수 있다. 복수의 이음부재재(24)는, 스트랩 (12)의 일부가 이음부재재(24)에 의해 덮여지지 않고 또 이웃하는, 인접한 이음부재재 (24) 사이에서 노출 또는 보일 수 있도록 원부방향으로 서로 이격될 수 있다. 이와 같이, 스트랩(12)은, 이 스트랩(12)이 동체 섹션(104)의 표피(108)에 적절하게 고정유지되는 지를 확인하기 위하여 시각적으로 검사될 수 있다. 대신에, 복수의 이음부재재(24)는 전체 스트랩(12)이 이음부재재(24)에 의해 덮여질 수 있도록 원주방향으로 서로에 대하여 맞대기 이음될 수 있다.
도시된 실시예에서, 각 이음부재재(24)는 경사섹션(34)과 편평한 섹션(36)으로 형성된 베이스(32)와 대향하는 직립에지(42)(제1직립에지(42a)와 제2직립에지(42b)로 각각 표기됨)를 포함하는 채널 또는 "U"형상 단면을 가질 수 있다. 제1직립에지 (42a)는 제1세로측면(30a)을 향하여 위치되고 또 제2직립에지(42b)는 제2세로측면 (30b)을 향하여 위치된다. 다른 실시예들에서, 이음부재재(24)는 "C"형상, "L"형상, 거꾸로된 "Π(파이)"형상 및 편평한한 형상을 가질 수 있다.
직립에지(42)는 이음부재(24)에 강성을 추가할 수 있고 또 이음부재(24)의 편평한 섹션(36)의 치수 및 스트링거(114)들의 이격거리에 따라 스트링거(114)들의 융기부(116)에 인접하여 위치될 수 있다. 직립에지(42)는 특히 압축하중 하에서, 스플라이스 조인트(106)의 안정성을 증가시킬 수 있다.
만일 분할된 스트랩(12)이 사용된다면, 이음부재(24)들은 인접한 스트랩 분할편들을 위한 스플라이스 플레이트로도 사용될 수 있다. 개시된 스플라이스 조인트(106)의 이점은 스트링거(114)들의 단부들이 개방되어 남는다는 것이고, 이는 응축 및 다른 원인에 의해 야기된 습기가 충분한 배수를 위해 스트링거(114)를 떠날 수 있도록 한다.
개시된 스플라이스 조인트(106)의 또 다른 이점은 대향하는 스트링거(114)들의 융기부(116)들이 스플라이스 조인트(106)를 가로 질러 서로 접속되지 않는다는 것이고, 이는 융기부(116)들이 완전한 정렬로 되지 않아도 되기 때문에 이음부재 (24)들이 비교적 쉽게 설치될 수 있게 한다. 추가로, 스트랩(12)의 양쪽 측면(16)을 따라 이음부재(24)들의 위치를 이동 또는 조정하는 능력은, 만일 대향하는 스트링거(114)와 완전하게 정렬되지 않으면, 길이방향 부재(38, 40)들이 스트링거(114)의 융기부(116)를 수용하는 것을 허용한다.
스플라이스(10)는 인접한 동체 섹션(104)사이에서 스플라이스 조인트(106)의 적어도 일부를 중심으로 원주방향으로 연장하는 프레임(44)을 선택적으로 포함할 수 있다. 프레임(44)은 일반적으로 세로로 대향된 이음부재(24)사이에서 스트랩 (12)의 중간영역(20)위에 놓이도록 위치될 수 있다. 도시된 실시예에서, 프레임 (44)은 뒤집어진 하부 플랜지(46)가 스트랩(12)에 체결되도록 구성된 일반적으로 "Z"형상을 가질 수 있다. 하부 플랜지(46)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 스트랩 (12)에 체결될 수 있는 복수의 다리부(feet)로 분할될 수 있다. 프레임(44)은 또한 동체(102)의 내부 객실 벽의 외부에 체결될 아래로 뒤집어진 상부 플랜지(48)을 포함할 수 있다. 상부 프랜지(48)는 하부 플랜지(46)에 대하여 기재한 바와 같은 동일한 방식으로 다리부로 분할될 수 있다. Z형상 프레임(44)이 도시되지만, 당업자는 C형상 프레임, I형상 프레임, J형상 프레임 등과 같은 임의의 적절한 프레임이 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
프레임(44)은 스트랩(12) 또는 이음부재(24)들을 형성하는 동일한 복합재와 같은, CFRP 또는 유사한 재료와 같은 복합재 재료로도 형성될 수 있다. 대신에, 프레임(44)은 알루미늄 또는 티타늄 등과 같은 금속 재료 또는 다른 재료로 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 개시된 스플라이스(10)의 이점은, 동체(102)의 조립 동안에 스플라이스 조인트(106)에서 티타늄 금속 구성부품과 같은 금속 구성부품에 대한 필요성의 제거 및 심(shim) 또는 부적합한 태그(tag)의 필요성의 상당한 감소(만일 완전한 제거가 아니라면)이다. 개시된 스플라이스(10)의 다른 이점은, 인접한 제2동체 섹션(104b)과 복수의 세로로 대향된 스플라이스 이음부재(24b)의 대응하는 부위를 통합하기 이전에, 스플라이스 스트랩(12)과 복수의 스플라이스 이음부재 (24a)의 일부를 제1동체 섹션(104a)에 설치, 즉 체결함으로써 고려되는 동체(102)조립의 제조흐름시간의 상당한 감소이다. 선택적으로, 프레임(44)은 제2동체 섹션 (104b)의 통합 이전에 설치될 수도 있다.
