KR101895089B1 - 복합물 반경부를 압축하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

장치 또는 코올부(20)는 유닛화된 구조물로 통합된 복수의 장치들(48)을 포함한다. 2개의 코올부들(48)은 나란히 배열되고 연결부(66) 및 외부 연장부들(68)과 일체로 형성된다. 제1 코올부들(50)은 장치(48)의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 연속적으로 연장형성된다. 장치(48)는 날개보(22) 상에서 반경부(34)를 덮도록 2개의 인접한 스티프너들(21)에 걸쳐 단일의 유닛으로 설치될 수 있다. 복수의 통합된 장치들(48)은 C, J, Z, L 및 반전된 U자 형태들을 포함하되 이에 한정되지 않는 다른 단면 형태들을 가진 스티프너들을 가지고 사용에 적합하게 만들어질 수도 있다.

Description

복합물 반경부를 압축하기 위한 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR COMPRESSING A COMPOSITE RADIUS}
본 발명은 일반적으로 섬유 강화형 수지 적층체들을 제작하기 위한 방법들 및 장비에 관한 것으로, 더 상세하게는 적층체에서 반경부를 압축하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
섬유 강화형 수지 적층체들(fiber reinforced resin laminates)은 경화된 부품에서 빈 공간들 및 다른 불일치들을 제거하기 위하여 경화하기 전에 그리고/또는 경화하는 동안에 고화(또는 압밀)될 수 있다. 고화는 진공백 및/또는 오토클레이브 처리들을 이용하여 미경화된 적층체에 압력을 가함에 따라 달성될 수 있다. 일부 경우들에서, 코올부 플레이트가 반경부와 같은 적층체의 특정 영역들과 진공백 사이에 배치되어, 가해진 압력이 이러한 영역들에 걸쳐 균등하게 분포되는 것을 보장한다. 일부 부품의 기하구조들에서는, 부품의 특정 형상부들 상에 걸쳐 진공백으로 브릿지하는 것과 같이 어떠한 다양한 이유들 때문에 낮은 압력 부분들이 부품에 존재할 수 있다. 이러한 낮은 압력 영역들은 적층체의 외부 층들에 발생되는 "보우파 부분"을 야기할 수 있는데, 이러한 부분에서 층들의 평면외(out-of-plane) 웨이브가 높은 압력 부분으로부터 상기에서 언급된 낮은 압력 부분들로 강제된다. 보우파 부분들은 적층체에서 빈 공간들을 초래할 수 있는 평면외 섬유 왜곡부들(distortions)을 야기할 수 있으므로 바람직하지 못하다.
"강화된 탄성 재료 세공(Tooling with reinforced elastomeric materials)" - 1992년 1월 1일, 무쉬 쥐(Mushe G) 외, 복합 제조(Composites Manufacturing), 버터워스 과학(Butterworth Scientific), 길드포드(Guildford), 써레이(Surrey), 영국, Vol 3, no 2, 101-111 페이지에는, 코올 플래이트 효과를 주기 위해 연속 복합 프리프레그 강화를 제공하는 것을 목표로 하는 용도의 복합 강화제가 명시되어 있다.
특허 EP0368734에는 열 경화성 매트릭스로 복합 재료의 자체 강화 패널의 성형을 수행하기 위한 장치가 명시되어 있다. 장치는 블록(block), 실링 비드(sealing bead)에 의해 블록으로 연결되는 주변 에지(peipheral edge)의 실링백(sealing bag), 및 고체이며 비-변형가능한 교정 구성요소(non-deformable calibration componets)를 구비한다. 패널은 블록과 백(bag) 사이에 형성된 밀봉된 공간에 배치되고, 반면 구성요소는 백 위이며 패널의 스티프너 사이의 상기 공간 외부에 배치된다. 교정 요소는 강성 구조에 의해 연결된다. 따라서, 공간이 진공 하에 놓이고 장치가 오토클레이브 또는 오븐에 배치될 때, 균일한 압력이 백에 의해 패널에 가해지며 구성요소가 보강 형상을 유지하게 한다.
따라서, 고화 동안 섬유 강화형 수지 적층체들에서의 보우파 부분들, 특히 적층체에서의 반경부의 에지 가까이에서 발생할 수 있는 것들을 감소시키기 위한 방법 및 장치에 대한 필요성이 있다. 또한, 진공백으로 브릿지함에 따라 야기되는 적층체 상의 낮은 압력 부분들을 감소시키기는 것에 대한 필요성이 있다.
본 발명에 따라, 첨부된 청구항에서 청구된 것과 같이 하부 압밀 압력 부분에서 발생된 보우파를 줄이기 위한 방법 및 장치가 제공된다.
