KR101930467B1 - 블레이드 제조 방법 및 이에 따라 제조되는 블레이드 - Google Patents
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Abstract
블레이드 제조 방법이 개시되며, 상기 블레이드 제조 방법은, 스파(spar) 및 토션 박스(torsion box) 각각을 형성하는 단계; 탄소 섬유(CFPR)를 포함하는 외측 스킨의 일단부가 블레이드 몰드의 내면을 덮고 상기 외측 스킨의 타단부가 상기 블레이드 몰드의 외부에 위치하도록, 상기 외측 스킨을 상기 블레이드 몰드에 대해 배치하고, 상기 블레이드 몰드 내의 상기 외측 스킨의 일단부 상에 상기 스파 및 상기 토션 박스를 배치하며 상기 블레이드 몰드 내의 잔여 공간에 폼 코어를 형성하고, 상기 외측 스킨의 타단부로 상기 블레이드 몰드 내의 상기 스파, 상기 토션 박스 및 상기 폼 코어를 덮어 가조립체를 형성하는 단계; 및 상기 가조립체를 경화하는 단계를 포함하되, 상기 외측 스킨의 일단부의 적어도 일부는 상기 블레이드의 일면에 피복되는 외피층을 형성하고, 상기 외측 스킨의 타단부의 적어도 일부는 상기 블레이드의 타면에 피복되는 외피층을 형성한다.
Description
본원은 블레이드 제조 방법 및 이에 따라 제조되는 블레이드에 관한 것이다.
일반적으로 블레이드(blade)는 주 구조체로서 양력에 의한 굽힘 하중과 비틀림 하중을 담당하는 스파(spar), 프레임 역할을 하는 토션 박스(torsion box), 코어(core) 및 이들을 감싸는 스킨을 포함할 수 있다.
그런데, 종래에는 블레이드의 제조시에 스킨이 복수 개의 부분으로 이루어지고, 복수 개의 부분이 서로 연결되며 스파, 토션 박스 및 코어를 감쌀수 있는데, 이때, 복수 개의 스킨 부분 간의 연결이 이루어지는 부분이 많아서, 스킨 및 블레이드의 내구성이 다소 약화되는 측면이 있었다.
본원의 배경이 되는 기술은 한국등록특허 제10-1083134호에 개시되어 있다.
본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 스킨 부분 간의 연결이 이루어지는 부분의 개수를 줄임으로써 스킨 및 블레이드의 내구성을 확보할 수 있는 블레이드 제조 방법 및 이에 따라 제조되는 블레이드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1 측면에 따른 블레이드 제조 방법은, 스파(spar) 및 토션 박스(torsion box) 각각을 형성하는 단계; 탄소 섬유(CFPR)를 포함하는 외측 스킨의 일단부가 블레이드 몰드의 내면을 덮고 상기 외측 스킨의 타단부가 상기 블레이드 몰드의 외부에 위치하도록, 상기 외측 스킨을 상기 블레이드 몰드에 대해 배치하고, 상기 블레이드 몰드 내의 상기 외측 스킨의 일단부 상에 상기 스파 및 상기 토션 박스를 배치하며 상기 블레이드 몰드 내의 잔여 공간에 폼 코어를 형성하고, 상기 외측 스킨의 타단부로 상기 블레이드 몰드 내의 상기 스파, 상기 토션 박스 및 상기 폼 코어를 덮어 가조립체를 형성하는 단계; 및 상기 가조립체를 경화하는 단계를 포함하되, 상기 외측 스킨의 일단부의 적어도 일부는 상기 블레이드의 일면에 피복되는 외피층을 형성하고, 상기 외측 스킨의 타단부의 적어도 일부는 상기 블레이드의 타면에 피복되는 외피층을 형성할 수 있다.
또한, 본원의 제2 측면에 따른 블레이드는 본원의 제1 측면에 따른 블레이드 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 외측 스킨의 타단부는 스파, 토션 박스 및 폼 코어의 일면에 피복되는 일단부로부터 연장되어 스파의 폼 코어와 접촉되지 않는 면을 감싸며 연장되어 스파, 토션 박스 및 폼 코어의 타면에 피복되어 외측 스킨 일단부 측으로 연장될 수 있고, 적어도 일부가 외측 스킨의 일단부와 만나게 되어 외측 스킨의 일단부와 연결됨으로써 블레이드의 외피층을 형성할 수 있다. 이에 따라, 외피층은 복수 개의 외측 스킨 조각으로 이루어지는 것이 아니라 하나의 외측 스킨으로 이루어질 수 있고, 이에 따라, 연결되는 부분의 면적이 줄어들어 외피층 및 블레이드의 내구성이 향상될 수 있다.
