KR102076827B1 - Integrated Folding Wing using Composite materials and Method for manufacturing the same - Google Patents

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이종천
주영식
김민성
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국방과학연구소
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Abstract

Disclosed is an integrated folding wing using a composite material. The integrated folding wing using the composite material includes: a first body part of which a rotating shaft hole is formed at one end; and a second body part integrally formed on the other end of the first body part, wherein the first body part includes: a support part mold; and a wing skin layer formed on a surface of the support part mold.

Description

복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개 및 이의 제조 방법{Integrated Folding Wing using Composite materials and Method for manufacturing the same}Integrated folding wing using composite materials and method for manufacturing the same

본 발명은 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개에 관한 것으로서, 더 상세하게는 복합재료를 이용한 모노코크 형태의 일체형 접이식 날개 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a unitary folding wing using a composite material, and more particularly, to a monolithic folding wing using a composite material and a manufacturing method thereof.

또한, 본 발명은 동체에 단순하게 조립되어 고정되는 것이 아니라 접이식으로 보관되고, 운용개념에 따라 적절하게 날개의 위치를 변경할 수 있는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.In addition, the present invention relates to an integrated folding wing and a method for manufacturing the same using a composite material that can be stored in a foldable rather than simply assembled and fixed to the fuselage, and can change the position of the wing according to the operating concept.

최근 세계적인 흐름에 따라 중소형 비행체가 많이 개발되고 있다. 중소형 비행체의 날개는 공력성능을 만족하기 위하여 대체로 고세장비(high aspect ratio)이다. 그리고, 날개는 기체구조의 주요 구성품이기 때문에 기본적인 강성, 강도, 중량 요구조건과 온습도 등 일반적인 관련 환경조건을 모두 만족해야 한다. Recently, a lot of small and medium sized vehicles are being developed according to the global trend. The wings of small and medium-sized aircraft are usually of high aspect ratio to satisfy aerodynamic performance. And since the wing is the main component of the gas structure, it must satisfy all general related environmental conditions such as basic stiffness, strength, weight requirements and temperature and humidity.

즉, 날개는 변형이 작아야 하고 설계하중 내에서 파손이 일어나지 않아야 하며 가벼워야 한다. 날개는 전기체 단위에서 요구되는 장착개념, 운용개념도 만족해야만 한다. 운용, 보관에 대한 이점에 따라 일부 중소형 비행체에서 접이식 날개가 사용되고 있으며 접이식 날개의 적용사례는 지속적으로 증가하고 있다.That is, the blades must be small in deformation, not broken within the design load, and light. The wing must also satisfy the mounting and operating concepts required for the electric unit. Folded wings are used in some small and medium sized vehicles due to the advantages of operation and storage, and the application of foldable wings is continuously increasing.

또한, 근래에는 기체구조를 경제적으로 제작하기 위한 노력이 많이 이루어지고 있다. 저비용 기체구조를 제작하는 대표적인 방법으로 일체형 기체구조 설계 및 제작이 있다. 과거에는 금속재를 가공하고 조립하여 구조물을 제작하는 방법이 전형적이었다. 하지만, 최근에는 프리프레그와 같은 중간재 형태의 복합재를 적층하고 경화해서 구조물을 제작하는 방법이 사용되고 있다. 복합재 구조 제작 방식은 부품 개수를 줄이거나 구조물을 일체형으로 제작하는데 매우 유리하다.In recent years, efforts have been made to economically manufacture a gas structure. Representative methods for manufacturing low cost gas structures include integrated gas structure design and fabrication. In the past, methods of fabricating structures by machining and assembling metal were typical. Recently, however, a method of fabricating a structure by stacking and curing an intermediate material such as a prepreg is used. Composite structure fabrication method is very advantageous to reduce the number of parts or to fabricate the structure in one piece.