개시된 방법 및 장치는 적층체를 고화하는 데에 사용되는 진공백의 브릿지에 의해 야기되는 적층체 층들에서의 보우파 부분들을 감소시킨다. 본 장치는 구성이 비교적 단순하고, 재사용이 가능하며, 쉽게 설치된다. 본 장치는 반경부 에지를 덮도록 진공백으로 브릿지함에 따라 야기되는 반경부 에지와 같은 적층체 상에서 낮은 압력 영역 부분을 압축하기 위하여 사용된다. 본 장치는 반경부를 덮는 제1 코올부와, 제1 부분 및 반경부 에지를 덮는 제2 코올부를 포함한다. 또한, 제2 코올부는 제2 적층체에 가해지는 고화 압력이 제2 코올부를 통하여 반경부 에지로 전해지도록 제2 적층체 위에 놓일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 코올부는 단일 유닛을 형성토록 통합될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 복수의 장치들이 나란히 함께 결합될 수도 있다. 개시된 실시예들은 고화 과정 동안에 적층체에서의 보우파 부분들을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 감소된 빈 공간들 및 불일치들과 바람직한 기계적인 속성들을 보일 수 있는 경화된 부품들을 형성하게 된다.
개시된 일 실시예에 따르면, 고화 동안 복합(composite) 적층체 부품에서의 보우파 부분을 감소시키는 방법이 제공된다. 본 방법은 부품의 에지에서의 진공백의 브릿지로 인해 낮은 압밀 압력을 가진 부품의 부분으로 대기압 하중들을 전달하는 단계를 포함한다. 낮은 압력 부분은 부품에서 반경부 에지에 위치될 수 있다. 대기압 하중들을 전달하는 단계는 낮은 압력 부분에서의 부품 상에 코올부를 사용하여 전달되는 하중들을 반경부 에지에 가하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제2 복합 부품과 함께 진공백에서 고화되는 동안 미경화된 제1 복합 부품의 낮은 압밀 압력 부분에서 만들어지는 보우파 부분을 감소시키는 방법이 제공된다. 본 방법은 코올부 장치를 낮은 압력 부분을 덮도록 제1 및 제2 부품 위에 배치하는 단계, 및 대기압 하중들을 제1 부품의 낮은 압력 부분에 가하도록 코올부를 사용하는 단계를 포함한다. 낮은 압력 부분은 제1 부품 상에서 반경부 에지를 따라 형성될 수 있다. 코올부를 배치하는 단계는 제1 코올부를 제1 부품 상에서 반경부와 반경부 에지를 덮도록 배치하는 단계, 및 제2 코올부를 제1 코올부에 겹쳐지도록 제2 부품 상에 배치하는 단계를 포함한다. 압력을 가하도록 코올부를 사용하는 단계는 낮은 압력 부분에서 제1 코올부에 압력을 가하도록 제2 코올부를 사용하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따르면, 고화 동안 섬유 강화형 적층체 부품의 반경부를 압축하는 방법이 제공된다. 본 방법은 반경부에 인접하여 부품에 큰 반경부를 형성하는 단계, 및 큰 반경부에 있는 섬유들을 압축함에 따라 반경부에 있는 섬유들 상에 텐션을 가하는 것을 포함하는 압밀 압력을 부품에 가하는 단계를 포함한다. 부품에 큰 반경부를 형성하는 단계는 부품 상에 과도하게 굽은 플랜지를 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에 따르면, 고화 동안 복합 적층체 부품의 에지에서 보우파 부분을 감소시키기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는 에지의 형태에 실질적으로 일치하고 에지에 압밀 압력을 가하도록 구성된 코올부를 포함한다. 에지는 부품에서 반경부를 따라 위치될 수 있고, 코올부는 반경부 상에 배치되어 반경부에 압력을 가하도록 적절하게 만들어진 제1 부분, 및 제1 부분과 부품의 에지 위에 놓이는 말단을 가진 제2 부분을 포함한다. 다른 실시예에서, 코올부의 제1 및 제2 부분은 함께 일체로 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 고화 동안 섬유 강화형 복합 적층체 부품의 반경부에 있는 섬유들을 텐션시키기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는 맨드릴의 과도한 플랜지 영역에서 큰 반경부를 가진 맨드릴을 포함하되, 큰 반경부는 부품의 반경부의 곡률 반경보다 더 큰 곡률 반경을 갖는다.
다른 실시예에서, 고화 동안 복합 적층체 부품의 반경부에서 발생되는 보우파 부분을 감소시키기 위한 장치가 제공된다. 본 장치는 부품의 반경부에 압력을 가하기 위한 코올부를 포함한다. 코올부는 반경부 및 부품에서 보우파 부분이 발생되는 반경부에 인접한 에지를 덮도록 적절하게 만들어진 제1 부분을 포함한다. 코올부는 코올부의 제2 부분을 통하여 부품의 에지에 압력을 가하기 위하여 제1 부분 및 부품의 에지 위에 놓이는 제2 코올부를 더 포함한다.
고화 동안 복합 적층체 부품에서 보우파 부분을 감소시키는 방법은 부품의 에지에서의 진공백의 브릿지로 인하여 낮은 압밀 압력을 갖는 부품의 부분에 대기압 하중들을 전달하는 단계를 포함한다.