도 1은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드의 개략적인 평면도이다.
도 2는 개략적인 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 개략적인 도 1의 B-B 단면도이다.
도 4는 개략적인 도 1의 C-C 단면도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스파 몰드의 개략적인 평면도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스파 몰드에 단방향 글라스 스트랜드를 적층하는 것을 설명하기 위한 사진이다
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스파 몰드에 텅스텐을 배치하는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 단방향 글라스 스트랜드가 적층되고 텅스텐이 배치된 스파 몰드를 경화한 후의 사진이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 경화된 후 스파 몰드로부터 탈형된 스파의 사진이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스파 몰드 내에 스킨층 및 폼부가 배치된 것의 사진이다.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스킨층이 폼부를 감싸게 된 것을 도시한 사진이다.
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 블레이드 몰드의 개략적인 평면도이다.
도 13 및 도 14는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 블레이드 몰드에 외측 스킨, 스파 및 토션 박스를 배치하는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 15 내지 도 18은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 외측 스킨의 타단부로 스파, 토션 박스 및 폼 코어를 덮는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 19 내지 도 21은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 가조립체가 배치된 몰드를 진공백에 투입하여 배깅하는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 22는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 배깅 장치를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 23은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 방법의 가조립체가 배치된 블레이드 몰드가 경화되는 경화 온도 사이클을 나타내는 그래프이다.
도 24는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 경화된 후 가조립체를 블레이드 몰드로부터 탈형되는 것을 설명하는 사진이다.
도 25 및 도 26은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 탈형된 가조립체에 대해 트림을 진행하는 것을 설명하는 사진이다.
도 2는 개략적인 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 개략적인 도 1의 B-B 단면도이다.
도 4는 개략적인 도 1의 C-C 단면도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스파 몰드의 개략적인 평면도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스파 몰드에 단방향 글라스 스트랜드를 적층하는 것을 설명하기 위한 사진이다
도 7은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스파 몰드에 텅스텐을 배치하는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 단방향 글라스 스트랜드가 적층되고 텅스텐이 배치된 스파 몰드를 경화한 후의 사진이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 경화된 후 스파 몰드로부터 탈형된 스파의 사진이다.
도 10은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스파 몰드 내에 스킨층 및 폼부가 배치된 것의 사진이다.
도 11은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 스킨층이 폼부를 감싸게 된 것을 도시한 사진이다.
도 12는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 블레이드 몰드의 개략적인 평면도이다.
도 13 및 도 14는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 블레이드 몰드에 외측 스킨, 스파 및 토션 박스를 배치하는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 15 내지 도 18은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 외측 스킨의 타단부로 스파, 토션 박스 및 폼 코어를 덮는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 19 내지 도 21은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 가조립체가 배치된 몰드를 진공백에 투입하여 배깅하는 것을 설명하기 위한 사진이다.
도 22는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 배깅 장치를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 23은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 방법의 가조립체가 배치된 블레이드 몰드가 경화되는 경화 온도 사이클을 나타내는 그래프이다.
도 24는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 경화된 후 가조립체를 블레이드 몰드로부터 탈형되는 것을 설명하는 사진이다.
도 25 및 도 26은 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법의 탈형된 가조립체에 대해 트림을 진행하는 것을 설명하는 사진이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본원은 블레이드 제조 방법 및 이에 따라 제조되는 블레이드에 관한 것이다.