날개 제작에 있어 구조적 성능을 위해 비강성, 비강도가 우수한 소재를 사용해야 한다. 공력성능을 위해 제작단계에서 날개의 외표면이 잘 관리되어야 한다. 그리고 비행체 운용개념에 따라 날개 뿌리(wing root)에 접이식 기능을 구현하기 위한 회전축(pivot)을 가지고 있어야 한다. 날개는 비용절감을 위해 일체형으로 제작되어야 하고 각 제조 공정 단계의 전처리(pre-process), 후처리(post-process)는 최소화되어야 한다.In the construction of wings, it is necessary to use materials with high rigidity and specific strength for structural performance. For the aerodynamic performance, the outer surface of the wing should be well managed during the manufacturing stage. And according to the aircraft operation concept, it must have a pivot to implement the folding function in the wing root (wing root). Wings should be built in one piece to reduce costs and the pre- and post-process of each manufacturing process step should be minimized.

종래기술은 일체형 복합재 날개 제작에 대한 내용으로 접이식 기능이 적용되어 있다. 그러나 날개가 회전축 지지부(pivot mount), 스파(spar), 립(rib), 페어링(fairing)으로 구성되어 날개의 내부형상(IML: Inner Mold Line) 몰드가 복잡하다. 또한, 최소 5개의 IML 몰드가 필요한 것으로 확인된다.The prior art has been applied to the folding function as a content for manufacturing a composite composite wing. However, the wing is composed of pivot mount, spar, rib and fairing, which makes the inner mold (IML) mold complex. In addition, at least five IML molds were identified as required.

1. 한국등록특허번호 제10-1407721호(등록일자: 2014.06.09)1. Korean Registered Patent No. 10-1407721 (Registration Date: 2014.06.09) 2. 한국등록특허번호 제10-1267073호(등록일자: 2013.05.16)2. Korean Registered Patent No. 10-1267073 (Registration Date: May 16, 2013) 3. 일본공개특허번호 제2018-204461호3. Japanese Patent Application Publication No. 2018-204461

1. 주영식 외 4인, "고 세장비 일체형 복합재 제작 연구", 한국항공우주학회지, 2013.02.1. Joo, Young-Sik and four others, "A Study on the Fabrication of High-Integrated Equipment Composites", Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, 2013.02. 2. 주영식 외 3인, "키트용 접이식 복합재 날개 개발", 한국군사과학기술학회지, 2013.08.2. Joo, Young-Sik and three others, "Development of Foldable Composite Wings for Kits", Journal of the Korean Institute of Military Science and Technology, 2013.08.

본 발명은 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해, 복합재료를 이용한 모노코크 형태의 일체형 접이식 날개 및 이의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the problems according to the background art, an object of the present invention is to provide an integrated folding wing of monocoque type using a composite material and a method for manufacturing the same.

또한, 본 발명은 동체에 단순하게 조립되어 고정되는 것이 아니라 접이식으로 보관되고, 운용개념에 따라 적절하게 날개의 위치를 변경할 수 있는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개 및 이의 제조 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.In addition, the present invention is not simply assembled and fixed to the fuselage, but is stored in a foldable, and provides an integrated folding wing and a method of manufacturing the same using a composite material that can change the position of the wing according to the operating concept. have.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 복합재료를 이용한 모노코크 형태의 일체형 접이식 날개를 제공한다.The present invention provides a monolithic folding wing in the form of a monocoque using a composite material to achieve the above problems.

상기 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개는,Integrated folding wing using the composite material,

일단에 회전축 구멍이 형성되는 제 1 몸체부; 및A first body part having a rotation shaft hole formed at one end thereof; And

상기 제 1 몸체부의 타단에 일체로 형성되는 제 2 몸체부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a second body part integrally formed at the other end of the first body part.

이때, 상기 제 1 몸체부는, 지지부 몰드; 및 상기 지지부 몰드의 표면 위에 형성되는 날개 스킨층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.At this time, the first body portion, a support mold; And a wing skin layer formed on the surface of the support mold.

또한, 상기 제 2 몸체부는 내측이 중공 형상이며, 상기 날개 스킨층이 일체로 연장되는 것을 특징으로 한다,In addition, the second body portion is hollow inside, characterized in that the wing skin layer is integrally extended,

또한, 상기 날개 스킨층은 상기 지지부 몰드에 착탈식 구조로 제거 가능한 탈형 몰드가 조립된 내부형상 몰드의 표면 위에 복합재료가 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the wing skin layer is characterized in that the composite material is laminated on the surface of the inner mold of the removable mold assembled to the removable mold removable structure on the support mold.