낮은 압력 부분은 부품에서 반경부 에지에 위치되고, 대기압 하중들을 전달하는 단계는 전달되는 압력 하중들을 반경부 에지에 가하는 단계를 포함한다.
본 방법에서, 대기압 하중들을 전달하는 단계는 코올부를 낮은 압밀 압력 부분에서 부품 상에 배치하는 단계를 포함한다.
제2 복합 부품과 함께 진공백에서 고화되는 동안 미경화된 제1 복합 부품의 낮은 압밀 압력 부분에서 만들어지는 보우파 부분을 감소시키는 방법은 코올부 장치를 낮은 압력 부분을 덮도록 제1 및 제2 부품 위에 배치하는 단계; 및 제1 부품의 낮은 압력 부분에 대기압 하중들을 가하도록 코올부 장치를 사용하는 단계를 포함한다.
낮은 압력 부분은 제1 부품 상에서 반경부 에지를 따라 형성되고, 코올부 장치를 배치하는 단계는 제1 코올부를 제1 부품 상에서 반경부 및 반경부의 에지를 덮도록 배치하는 단계, 및 제2 코올부를 제1 코올부에 겹쳐지도록 제2 부품 상에 배치하는 단계를 포함한다.
본 방법에서, 대기압 하중들을 가하도록 코올부 장치를 사용하는 단계는 낮은 압력 부분에서 제1 코올부에 압력을 가하도록 제2 코올부를 사용하는 단계를 포함한다.
본 방법에서, 압밀 압력을 가하는 단계는 진공백을 부품을 덮도록 배치하는 단계, 진공백으로 덮어진 부품을 오토클레이브 안에 배치하는 단계, 진공백에서 진공을 뽑아내는 단계, 및 오토클레이브를 이용하여 진공백에 압력을 가하는 단계를 포함한다.
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삭제
고화 동안 복합 적층체 부품 상의 반경부 에지에서의 보우파 부분을 감소시키기 위한 장치는 반경부의 형태에 실질적으로 일치하고 반경부 에지에서 부품에 압밀 압력을 가하도록 구성된 코올부를 포함한다.
본 장치에서, 코올부는 반경부 상에 배치되어 반경부에 압력을 가하기 적절하게 만들어진 제1 부분과, 제1 부분 및 반경부 에지 위에 놓이는 말단을 가진 제2 부분을 포함한다.
고화 동안 복합 적층체 부품의 반경부의 에지에서 형성되는 보우파 부분을 감소시키기 위한 다른 장치는 부품의 반경부에 압력을 가하기 위한 코올부를 포함하고, 이때 코올부는 반경부 및 반경부 에지를 덮도록 적절하기 만들어진 제1 코올부와, 코올부의 제2 부분을 통하여 반경부 에지에 압력을 가하기 위하여 제1 부분 및 반경부 에지 위에 놓이는 제2 코올부를 포함한다.
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제1 코올부는 반경부의 둘레를 따라 두께가 가늘어지도록 형성될 수 있다.
제2 코올부는 코올부의 제1 부분 및 반경부 에지 위에 위치된다.
고화 동안 반경부 에지에 인접한 하부 플랜지들을 가진 스티프너에 결합되는 복합 적층체 날개보의 반경부 에지를 따라 발생되는 보우파 부분을 감소시키기 위한 또 다른 장치는, 반경부 에지에 압력을 가하고 곡률을 따라 가늘어지는 두께를 가지도록 굽은 제1 코올부; 및 제1 코올부와 일체로 형성된 제2 코올부를 포함하는데, 이때 제2 코올부는 스티프너의 하부 플랜지들 위에 각기 놓이는 측면으로 연장형성된 플랜지들를 갖고 제1 코올부를 통하여 스티프너의 플랜지들로부터 반경부 에지로 고화 압력을 전달하도록 반경부 에지 위에 놓이는 말단을 가지며, 제2 코올부는 스티프너에 걸쳐지도록 슬리브식으로 적절하게 만들어진 웨브를 더 포함한다.
삭제
스티프너에 결합된 적층체 날개보를 포함하는 복합 구조물 조립체를 제작하는 또 다른 방법은, 스티프너를 형성하고 사전 경화하는 단계; 반경부를 가진 맨드릴 상에 적층체 날개보를 배치하는 단계; 스티프너의 하부 플랜지와 날개보의 웨브 사이에 접착제층을 배치하는 것을 포함하는 날개보와 사전 경화된 스티프너를 조립하는 단계; 코올부 장치의 제1 부분을 스티프너 상에서 하부 플랜지 위에 놓이도록 스티프너의 단부에 몰딩하는 것과, 제2 부분을 날개보에 형성된 반경부에 일치하도록 몰딩하는 것을 포함하여 코올부 장치의 제2 부분을 제1 부분과 일체로 몰딩하는 것을 포함하는, 조립체 상에 코올부 장치를 설치하는 단계; 조립체를 진공백으로 덮는 단계; 조립체를 오토클레이브 안에 배치하는 단계; 및 압력을 하부 플랜지로부터 날개보에 형성된 반경부 에지로 전달하도록 코올부 장치를 사용하는 것을 포함하는 조립체를 고화시키도록 오토콜레이브 압력을 사용하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 복합 반경부를 압축하기 위한 방법 및 장치에 의하면, 적층체를 고화하는 데에 사용되는 진공백의 브릿지에 의해 야기되는 적층체 층들에서의 보우파 부분들을 감소시킬 수 있고, 또한, 본 발명에 따른 장치는 구성이 비교적 단순하고, 재사용이 가능하며, 쉽게 설치될 수 있다.