먼저, 본원의 일 실시예에 따른 블레이드 제조 방법(이하 '본 제조 방법'이라 함)의 용이한 이해를 위해, 본 제조 방법에 의해 제조되는 본원의 일 실시예에 따른 블레이드(이하 '본 블레이드'라 함)에 대해 설명한다. 다만, 블레이드는 후술할 본 제조 방법에 의해 제조되는 것이므로, 후술할 본 제조 방법에서 설명할 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 1을 참조하면, 본 블레이드는 블레이드(날개) 형상일 수 있다. 또한, 본 블레이드는 결합구(11)를 포함할 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 본 블레이드는 스파(보다 구체적으로, 노즈 스파(Nose spar)(13)를 포함할 수 있다. 스파(13)는 본 블레이드의 적어도 일부에서 본 블레이드의 길이 방향을 따라 구비될 수 있다. 또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 스파(13)는 본(132) 및 본(132)의 적어도 일부를 감싸는 본체부(131)를 포함할 수 있다. 본(132)은 스파(13)의 적어도 일부에서 본 블레이드의 길이 방향으로 연장되며 배치될 수 있다. 또한, 본(132)은 스파(13)의 적어도 일부에서 복수 개로 구비될 수 있다. 본(132)은 텅스텐을 포함하는 재질일 수 있다. 또한, 본체부(132)는 단방향 글라스(UD glass)를 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 블레이드는 토션 박스(14)를 포함할 수 있다. 토션 박스(14)는 폼부(141) 및 폼부(141)를 감싸는 스킨층(142)을 포함할 수 있다. 폼부(141)는 우레탄 폼을 포함하는 재질일 수 있다. 또한, 스킨층(142)은 탄소 섬유(CFPR)를 포함하는 재질일 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 블레이드는 폼 코어(15)를 포함할 수 있다. 폼 코어(15)는 우레탄 폼을 포함하는 재질일 수 있다.
또한, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 블레이드는 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15)를 감싸는 외피층(외부 스킨)(12)을 포함할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되지 않았지만, 본 블레이드는 스파(13) 및 토션 박스(14) 각각으로부터 폼 코어(15) 측으로 돌출되는 스터드를 포함할 수 있다. 스터드에 의해 스파(13)와 폼 코어(15)의 결합성 및 토션 박스(14)와 폼 코어(15)의 결합성이 향상될 수 있다.
이하에서는 상술한 본 블레이드를 제조하는데 적용되는 본 제조 방법에 대해 설명한다. 다만, 본 제조 방법은 전술한 본 블레이드를 제조하는 방법에 관한 것이므로, 앞서 살핀 본 블레이드에서 설명한 구성과 동일 또는 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고, 중복되는 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
본 제조 방법은 스파(spar) 및 토션 박스(torsion box) 각각을 형성하는 단계(제1 단계)를 포함한다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 제1 단계는, 스파 몰드(2)(도 5 참조) 내의 스파(13)의 체결구(핀 체결 홀)(11)가 형성될 부분을 제외한 부분의 두께 방향으로의 적어도 일부에 단방향 글라스(UD glass) 스트랜드(strand)를 적층하고(도 6 참조), 적층된 단방향 글라스 스트랜드 상에 텅스텐(132)을 배치하며(도 7 참조), 텅스텐(132)을 덮도록 두께 방향으로 단방향 글라스 스트랜드를 추가 적층하고 경화하여(도 8 참조) 스파(13)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 제1 단계는 스파 몰드(2) 내에 스파(13)의 체결구(11)가 형성될 부분과 대응되는 스펙(사이즈, 형상 등)을 갖는 핀을 배치한 후, 도 6을 참조하면, 스파 몰드(2)에 단방향 글라스 스트랜드를 적층할 수 있다. 여기서 단방향 글라스 스트랜드라 함은, 단방향 글라스의 가닥 또는 가닥 묶음을 의미할 수 있다. 구체적으로, 단방향 글라스는 섬유 방향이 단방향일 수 있는데, 단방향 글라스를 복수의 가닥 또는 가닥 묶음으로 나눈 것(찢은 것)이 단방향 글라스 스트랜드일 수 있다. 