도 4, 6 및 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 스트랩(12)의 경사영역(22)과 이음부재(24)들의 경사섹션(34)사이의 경계면은, 이음부재(24)들이 심 작업의 필요가 없이 스트랩(12)과 패널(110)에 체결되는 것을 허용하고 또 인접한 동체 섹션 (104)들과 이음부재(24)들 사이에 위치공차를 허용한다. 예컨대, 각 이음부재(24)은, 이음부재(24)들의 설치 동안에, 심이 없는 스플라이스 조인트(106)를 제공하기 위하여 스트링거(114)들의 플랜지부(118)의 변하는 두께 및 종료 위치를 설명하기 위하여 스트랩(12)에 대하여 세로방향으로 전방 또는 후방으로, 즉 앞 뒤로 이동될 수 있다. 스트랩(12)과 이음부재(24)들의 대향하는 경사표면들은 스플라이스 조인트(106)를 통하여 중심 이동을 최소화할 수도 있다. 추가로, 경사 경계면은 파스너들에서 하중전달을 줄일 수 있고 또 스플라이스 부재, 즉 스트랩(12)과, 이음부재 (24) 및 맞대기 이음된 동체 섹션(104)사이에서의 하중을 더 균일하게 전달할 수 있다.
도 10을 참조하면, 스플라이스 스트랩(12)은 성형후 기계가공의 필요가 없이 경사영역(22)을 내부적으로 얻기 위하여 복합재 플라이(ply)투하공법(dropping)을 통해 형성될 수 있다. 스플라이스 이음부재(24)들은 성형후 기계가공의 필요가 없이 경사섹션(34)을 내부적으로 얻기 위하여 복합재 플라이 투하공법을 통해 형성될 수 있다. 스트랩(12)과 이음부재(24)들은 복합재 구조물을 형성하기 위하여, 복수의 섬유층과 경화된 수지, 즉 복합재 플라이(52)에 의해 포위된 내부 경사 구조물 (50)을 포함할 수 있다. 예컨대, 스트랩(12)은 외부의 연속한 섬유영역과 내부의 경사진 섬유영역을 포함할 수 있다. 하부의 연속한 섬유영역을 형성하기 위하여 복수의 플라이가 레이업될 수 있다. 경사진 섬유영역 또는 경사 구조물(50)을 형성하기 위하여 하부의 연속한 섬유영역의 둘레 경계 내에 또 다른 복수의 플라이가 레이업될 수 있다. 대신에, 경사 구조물(50)은 대체 재료로 형성될 수 있다. 상부의 연속한 섬유영역을 형성하기 위하여 경사진 섬유영역의 위에 또 다른 복수의 플라이가 레이업될 수 있다. 플라이(52)들은 미리 함침된 복합재 층일 수 있다. 스플라이스 이음부재(24)들은 베이스(32)의 경사섹션(34)을 형성하기 위하여 실질적으로 유사한 공정을 통해 형성될 수 있다.
금속 대신에 복합재 재료를 사용하는 하나의 이점은, 스트랩(12)과, 이음부재(24)들 및 아래에 놓인 패널(110)(예컨대, 표피(108)와 스트링거(114)들)들은 적어도 일반적으로 유사한 열팽창계수를 가질 수 있다. 그 결과, 항공기(100)의 작동 동안에 경험되는 온도 변동은 스플라이스(10)와 아래에 놓인 패널(110)들 사이에 다른 열팽창을 유발하지 않을 수 있고, 이는 스플라이스 조인트(106)에 상당한 응력을 야기하지 않을 수 있다. 복합재 재료를 사용하는 다른 하나의 이점은, 이종재료의 격리의 필요성의 제거이다.
또 다른 실시예에서 복합재 및 금속재료에 추가하여,패널(110)들과, 스트랩 (12), 이음부재(24)들 및 이들의 조합은 유리섬유/알루미늄 적층체 및 티타늄 보강 그라파이트 적층체(TiGr)을 포함하는 섬유/금속 적층체와 같은 하이브리드 재료를 포함한 다른 재료들을 포함할 수 있다.