도 1은 복합 구조물 조립체를 나타내는 측면도이다.
도 2는 도 1에서 '2' 방향으로 취해진 측면도이다.
도 3은 스티프너의 단부에서 날개보의 상부 층들에서의 보우파 부분의 형성을 나타내는 확대 단면도이다.
도 4는 복합 구조물 조립체의 단면도로서, 도 3에 도시된 보우파 부분을 감소시키기 위한 코올부 장치의 사용을 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 코올부 장치의 일부분을 형성하는 제1 코올부를 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시된 장치의 일부분을 형성하는 제2 코올부를 나타내는 단부도이다.
도 7은 제2 코올부를 나타내는 사시도이다.
도 8은 스티프너 상에 설치된 제2 코올부를 가진 도 1 내지 4에 도시된 스티프너의 일 측면을 나타내는 사시도이다.
도 9는 스티프너 상에 설치되는 코올부 장치의 다른 형태를 나타내는 등각도이다.
도 10은 코올부 장치의 다른 실시예의 일 측면을 나타내는 사시도이다.
도 11은 도 10에 도시된 코올부 장치의 반대쪽 측면을 나타내는 등각도이다.
도 12는 한 쌍의 스티프너들 상에 설치된 도 10 및 11에 도시된 코올부 장치를 나타낸다.
도 13은 보우파 부분들을 감소시키는 다른 방법을 나타내는 적층 조립체의 단면도이다.
도 14는 보우파 부분을 감소시키기 위한 방법을 나타내는 단순화된 순서도이다.
도 15는 보우파 부분을 감소시키는 다른 방법을 나타낸다.
도 16은 항공기 제작과 서비스 방법을 나타내는 순서도이다.
도 17은 항공기를 나타내는 블록도이다.
먼저, 도 1 및 2를 참조하면, 복합 구조물 조립체(20)는 종종 제1 부품이라고도 언급되는 스티프너(stiffener)(21) 및 종종 제2 부품이라고도 언급되는 날개보(spar)(22)를 포함한다. 스티프너(21)는 접착제층(40)에 의해 날개보(22)에 접착된다. 스티프너(21)는 섬유 강화형 수지 복합물로 구성될 수 있는 것으로, 도시된 예에서 웨브(web)(28)에 의해 함께 결합된 상부 및 하부 플랜지(flange)(24, 26)에 의해 형성된 I자형 단면을 갖는다. I자형 단면이 도면들에 도시되어 있지만, 스티프너(21)는 다른 단면 형태들 예를 들어 C, J, Z, L 및 반전된 U자형 형태들을 가질 수 있고, 이에 한정되는 것은 아니다. 날개보(22)는 L자형 단면을 형성하는 웨브(30)와 플랜지(32)를 가진 섬유 강화형 수지 적층체로 구성되고, 한편 다른 단면 기하구조들이 가능한 것으로 예를 들어 "C"자형 단면 등 제한이 없다. 날개보(22)는 예를 들어 날개 또는 안전판(미도시)과 같은 항공우주 비행체(미도시) 기체(airframe)의 일부분을 형성할 수 있되, 이에 한정되는 것은 아니다.
웨브(30)는 도 1에서 파선들(36)로 나타내져 있는 탄젠트(tangent) 지점들 사이에 형성된 반경부(radius)(34)를 통하여 플랜지(32)로 변이된다. 도 2에서 가장 잘 보이는 바와 같이, 스티프너(21)의 하부 플랜지(26)는 웨브(32)의 상면(35) 위에 위치되어 이에 접착되어 있다. 도 1은 날개보(22)의 고화(또는 압밀)(consolidation)와 경화 동안에 날개보(22)를 지지하기 위한 맨드릴(mandrel)(38)을 나타낸다. 도시된 예에서, 스티프너(21)는 날개보(22)에 접착되는 사전 경화(pre-cured) 부품이고, 한편 다른 실시예들에서는, 스티프너(21)는 날개보(22)와 함께 경화되는 미경화(uncured) 복합 부품을 구성할 수도 있다. 스티프너(21) 및 날개보(22)의 형태들은 단지 넓은 범위의 다양한 가능한 부품 형태들 및 기하구조들을 나타낸다.