이때, 복수의 스트랜드의 길이 방향이 단방향 글라스의 섬유 방향이 되도록 스트랜드는 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 단계는 단방향 글라스 스트랜드의 길이 방향, 다시 말해, 단방향 글라스의 섬유 방향이 스파(13)의 길이 방향과 평행하도록 단방향 글라스 스트랜드를 스파 몰드(2)의 두께 방향으로의 적어도 일부에 적층, 다시 말해, 스파 몰드(2) 내에서 스파(13)의 너비 또는 높이 방향으로 스파(13)의 적어도 일부가 형성되도록 적층할 수 있다. 또한, 도 7을 참조하면, 제1 단계는 스파 몰드(2) 내에서 적어도 일부 적층된 단방향 글라스 스트랜드 상에 텅스텐(132)을 배치할 수 있다. 여기서 텅스텐은, 텅스텐을 포함하는 재질로 이루어진 것으로서, 상술한 본(132)을 의미한다. 텅스텐(132)은 스파(13)의 길이 방향으로 배치될 수 있는데, 스파(13)의 길이 방향을 따라 한개가 배치되거나, 복수 개가 스파(13)의 길이 방향을 따라 간격을 두고 배치될 수 있다. 또한, 텅스텐(132)은 스파(13)의 너비 방향으로 복수 개 배치될 수 있다. 이에 따라, 스파(13)를 길이 방향으로 분할할 때 형성되는 영역 중 적어도 하나에는 길이 방향을 따라 텅스텐(132)이 한개 배치될 수 있고, 스파(13)를 길이 방향으로 분할할 때 형성되는 영역 중 다른 일부에는 너비 방향으로 배치되는 텅스텐(132) 두 개가 길이 방향으로 연장되게 배치될 수 있으며, 스파(13)를 길이 방향으로 분할할 때 형성되는 영역 중 적어도 또 다른 일부에는 텅스텐(132)이 배치되지 않을 수 있다. 또한, 제1 단계는 텅스텐(132)이 덮어지도록,단방향 글라스 스트랜드를 추가 적층할 수 있다. 단방향 글라스 스트랜드의 추가 적층은 상술한 단방향 글라스 스트랜드를 적층하는 것과 동일 내지 유사하게 수행될 수 있다. 이후, 제1 단계는 스파 몰드(2) 내의 단방향 글라스 스트랜드 및 텅스텐(132)을 경화할 수 있다. 이에 따라, 스파 몰드(2) 내에 스파(13)가 형성될 수 있다. 참고로, 단방향 글라스 스트랜드는 본체부(131)를 형성할 수 있고, 텅스텐(132)은 본(132)을 형성할 수 있다.
도 9를 참조하면, 경화 후, 스파 몰드(2) 내에서 형성된 스파(13)는 스파 몰드(2)로부터 탈형될 수 있다. 상술한 바에 따르면, 제1 단계는 단방향 글라스 스트랜드의 방향이 스파(13)의 길이 방향과 대응되도록 스파 몰드(2) 내에 단방향 글라스 스트랜드를 적층할 수 있다. 이에 따라, 스파(13)의 하중에 대한 저항성이 커질 수 있다.
또한, 제1 단계는, 토션 박스(14)를 형성할 수 있다. 도 10을 참조하면, 제1 단계는 토션 박스 몰드에서 토션 박스(14)를 형성할 수 있다. 구체적으로, 제1 단계는, 도 10을 참조하면, 탄소섬유를 포함하는 스킨층(이를테면, prepreg 3ply)(142)의 일단부가 토션 박스 몰드의 내면을 덮고 스킨층(142)의 타단부가 토션 박스 몰드의 외부에 위치하도록 스킨층(142)을 토션 박스 몰드에 대해 배치하고, 토션 박스 몰드 내의 스킨층(142)의 일단부 상에 폼부(141)를 배치하며, 도 11을 참조하면, 스킨층(142)의 타단부로 폼부(141)를 덮고 경화(Auto clave)하여(도 11 참조) 토션 박스(14)를 형성할 수 있다. 이에 따르면, 제1 단계는 스킨층(142)의 일단부의 적어도 일부가 폼부(141)의 일면(하측)을 감싸고, 스킨층(142)의 타단부의 적어도 일부가 폼부(141)의 타면(상측)을 감싸게 하여, 폼부(141)를 둘러싸고 만나게할 수 있고, 만나게되는 스킨층(142)의 일단부와 스킨층(142)의 타단부를 상호 연결(체결)할 수 있다.
또한, 본 제조 방법은 가조립체를 형성하는 단계(제2 단계)를 포함한다. 도 12를 참조하면, 제2 단계는 블레이드 몰드(하형 몰드 일 수 있음)(3)에서 가조립체를 형성할 수 있다. 구체적으로, 제2 단계는 도 13 및 도 14를 참조하면, 탄소 섬유(CFPR)를 포함하는 외측 스킨(12)의 일단부가 블레이드 몰드(3)의 내면을 덮고 외측 스킨(12)의 타단부가 블레이드 몰드(3)의 외부에 위치하도록 외측 스킨(12)을 블레이드 몰드(3)에 대해 배치하고, 블레이드 몰드(3) 내의 외측 스킨(12)의 일단부 상에 스파(13) 및 토션 박스(14)를 배치하며 블레이드 몰드(3) 내의 잔여 공간에 폼 코어(15)를 형성하고(도 2 내지 도 4 참조), 도 15 내지 도 18을 참조하면, 외측 스킨(12)의 타단부로 블레이드 몰드(3) 내의 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15)를 덮는다.