스플라이스(10)는, 이 스플라이스(10)의 구성부품들을 서로 또 동체 섹션 (104)에 결합하는 복수의 파스너들을 포함할 수 있다. 동체 섹션(104)에 스플라이스 (10)를 연결하기 위하여 파스너들이 설치될 수 있는 다양한 파스너 패턴들이 이용될 수 있지만, 도시되지는 않았다. 파스너들은 구성부품들을 서로 및 동체 섹션 (104)에 연결하기 위하여, 스트랩(12)과; 하부 플랜지(46) 주위와 같은 프레임; 경사섹션(34)과 편평한 섹션(36)의 세로로 연장하는 부재(38, 40)양쪽과 같은 이음부재 (24)들;을 통해 연장할 수 있다.
복수의 파스너를 설치하기 위하여, 각 파스너를 수용하도록 스플라이스(10)의 다양한 구성부품에 천공과 같은 방식으로 복수의 구멍이 형성되어야 한다. 구멍의 개수, 또 어떤 실시예에서는 대다수의 구멍들은 CFRP와 같은 복합재 재료로 형성된 구성부품들, 예컨대 스트랩(12)과, 이음부재(24)들 및 선택적으로 프레임(44)을 통해 형성될 수 있고, 구멍들은 티타늄 또는 다른 금속 구성부품을 통해 대응하는 구멍의 형성보다 더 신속하고 또 효율적으로 형성될 수 있다. 추가로, 스플라이스(10)의 복합재 구성부품들을 통해 형성된 구멍들은, 스플라이스(10)의 구성부품들이 분리 및 마무리 제거될 필요가 없기 때문에 대응하는 금속 또는 티타늄 구성부품을 통해 형성된 대응하는 구멍들 보다 훨씬 더 효율적이고 또 비용 경제적으로 형성될 수 있다.
개시된 스플라이스 조인트(106)의 또 다른 이점은, 복합재 구성부품들이 대응하는 금속부위들과 동일한 방식으로 피로하중에 민감하지 않기 때문에, 인코넬 (Inconel®)또는 다른 강철 파스너들과는 대조적으로 구성부품들이 티타늄 파스너들로 체결될 수 있다는 것이다. 이와 같이, 복합재 구성부품들은 일반적으로 인코넬(Inconel®)또는 다른 강철 파스너들을 이용하는 금속부위들에 의해 요구되는 높은 수준의 클램프력을 필요로 하지 않는다.
비록 개시된 스플라이스 조인트의 다양한 실시예들이 도시되고 또 기재되었지만, 당업자에게는 명세서를 읽으면 수정사항들이 발생할 수 있다. 본 출원은 그러한 수정사항을 포함하고 또 특허청구범위에 의해서만 한정된다.
본 개시의 하나의 관점에 따르면, 쉘 구조물의 인접한 패널들을 결합하기 위한 스플라이스가 구비되고, 이는 제1측면과, 제2측면, 일반적으로 편평한 중간영역 , 중간영역에 인접하여 제1측면에 인접하게 아래방향으로 연장하는 제1경사영역 및 중간영역에 인접하여 제2측면에 인접하게 아래방향으로 연장하는 제2경사영역을 갖는 스트랩과; 경사섹션과 편평한 섹션을 포함하고, 경사섹션이 스트랩의 제1경사영역에 부착된 제1이음부재 및; 경사섹션과 편평한 섹션을 포함하고, 경사섹션이 스트랩의 제2경사영역에 부착된 제2이음부재을 포함한다. 유리하게는, 스플라이스는 스트랩의 중간영역에 부착된 프레임을 더 포함한다. 유리하게는, 스플라이스는 복합재 재료를 포함한다. 유리하게는, 스플라이스는 탄소섬유 보강플라스틱에 의해 포위된 경사진 내부 구조물을 더 포함한다.