이제, 도 3을 참조하면, 스티프너(21)와 날개보(22)가 그들 사이의 접착제층(40)으로 조립된 후에, 진공백(vacuum bag)(도 3에 미도시)이 조립체(20)를 덮도록 밀봉되고, 그리고나서 조립체는 고화와 경화를 위해 오토클레이브(autoclave)(미도시) 안에 배치될 수 있다. 반경부(34)는 스티프너(21)의 하부 플랜지의 외측 단부(46)로부터 이격된 상부 에지(45)를 가진다. 상기의 백은 비워지는 때에 반경부(34)의 에지(45)를 덮어 브릿지할(bridge) 수 있다. 진공백이 에지(45)를 덮도록 브릿지하는 것은 날개보(22)의 고화 및 경화 동안에 오토클레이브 압력(P)이 적용되는 때에 에지(45)에서 낮은 압밀 압력(compaction pressure) 부분(49)을 야기할 수 있다. 가해지는 압밀 압력(P)은 섬유들이 낮은 압력 부분(49)을 향해 화살표(51) 방향으로 이동하는 것을 강제하여 반경부(34)를 따라 상부 층들(42)에서의 섬유들의 변형을 야기한다. 낮은 압력 부분(49)으로 향하는 섬유의 이동은 상부 층들(42)이 반경부(34)의 나머지 영역들에서 압축되고 있음에 따라 날개보(22)의 상부 층들(42)에서 보우파 부분(bow wave)(44)의 발생을 야기할 수 있다. 이러한 보우파 부분(44)은 경화 다음에 날개보(22)에서의 주름들(wrinkles), 빈 공간들(voids) 또는 다른 바람직하지 못한 불일치들(inconsistencies)을 야기할 수 있다.
도 4를 참조하면, 낮은 압력 부분(49)(도 3 참조)에 의해 야기되는 도 3에 도시된 보우파 부분(44)을 감소시키거나 제거하기 위하여, 장치(48)가 날개보(22)의 반경부(34)와 스티프너(21)의 하부 플랜지(26) 위에 설치된다. 이 장치(48)는 상부 에지(45)를 포함하여 날개보(22)의 반경부(34)를 덮는 제1 바닥 코올부(caul)(50)를 포함한다. 제1 코올부(50)의 상부 말단(56)은 하부 플랜지(26)의 외측 단부(26a)와 맞닿는다. 이 장치(48)는 하부 플랜지(26) 상에 놓이고 제1 코올부(50)의 상부 말단(56) 위에 위치되는 제2 상부 코올부(52)를 더 포함한다. 제2 코올부(52)는 사전에 선택된 거리(D)만큼 제1 코올부(50)의 상부 말단(56)과 겹쳐진다. 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 일 실시예에서, 제1 및 제2 코올부(50, 52)는 단일 유닛으로 통합되어 형성될 수 있고, 한편 본 발명에 따라, 이것들은 분리된 유닛들일 수도 있다. 진공백(44)이 조립체(20)를 덮도록 밀봉되어 부품들 및 코올부(48)에 압밀 압력을 가하는 데에 사용된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 코올부(50)는 반경부(34)에 실질적으로 일치하는 내측 반경(R)을 갖는다. 제1 코올부(50)는 상부 말단(56)에서 하부 플랜지(26)와 접착제층(40)의 합쳐진 두께와 대체적으로 일치하는 두께(T)를 갖는다. 제1 코올부(50)는 상부 말단(56)으로부터 하부 말단(58)으로 두께가 가늘어진다(taper). 이러한 가늘어짐에 따른 하부 말단(58)의 감소된 두께는 압밀 처리 동안에 제1 코올부(50)에 의해 날개보(22)에 전해지는 마크-오프(mark-off)를 감소시킬 수 있다. 다른 실시예들에서는, 제1 코올부(50)는 두께가 가늘어지게 형성되지 않을 수도 있다.
도 6을 참조하면, 제2 코올부(52)는 스티프너(21)의 웨브(28)를 커버하는 슬롯형 웨브(52a) 및 스티프너(21) 상에서 플랜지들(26) 위에 놓이는 길이방향으로 연장형성된 플랜지들(52b)을 포함한다.
사용 상태에 있는 도 4를 참조하면, 상기의 장치(48)는 제1 코올부(50)가 반경부(34) 위에 놓이고 플랜지(26)의 외측 단부(26a)와 맞닿는 상부 말단(56)을 갖도록 조립체(20) 상에 2개의 분리된 유닛들 또는 단일의 유닛으로 설치된다. 제2 코올부(52)의 슬롯형 웨브(52a)는 플랜지들(54)이 스티프너(21)의 플랜지들(26) 상에 놓이고 외측 단부(60)가 제1 코올부(50)의 상부 말단(56) 위에 위치되어 놓이도록 웨브(28)의 측면들을 덮는 슬리브식으로 형성된다(sleeve). 장치(40)가 상기에서 설명된 바와 같이 설치됨에 따라, 진공백(44)은 조립체(20)를 덮도록 설치될 수 있고, 조립체(20)는 압력(P)이 조립된 부품들에 가해지는 오토클레이브 안에서 처리될 수 있다. 제1 코올부(50)는 오토클레이브 압력(P)을 반경부(34)의 상부 에지(45) 위에 놓이는 상부 말단(56)을 포함하여 반경부(34)에 가하고 분포시킨다. 또한, 오토클레이브 압력(P)은 스티프너(21)의 플랜지들(26)에 대하여 그리고 제1 코올부(50)의 상부 말단(56)에 대하여 플랜지들(52b)에 압력을 가한다.