이에 따르면, 외측 스킨(12)의 일단부의 적어도 일부는 본 블레이드의 일면(도 2 참도 6시 방향을 향하는 면)에 피복되는 외피층(12)을 형성할 수 있고, 외측 스킨(12)의 타단부의 적어도 일부는 본 블레이트의 타면(도 2 참조 12시 방향을 향하는 면)에 피복되는 외피층(12)을 형성할 수 있다. 다시 말해, 제2 단계는 외측 스킨(12)의 일단부의 적어도 일부가 폼 코어(15)의 일면(하측)을 감싸고, 외측 스킨(12)의 타단부의 적어도 일부가 폼 코어(15)의 타면(상측)을 감싸게 하여, 폼 코어(15)를 둘러싸고 만나게할 수 있고, 만나게되는 외측 스킨(12)의 일단부와 외측 스킨(12)의 타단부를 상호 연결(체결)할 수 있다. 이에 따라, 도 2 내지 도 4를 참조하면, 제2 단계에서, 외측 스킨(12)은 적어도 일부가 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15)의 일면에 피복되는 일단부로부터 연장되어 스파(13)의 외면(폼 코어(15)와 접촉되지 않는 면)을 감싸며 타단부의 적어도 일부가 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15)의 타면에 피복되며 일단부 측으로 연장될 수 있고, 만나게는 외측 스킨(12)의 일단부와 타단부의 적어도 일부가 서로 연결됨으로써 외피층(12)을 형성할 수 있다.
또한, 상술한 바에 따르면, 본 제조 방법은 하형 몰드인 블레이드 몰드(3)에 프리프레그(Prepreg) 상태의 탄소/ 유리 복합 소재를 배치(적층)하여 본 블레이드(블레이드)를 제조할 수 있다.
또한, 폼부(141)와 폼 코어(15)는 동일 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 폼부(141) 및 폼 코어(15) 각각은 우레탄 폼을 포함하는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 외측 스킨(12)의 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15)중 하나 이상과 접촉되는 부분에는 접착층이 형성될 수 있다. 이에 따라, 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15) 중 적어도 하나 이상은 외측 스킨(12)에 접착되어 위치 고정성이 높아질 수 있어, 블레이드의 사용시 블레이드 내에는 외력이 작용될 수 있고, 이에 따라, 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15) 중 적어도 하나는 초기 위치에서 밀릴(벗어날) 수 있다. 그러나, 본 제조 방법에 의하면, 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15) 중 적어도 하나 이상은 외측 스킨(12)에 접착되어 향상된 위치 고정성을 가질 수 있으므로, 스파(13), 토션 박스(14) 및 폼 코어(15) 중 적어도 하나 이상이 초기 위치로부터 벗어나는 일이 방지될 수 있다.
또한, 본 제조 방법에 있어서, 제1 단계는 스파(13) 제조시에 본체부(131)로부터 돌출되는 스터드를 스파(13)에 구비할 수 있다. 예를 들어, 스파(13)를 스파 몰드(2)로부터 탈형한 후, 경화된 단방향 글라스 스트랜드에 스터드를 이루는 핀 형태의 부재의 일단부를 꽂음으로써, 스파(13)에 스터드를 구비할 수 있다. 또한, 제1 단계는 토션 박스(14) 제조시에 토션 박스(14)로부터 돌출되는 스터드를 토션 박스(14)에 구비할 수 있다. 예를 들어, 토션 박스(14) 제조 후, 스터드를 이루는 핀 형태의 부재의 일단부를 토션 박스(14)에 꽂음으로써 토션 박스(14)에 스터드를 구비할 수 있다. 이후, 제2 단계에서, 스터드가 구비된 스파(13) 및 토션 박스(14)가 블레이드 몰드(3) 내에 배치되고 우레탄 폼이 충진됨으로써, 스터드에 의해 스파(13)와 폼 코어(15)가 상호 결합되고 토션 박스(14)와 폼 코어(15)가 상호 결합되는 형태로 폼 코어(15)가 배치될 수 있다. 참고로, 스터드를 이루는 부재는 후술할 제3 단계에서의 경화 온도 사이클에서의 최고 온도에 대해서도 형태가 유지될 수 있는 소정의 내열성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 본 제조 방법은 가조립체를 경화하는 단계(제3 단계)를 포함한다.