Claims (15)

  1. 쉘 구조물 스플라이스(10)는,
    제1 에지(120a) 및 제1 에지로부터 떨어져 있는 제1 스트링거를 포함하는 제1 패널(110a),
    제2 에지(120b) 및 슬라이스 조인트(106)를 형성하도록 제1 패널의 제1 에지와 에지방향으로 정렬되어 위치되는 제2 에지로부터 떨어져 있는 제2 스트링거를 포함하는 제2 패널(110b),
    정상부 표면(18), 편평한 바닥 표면(14), 제1 측면(16a) 및 제2 측면(16b)을 포함하고, 스플라이스 조인트를 브릿지 연결하도록 제1 패널과 제2 패널에 부착된 스트랩(12)을 포함하고,
    편평한 바닥 표면은 제1 패널 및 제2 패널과 접촉하고, 정상부 표면은 편평한 중간영역(20), 중간영역에 인접하여 제1 측면에 인접하게 아래 방향으로 연장하는 제1 경사영역(22a), 그리고 중간영역에 인접하여 제2 측면에 인접하게 아래 방향으로 연장하는 제2 경사영역(22b)를 포함하고,
    제1 이음부재(24a)는 제1 경사섹션 및 제1 편평한 섹션을 포함하고, 제1 경사섹션은 스트랩의 제1 경사영역에 부착되고, 그리고 제1 편평한 섹션은 스트랩의 제1 측면 너머로 연장하여 제1 패널에 부착되며, 그리고 제2 이음부재(24b)는 제2 경사섹션 및 제2 편평한 섹션을 포함하고, 제2 경사섹션은 스트랩의 제2 경사영역에 부착되고, 그리고 제2 편평한 섹션은 스트랩의 제2 측면 너머로 연장하여 제2 패널에 부착되는 것을 특징으로 하는 쉘 구조물 스플라이스.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스트랩의 제1 경사영역(22a)의 적어도 일부가 상기 제1 이음부재와 제1패널(11a) 사이에 위치된 것을 특징으로 하는 쉘 구조물 스플라이스.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1패널과 제2패널은 항공기의 동체 섹션인 것을 특징으로 하는 쉘 구조물 스플라이스.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이음부재(24a)의 제1 편평한 섹션과 상기 제2 이음부재(24b)의 제2 편평한 섹션은 각각 제1 길이방향 부재와 이격된 제2 길이방향 부재를 포함하고,
    제1 스트링거의 한 부분은 제1 편평한 섹션의 제1 길이방향 부재와 제2 길이방향 부재 사이에 설치되고, 그리고 제2 스트링거의 한 부분은 제2 편평한 섹션의 제1 길이방향 부재와 제2 길이방향 부재 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 쉘 구조물 스플라이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트랩은 복합재 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘 구조물 스플라이스.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스트랩은 탄소섬유 보강 플라스틱에 의해 포위된 경사진 내부 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘 구조물 스플라이스.
  7. 제1항에 있어서,
    스트랩의 편평한 중간영역에 부착되고, 그리고 제1 이음부재와 제2 이음부재 사이에 배치된 프레임(44)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘 구조물 스플라이스.
  8. 쉘 구조물을 결합하는 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    제1 스트링거를 포함하는 제1 패널(110a) 및 슬라이스 조인트(106)를 형성하도록 에지방향으로 정렬되는 쉘 구조물의 제2 스트링거를 포함하는 제2 패널(110b)을 제공하는 단계,
    정상부 표면(18), 편평한 바닥 표면(14), 제1 측면(16a) 및 제2 측면(16b)을 포함하고, 그리고 편평한 바닥 표면은 제1 패널 및 제2 패널과 접촉하고, 정상부 표면은 편평한 중간영역(20), 중간영역에 인접하여 제1 측면에 인접하게 연장하는 제1 경사영역(22a), 그리고 중간영역에 인접하여 제2 측면에 인접하게 연장하는 제2 경사영역(22b)를 포함하는 스트랩(120)을 스플라이스 조인트를 브릿지 연결하도록 스트랩을 제공하는 단계,
    스트랩을 제1 패널 및 제2 패널에 부착하는 단계,
    제1 경사섹션이 스트랩의 제1 경사영역이 제1패널에 인접하고, 그리고 제1 경사섹션이 스트랩의 제1 측면을 넘어 연장하여 제1 패널에 인접하도록 제1 경사영역 및 제1 편평한 섹션을 포함하는 제1 이음부재(24a)를 위치시키는 단계,
    스트랩의 제1 경사영역에 제1 이음부재의 제1 경사영역을 부착시키는 단계;
    제1 패널에 제1 이음부재의 제1 편평한 섹션을 부착하는 단계,
    제2 경사섹션이 스트랩의 제2 경사영역과 인접하고, 그리고 제2 경사섹션이 스트랩의 제2 측면을 넘어 연장하여 제2 패널에 인접하도록 제2 경사영역 및 제2 편평한 섹션을 포함하는 제2 이음부재(24b)를 위치시키는 단계,
    스트랩의 제2 경사영역에 제 이음부재의 제2 경사섹션을 부착하는 단계 및
    제2 패널에 제2 이음부재의 제2 편평한 섹션을 부착하는 단계를 포함하는 쉘 구조물을 결합하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    제1 이음부재와 제2 이음부재 사이의 스트랩의 편평한 중간영역에 프레임(44)을 위치시키는 단계 및
    프레임을 스트랩의 편평한 중간영역에 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘 구조물을 결합하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 패널과 제2 패널은 항공기의 동체 섹션인 것을 특징으로 하는 쉘 구조물을 결합하는 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    스트랩, 제1 이음부재, 제2이음부재, 그리고 프레임의 적어도 하나는 복합재 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 쉘 구조물을 결합하는 방법.











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