하부 플랜지들(26)에 가해지는 압력은 제2 코올부(52)에 의해 제1 코올부(50)로 옮겨진다. 에지(45)에서 보우파 부분(44)을 만드는 상부 층들(42)(도 3 참조)의 경향은 제2 코올부(52)의 전방 단부(60)에 의해 상부 말단(56)에 가해지는 압력에 의해 저항을 받는다. 따라서, 반경부(34) 내에서의 상부 층들(42)(도 3 참조)은 압밀 처리 동안 실질적으로 평면내로(in-plane) 유지되도록 강요된다. 코올부들(50, 52)을 단일의 부품 유닛으로 통합하는 것은 반경부 에지(45)에서의 외부 층들(42)의 보우파 부분(44)(도 4 참조)의 발생 또는 이와 유사한 융기나 주름짐에 저항하는 데에 도움이 될 수 있는 추가 강성을 장치(48)에 제공한다.
도 7 및 8은 제2 코올부(52)의 추가 상세도들을 나타낸다. 직립한 웨브(52a)는 길이방향으로 연장형성된 슬롯(62)을 포함하고, 플랜지들(52b)은 웨브(52a)로부터 외측으로 측면으로 연장형성된다. 전방 단부(60)는 웨브(52a)를 넘어서 연장형성되고 도 4에 도시된 바와 같이 제1 코올부(50) 상에서 상부 말단(56) 위에 놓이기 적합하게 만들어진다. 제2 코올부(52)는 섬유 강화형 수지 복합물 예를 들어 탄소 섬유 강화형 에폭시 수지 등을 제한없이 포함하여 필요한 강도 및 강성을 지닌 어떠한 적절한 재료들로 제작될 수 있다. 제2 코올부(52)의 설치 동안, 슬롯(62) 내부에 스티프너(21)의 웨브(28)가 끼워져 있고, 플랜지들(52b)은 스티프너(21)의 플랜지들(26) 상에 놓여져 있다.
도 9는 제1 및 제2 코올부(50, 52)가 코올부(48)를 스티프너(21)의 단부를 둘러싸도록 몰딩함에 따라 제작될 수 있는 단일 유닛으로 통합된 장치(48)의 다른 실시예를 나타낸다.
이제, 복수의 장치들(48)이 유닛화된 구조물로 통합된 장치(20)의 다른 실시예를 나타내는 도 10, 11 및 12를 참조한다. 도시된 예에서, 2개의 일체형(one piece) 코올부들(48)은 나란히 배열되고 연결부(66)와 외부 연장부들(68)과 일체로 형성된다. 제1 코올부들(50)은 장치(48)의 전체 길이에 걸쳐서 실질적으로 연속적으로 연장형성된다. 도 12에 도시된 바와 같이, 장치(48)는 날개보(22)(도 10 내지 12에 미도시) 상에서 반경부(34)를 커버하도록 2개의 인접한 스티프너들(21)에 걸쳐 단일 유닛으로 설치될 수 있다. 도 10 내지 12에 도시된 실시예는 I자형 단면을 가진 복수의 스티프너들(21)을 가지고 사용을 위해 복수의 장치들(48)을 통합하고 있지만, 복수의 통합된 장치들(48)은 C, J, Z, L 및 반전된 U자 형태들을 포함하되 이에 한정되지 않는 다른 단면 형태들을 가진 스티프너들을 가지고 사용에 적합하게 만들어질 수도 있다
이제, 날개보(30)의 고화 동안에 발생되는 보우파 부분들을 감소시키는 방식으로 반경부(34)를 압축하는 다른 방법을 나타내고 있는 도 13을 참조한다. 이러한 예에서, 날개보(30)는 측면 연장부(38a)를 가진 맨드릴(38) 위에 놓여 있다. 측면 연장부(38a)는 반경부(37)보다 대체적으로 더 큰 반경부(74)를 가진 과도하게 외측방향으로 돌려진 플랜지(72)를 형성하는 굽은 도구면(curved tool surface)(70)을 포함한다. "과도하게(Excess)"는 플랜지(72)의 주 목적이 섬유들을 반경부(34)에 텐션(tension) 상태로 배치하는 것이라는 사실과 플랜지(72)가 다른 실질적인 기능상의 목적을 가질 수 없다는 사실을 나타낸다. 고화 압력(P)이 날개보(30)에 가해지는 때에, 큰 반경의 플랜지(72) 상에 작용하는 압력은 반경부(34)에 가해지는 것보다 더 크고 반경부(34)에 있는 섬유들에 전달되는 상부 층들(42)(도 3 참조)에 있는 섬유들에서의 텐션을 형성한다. 반경부(34)에서의 상부 층들(42)에 있는 섬유들에 가해지는 이러한 텐션은 상부 에지(45)(도 3 참조)를 포함하여 반경부(34) 영역에서 주름 및/또는 보우파 부분들(44)을 감소시키거나 제거할 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "큰" 반경부는 보우파 부분들(44)을 감소시키거나 제거하기 위해 필요한 상부 층들(42)에서의 텐션을 생성하기에 충분히 큰 반경부(74)를 나타낸다.