도 19 내지 도 21을 참조하면, 제3 단계는, 외측 스킨의 보이드(void) 중 적어도 일부가 제거되도록, 상기 가조립체를 진공백에 투입하여 공기를 빼내고(진공압을 가하고) 경화시킬 수 있다. 예를 들어, 도 22를 참조하면, 제3 단계는 가조립체가 배치된 블레이드 몰드(적층물)(3)를 이형제 또는 이형필름 상에 배치하고, 배치된 블레이드 몰드 상에 비천공 이형필름을 배치하며, 그 상측에 브레더를 배치하고, 브레더 상에 배깅 필름(진공백)을 적층할 수 있다. 또한, 제3 단계는 진공백 실란트 테이프를 사용하여 배깅 필름과 몰드 사이를 밀폐할 수 있다. 또한, 제3 단계는 진공포트에 연결된 호스를 진공백 커넥터에 연결하여 진공압을 가할 수 있고, 몰드를 오토클레이브에 넣고 압력과 열을 가하여 경화할 수 있다.
또한, 제3 단계는 120℃ 내지 140℃의 온도 범위에서 80분 내지 100분의 큐어링 구간을 포함하는 경화 온도 사이클로 경화를 수행할 수 있다. 구체적으로, 도 23를 참조하면, 경화 온도 사이클은, 상온에서 0.5℃/min내지 2.5℃/min의 속도로 80℃ 내지 100℃의 온도 범위까지 온도를 상승시키는 1차 온도 상승 구간, 80℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 50분 내지 70분 온도가 정체되는 정체 구간, 0.5℃/min내지 2.5℃/min의 속도로 120℃ 내지 140℃의 온도 범위까지 온도를 상승시키는 2차 온도 상승 구간, 상기 큐어링 구간(보다 바람직하게는 큐어링 구간은 125℃에서 90분일 수 있음) 및 1℃/min 내지 5℃/min의 속도로 온도를 하강시키는 온도 하강 구간을 포함할 수 있다. 이러한 경화 온도 사이클은 상술한 바와 같은 재질을 갖는 가조립체에 최적화된 경화 온도 사이클일 수 있으며, 이에 따라, 경화 후 정상적인 완제품이 형성될 수 있다.
또한, 제3 단계는, 승온 속도와 냉각 속도를 계산할 수 있다. 구체적으로, 경화시에, 경화가 이루어지고 있는 온도는 측정될 수 있는데, 제3 단계는 1차 및 2차 온도 상승 구간 및 온도 하강 구간 각각에서 설정된 시간 단위로 온도를 측정하여 1차 및 2차 온도 상승 구간에서는 승온 속도를 계산할 수 있고, 온도 하강 구간에서는 냉각 속도를 계산할 수 있다. 예를 들어, 이러한 계산 및 온도 측정은 10분 단위로 이루어질 수 있다. 또한, 제3 단계는, 계산되는 승온 속도와 측정되는 온도를 기반으로, 승온 속도가 미리 설정되는 속도(1차 온도 상승 구간에서는 0.5℃/min내지 2.5℃/min, 2차 온도 상승 구간에서는 0.5℃/min내지 2.5℃/min의 속도)를 벗어나는 속도로 승온이 이루어지는 경우, 승온 속도가 조절되도록, 가해지는 열을 조절할 수 있다. 또한, 제3 단계는 계산되는 냉각 속도와 측정되는 온도를 기준으로 냉각 속도가 미리 설정되는 속도(온도 하강 구간에서는 1℃/min 내지 5℃/min의 속도)를 벗어나는 속도로 냉각이 이루어지는 경우, 냉각 속도가 조절되도록, 가해지는 열(열의 세기) 또는 냉각시키는 수단을 조절할 수 있다.
이러한 제3 단계의 경화는 오토 클레이브 장치에서 수행될 수 있는데, 가해지는 열 조절, 냉각 조절, 승온 속도 계산 및 냉각 속도 계산 등은 오토 클레이브 장치의 제어부에 의해 수행될 수 있다. 또한, 온도 측정은 온도 측정 장치에 의해 수행될 수 있다.