이제, 경화 동안 적층체들에서의 보우파 부분들을 감소시키는 방식으로 복합 부품들을 결합하는 방법을 나타내는 도 14를 참조한다. 단계(76)에서, 제1 및 제2 부품(21, 22)이 조립된다. 다음 단계(78)에서, 반경부(34)의 에지(45)를 커버하고 제1 부품(21)에 맞닿도록 제2 부품(22)의 반경부(34) 상에 코올부(48)의 제1 부분(50)이 배치된다. 단계(80)에서, 코올부(48)의 제2 부분(52)은 반경부 에지(45)에서 제1 코올부(50)에 적어도 부분적으로 겹쳐지도록 제2 부품(21) 상에 설치된다. 코올부들(50, 52)이 단일 유닛으로 통합되어 있는 실시예들에서는, 단계들(78, 80)은 하나의 작업으로 합쳐질 수 있다. 단계(82)에서, 조립된 부품들(21, 22)은 이들 상에 설치된 코올부들(50, 52)을 갖는 것으로 이러한 조립된 부품들은 진공백에 넣어진다. 단계(84)에서, 진공이 뽑아내지고 고화 압력이 예를 들어 오토클레이브 처리를 사용하여 상기의 백에 가해진다. 단계(86)에서, 대기압 하중들을 반경부 에지(45)에 전달하여 제1 부품에서의 보우파 부분들의 형성을 감소시키기 위하여, 코올부들(50, 52)은 반경 에지(45)를 포함하여 반경부(34)에 압력을 가하는 데에 사용된다.
도 15는 도 14에 도시된 장치를 사용하여 적층체에서의 보우파 부분들을 감소시키는 방법의 단계들을 나타낸다. 단계(88)에서, 큰 반경부(74)는 적층체 부품(21)에 있는 더 작은 반경부(34)에 인접하여 부품(21)에 형성된다. 단계(90)에서, 압밀 압력이 부품(21)에 가해지는데, 이는 큰 반경부(74)에 있는 섬유들을 압축함에 따라 반경부(34)에 있는 섬유들 상에 텐션을 가하는 것을 포함한다.
다음, 도 16 및 17을 참조하면, 본 발명의 실시예들은 도 16에 도시된 바와 같은 항공기 제작 및 서비스 방법(98)과 도 17에 도시된 바와 같은 항공기(100)의 분야에서 사용될 수 있다. 사전 제작 동안, 예시적인 방법(92)은 항공기(100)의 명세(specification) 및 설계(102)와 재료 조달(procurement)(104)을 포함할 수 있다. 제작 동안, 구성요소 및 하위조립체 제작(106)과 항공기(100)의 시스템 통합(integration)(108)이 일어난다. 단계(106) 동안, 개시된 방법 및 장치는 다음 단계(108)에서 조립되는 동체 섹션들과 같은 복합 부품들을 제작하는 데에 이용될 수 있다. 이후, 항공기(100)는 서비스(112)에 배치되기 위하여 인증(certification) 및 인도(delivery)(110)를 거칠 수 있다. 고객에 의해 서비스되는 동안, 항공기(100)는 정해놓은 유지 및 보수(maintenance and service)(114)(이것은 수정(modification), 재구성(reconfiguration), 재생(refurbishment) 등을 포함할 수도 있음)를 받도록 예정될 수 있다.
방법(98)의 각각의 공정은 시스템 통합자(integrator), 제3자, 및/또는 운영자(예를 들어, 고객)에 의해 실행되거나 수행될 수 있다. 이러한 설명을 위해, 시스템 통합자는 제한없이 어떠한 수의 항공기 제작자들 및 주 시스템 하청업자들을 포함할 수 있고; 제3자는 제한없이 어떠한 수의 판매자들, 하청업자들, 및 공급업자들을 포함할 수 있으며; 그리고 운영자는 항공사, 리스 회사, 군사 독립체, 서비스 조직 등일 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 예시적인 방법(98)에 의해 생산된 항공기(100)는 복수의 시스템들(118)과 내부(120)를 구비한 기체(116)를 포함할 수 있다. 개시된 방법 및 장치는 기체(110)의 일부분을 형성하는 동체 섹션들을 제작하는 데에 사용될 수 있다. 높은 레벨의 시스템들(118)의 예들은 하나 이상의 추진 시스템(122), 전기 시스템(124), 유압 시스템(126), 및 환경 시스템(128)을 포함한다. 어떠한 수의 다른 시스템들이 포함될 수 있다. 항공우주 예가 도시되어 있지만, 본 발명의 원리들은 자동차 산업과 같은 다른 산업들에도 적용될 수 있다.