또한, 참고로, 제3 단계에서, 제어부는 1차 온도 상승 구간 및 2차 온도 상승 구간 각각에서 측정되는 온도와 계산되는 승온 속도를 기반으로 정체 구간 및 큐어링 구간(보다 구체적으로, 정체 구간의 최소 온도 및 큐어링 구간의 최소 온도) 각각에 도달되는 도달 예정 시간을 미리 산정할 수 있고, 산정되는 도달 예정 시간을 기반으로 경화 중인 가조립체의 경화 완료 예상 시간을 산출하여 별도의 디스플레이 장치를 통해 사용자에게 제공할 수 있다(구체적으로, 1차 온도 상승 구간 및 2차 온도 상승 구간 각각의 수행 시에). 또한, 제어부는 1차 및 2차 온도 상승 구간 중 하나 이상에서 산정되는 도달 예정 시간이 정상 상품의 제조시에 산출되는 도달 예정 시간 범위를 벗어나는 경우, 비정상 상태임을 판단하여 경화를 중단하고 사용자에게 이를 알릴 수 있다. 이에 따라, 정상 제품의 생산률을 높일 수 있고, 비정상 제품 생산에 소모되는 시간을 줄일 수 있다.
또한, 도 23을 참조하면, 제3 단계는, 큐어링 구간에서의 압력을 2.5 bar 내지 3.5 bar로 유지할 수 있다. 또한, 도 23을 참조하면, 2.5 bar 내지 3.5 bar의 압력은 1차 온도 상승 구간 내에서 온도가 70℃ 이상이 되는 때부터 온도 하강 구간 내에서 온도가 80℃로 하강할 때까지 유지될 수 있으며, 온도 하강 구간 내에서 온도가 80℃가 되면 압력은 해제될 수 있고, 이에 따라, 온도 하강 구간 내에서 온도가 80℃ 미만이 되면 압력은 점차 낮아질 수 있다.
또한, 제3 단계는, 1차 온도 상승 구간, 2차 온도 상승 구간, 큐어링 구간 및 온도 하강 구간에 대하여 소정의 진공압을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상술한 경화 온도 사이클에 따르면, 제3 단계는 상술한 경화 온도 사이클에 최적화된 -76±3 cmHg 범위의 진공압이 유지되도록 진공압을 가할 수 있다.
또한, 제3 단곈는 가조립체를 진공백에 투입하여 진공압을 가할 때, 큐어링 구간의 온도 또는 경화 온도 사이클에 따라 가하는 진공압을 조절할 수 있다. 예를 들어, 상술한 경화 온도 사이클에 최적화된 -76±3 cmHg 범위의 진공압이 형성되도록 진공압을 가할 수 있다.
또한, 도 24를 참조하면, 본 제조 방법은, 제3 단계 이후에, 블레이드 몰드(3)로부터 경화된 가조립체를 탈형할 수 있다. 또한, 도 25 및 도 26을 참조하면, 본 제조 방법은 탈형된 가조립체에 대해 트림(trim)을 진행하여 본 블레이드를 형성할 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 결합구
12: 외피층
13: 스파
131: 본체부
132: 본
14: 토션 박스
141: 폼부
142: 스킨층
15: 폼 코어
2: 스파 몰드
3: 블레이드 몰드
12: 외피층
13: 스파
131: 본체부
132: 본
14: 토션 박스
141: 폼부
142: 스킨층
15: 폼 코어
2: 스파 몰드
3: 블레이드 몰드
Claims (13)
- 블레이드 제조 방법에 있어서,
스파(spar) 및 토션 박스(torsion box) 각각을 형성하는 단계;
탄소 섬유(CFPR)를 포함하는 외측 스킨의 일단부가 블레이드 몰드의 내면을 덮고 상기 외측 스킨의 타단부가 상기 블레이드 몰드의 외부에 위치하도록, 상기 외측 스킨을 상기 블레이드 몰드에 대해 배치하고, 상기 블레이드 몰드 내의 상기 외측 스킨의 일단부 상에 상기 스파 및 상기 토션 박스를 배치하며 상기 블레이드 몰드 내의 잔여 공간에 폼 코어를 형성하고, 상기 외측 스킨의 타단부로 상기 블레이드 몰드 내의 상기 스파, 상기 토션 박스 및 상기 폼 코어를 덮어 가조립체를 형성하는 단계; 및
상기 가조립체를 경화하는 단계를 포함하되,
상기 외측 스킨의 일단부의 적어도 일부는 상기 블레이드의 일면에 피복되는 외피층을 형성하고, 상기 외측 스킨의 타단부의 적어도 일부는 상기 블레이드의 타면에 피복되는 외피층을 형성하고,
상기 스파 및 토션 박스 각각을 형성하는 단계는,
스파 몰드 내의 상기 스파의 핀 체결 홀이 형성될 부분을 제외한 부분의 두께 방향으로의 적어도 일부에 단방향 글라스(UD glass) 스트랜드(strand)를 적층하고, 적층된 단방향 글라스 스트랜드 상에 텅스텐을 배치하며, 텅스텐을 덮도록 상기 두께 방향으로 단방향 글라스 스트랜드를 추가 적층하고, 경화하여 스파를 형성하는 것인, 블레이드 제조 방법. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 스파 및 토션 박스 각각을 형성하는 단계는,
탄소섬유를 포함하는 스킨층의 일단부가 토션 박스 몰드의 내면을 덮고 상기 스킨층의 타단부가 상기 토션 박스 몰드의 외부에 위치하도록, 상기 스킨층을 상기 토션 박스 몰드에 대해 배치하고, 상기 토션 박스 몰드 내의 상기 스킨층의 일단부 상에 폼부를 배치하며, 상기 스킨층의 타단부로 상기 폼부를 덮고, 경화하여 상기 토션 박스를 형성하는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 폼부와 상기 폼 코어는 우레탄 폼을 포함하는 동일 재질로 이루어지는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 외측 스킨의 상기 스파, 상기 토션 박스 및 상기 폼 코어 중 하나 이상과 접촉되는 부분에는 접착층이 형성되는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제5항에 있어서,
상기 경화하는 단계는, 120℃ 내지 140℃의 온도 범위에서 80분 내지 100분의 큐어링 구간을 포함하는 경화 온도 사이클로 경화를 수행하는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 경화 온도 사이클은, 상온에서 0.5℃/min내지 2.5℃/min의 속도로 80℃ 내지 100℃의 온도 범위까지 온도를 상승시키는 1차 온도 상승 구간, 80℃ 내지 100℃의 온도 범위에서 50분 내지 70분 온도가 정체되는 정체 구간, 0.5℃/min내지 2.5℃/min의 속도로 120℃ 내지 140℃의 온도 범위까지 온도를 상승시키는 2차 온도 상승 구간, 상기 큐어링 구간 및 1℃/min 내지 5℃/min의 속도로 온도를 하강시키는 온도 하강 구간을 포함하는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 경화하는 단계는, 온도를 설정된 시간 단위로 측정하여 상기 1차 및 2차 온도 상승 구간 각각에서의 실제 승온 속도를 계산하고, 계산되는 승온 속도가 상기 1차 및 2차 온도 상승 구간 각각에서의 설정된 승온 속도 범위를 벗어나는 경우, 승온 속도가 조절되도록, 가해지는 열의 세기를 조절하는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제8항에 있어서,
상기 경화하는 단계는, 상기 큐어링 구간에서의 압력을 2.5 bar 내지 3.5 bar로 유지하는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제10항에 있어서,
상기 경화하는 단계는, 상기 외측 스킨의 보이드(void) 중 적어도 일부가 제거되도록, 상기 가조립체가 배치된 상기 블레이드 몰드를 진공백에 투입하여 상기 가조립체가 배치된 상기 블레이드 몰드에 대하여 진공압을 형성하고 경화시키는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 경화하는 단계는, 상기 1차 온도 상승 구간, 상기 2차 온도 상승 구간, 상기 큐어링 구간 및 상기 온도 하강 구간에 대하여 소정의 진공압을 형성하는 것인, 블레이드 제조 방법. - 제1항에 따라 제조되는 블레이드.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20200122842A (ko) * | 2019-04-19 | 2020-10-28 | 한국항공우주산업 주식회사 | 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4626172A (en) | 1983-03-18 | 1986-12-02 | Societe Nationale Industrielle Aerospatiale | Variable-pitch multi-blade propeller incorporating individually dismountable blades made of composite materials, process for manufacturing such blades and blades thus produced |
KR101746643B1 (ko) * | 2016-06-21 | 2017-06-13 | 한국항공대학교산학협력단 | 유체구조물에 적합한 블레이드용 스킨 및 이를 구비한 유체구조물에 적합한 블레이드의 제조 방법 |
-
2018
- 2018-09-21 KR KR1020180113945A patent/KR101930467B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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Cited By (2)
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KR102324411B1 (ko) | 2019-04-19 | 2021-11-15 | 한국항공우주산업 주식회사 | 다중스파 일체형 토션박스 제작방법 및 상기 제작방법에 의한 토션박스 |
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