여기에서 구체화된 장치는 생산 및 서비스 방법(98)의 어떠한 하나 이상의 단계들 동안에 이용될 수 있다. 예를 들어, 제작 공정(106)에 해당하는 구성요소들 또는 하위조립체들은 항공기(100)가 서비스에 있는 동안에 생산된 구성요소들 또는 하위조립체들과 유사한 방식으로 제작되거나 제조될 수 있다. 또한, 하나 이상의 장치 실시예들은 제작 단계들(106, 108) 동안에 예를 들어 항공기(100)의 조립을 상당히 촉진시키거나 이의 비용을 상당히 감소시킴에 따라 이용될 수 있다. 마찬가지로, 하나 이상의 장치 실시예들은 항공기(100)가 서비스에 있는 동안에 예를 들어 유지 및 보수(114)에 이용될 수 있되, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예들은 특정의 예시적인 실시예들에 대하여 설명되어 있지만, 다른 변형례들이 당해 기술분야에서의 숙련자들에게 생각나게 될 것이므로, 특정의 실시예들은 실례를 위한 것이고 제한은 아닌 것으로 이해되어야 할 것이다.
20 ... 복합 구조물 조립체 21 ... 스티프너
22 ... 날개보 34 ... 반경부
38 ... 맨드릴 40 ... 접착제층
44 ... 보우파 부분 50, 52 ... 제1 및 제2 코올부
74 ... 큰 반경부

Claims (11)

  1. 진공백(44)에서의 제1 복합 부품 상의 제2 복합 부품(21)과의 고화 중에 미경화된 제1 복합 부품(22)의 낮은 압력 부분(49)에서 발생되는 보우파(bow wave) 부분을 감소시키는 방법으로서, 상기 낮은 압력 부분(49)이 제1 복합 부품 상에서 반경부의 상부 에지(45)를 따라 형성되는, 방법에 있어서:
    코올부(caul) 장치를 제1 및 제2 복합 부품(22, 21) 위에 배치하는 단계; 및 제1 복합 부품의 낮은 압력 부분에 대기압 하중들을 가하도록 코올부 장치를 사용하는 단계를 포함하되,
    상기 코올부 장치를 배치하는 단계는, 제1 코올부(50)를 제1 복합 부품 상의 반경부 및 반경부(34)의 상부 에지(45)에 걸쳐 배치하는 단계와, 제2 코올부(52)를 제1 코올부와 겹치도록 제2 복합 부품 상에 배치하는 단계를 포함하되, 제1 코올부가 반경부 및 반경부(34)의 상부 에지(45)를 덮도록 채용되고, 제2 코올부가 이 제2 코올부를 통해 반경부(34)의 상부 에지(45)에 압력을 가하기 위하여 제1 코올부와 반경부(34)의 상부 에지(45) 위에 덮이는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 대기압 하중들을 가하도록 코올부 장치를 사용하는 단계는:
    제1 및 제2 복합 부품 위에 진공백을 덮도록 배치하는 단계,
    오토클레이브(autoclave) 안에 진공백으로 덮어진 부품을 배치하는 단계,
    진공백에서 진공을 뽑아내는 단계, 및
    오토클레이브를 이용하여 진공백에 압력을 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 대기압 하중들을 가하도록 코올부 장치를 사용하는 단계는 낮은 압력 부분에서 제1 코올부(50)에 압력을 가하도록 제2 코올부(52)를 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 진공백(44)에서의 제1 복합 부품 상의 제2 복합 부품(21)과의 고화 중에 제1 복합 부품(22)의 낮은 압력 부분(49)에서 발생되는 보우파 부분을 감소시키기 위한 장치로서, 상기 낮은 압력 부분(49)이 제1 복합 부품 상에서 반경부(34)의 상부 에지(45)를 따라 형성되는, 장치에 있어서,
    부품의 반경부에 압력을 가하기 위한 코올부를 포함하되, 상기 코올부는 반경부(34) 및 제1 복합 부품의 반경부(34)의 상부 에지(45)를 덮도록 채용된 제1 코올부(50)와, 제2 복합 부품(21) 상에 배치되되 이 제2 코올부(52)를 통하여 반경부(34)의 상부 에지(45)에 압력을 가하기 위하여 제1 코올부(50)와 반경부(34)의 상부 에지(45) 위에 덮이도록 채용된 제2 코올부(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 코올부(50)는 반경부의 둘레를 따라 두께가 가늘어지는(tapered) 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 제2 복합 부품(21)은 하부 플랜지(26)와, 상기 하부 플랜지(26)와 제1 복합 부품(22) 사이의 접착제층(40)을 구비하고, 상기 제1 코올부(50)는 상부 말단(56)에서 하부 플랜지(26)와 접착제층(40)의 합쳐진 두께와 대체적으로 일치하는 두께(T)를 가지며, 상부 말단(56)으로부터 하부 말단(58)으로 두께가 가늘어지는 것을 특징으로 하는 장치.
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