이때, 상기 착탈식 구조는 돌출부 및 상기 돌출부에 정합되는 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 한다.At this time, the removable structure is characterized in that it consists of a protrusion and a concave portion to match the protrusion.

또한, 상기 복합재료는 재질이 일방향 프리프레그 및 직물형 프리프레그 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In addition, the composite material is characterized in that the material is at least one or more of unidirectional prepreg and woven prepreg.

또한, 상기 탈형 몰드의 돌출부 또는 오목부에는 제 1 및 제 2 가이드 핀의 각 일단이 압입되는 제 1-1 및 제 1-2 핀홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the protruding portion or the concave portion of the demolding mold is characterized in that the first pin and the first pin-hole of each one of the first and second guide pins are formed.

또한, 상기 지지부 몰드측의 오목부 또는 돌출부에는 상기 제 1 및 제 2 가이드 핀의 각 타단이 삽입되는 제 2-1 및 제 2-2 핀홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the recessed part or the protrusion part of the support part mold side are formed with 2-1 and 2-2 pin holes into which the other ends of the first and second guide pins are inserted.

또한, 상기 날개 스킨층은 오토클레이브 공법을 이용하여 성형 및 경화가 이루어진다.In addition, the wing skin layer is formed and cured using an autoclave method.

이때, 상기 오토클레이브 공법은 하부 OML(Outer Mold Line) 몰드 및 상부 OML 몰드로 이루어진 OML 몰드 조립체를 적용하는 것을 특징으로 한다.At this time, the autoclave method is characterized by applying an OML mold assembly consisting of a lower outer mold line (OML) mold and an upper OML mold.

또한, 상기 오토클레이브 공법은 전방 OML 몰드 및 후방 OML 몰드로 이루어진 OML 몰드 조립체를 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the autoclave method is characterized by applying an OML mold assembly consisting of a front OML mold and a rear OML mold.

또한, 상기 오토클레이브 공법은 유연한 소재로 만든 일체형 OML 몰드를 적용하는 것을 특징으로 한다.In addition, the autoclave method is characterized by applying an integrated OML mold made of a flexible material.

또한, 상기 지지부 몰드는 핫 프레스 공법을 이용하여 제작되는 것을 특징으로 한다.In addition, the support mold is characterized in that it is produced using a hot press method.

또한, 상기 회전축 구멍에 삽입 고정되는 상부 회전축; 및 상기 상부 회전축을 고정하는 하부 회전축;을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the upper rotary shaft is fixed to the rotation shaft hole; And a lower rotating shaft for fixing the upper rotating shaft.

또한, 상기 회전축 구멍의 내측에는 상부 회전축 또는 하부 회전축이 상기 회전축 구멍에 대해 상대적으로 회전되는 것을 방지하기 위한 회전방지용 핀이 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the inside of the rotary shaft hole is characterized in that the rotation preventing pin for preventing the upper or lower rotary shaft is rotated relative to the rotary shaft hole is characterized in that it is installed.

또한, 상기 회전축 구멍과 상기 상부 회전축의 상대적인 회전운동을 이중으로 방지하기 위해, 상기 회전축 구멍의 상부에 제 1 가공면과 이에 대응되는 형상을 갖는 상기 상부 회전축의 상부에 제 2 가공면이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in order to prevent the relative rotational movement of the rotary shaft hole and the upper rotary shaft double, a second machining surface is formed on the upper surface of the upper rotary shaft having a shape corresponding to the first machining surface on the upper portion of the rotary shaft hole. It is characterized by.

또한, 상기 제 1 및 제 2 가공면은 육상 트랙 형상 또는 일자 모서리를 갖는 타원형 트랙 형상인 것을 특징으로 한다.In addition, the first and second working surface is characterized in that the track shape or elliptical track shape having a straight edge.

또한, 상기 회전축 구멍의 상기 내측에는 상기 회전방지용 핀의 일측면이 삽입되는 제 1 삽입홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the inner side of the rotation shaft hole is characterized in that the first insertion hole is formed is inserted into one side of the anti-rotation pin.

또한, 상기 제 1 삽입홀은 상기 하부 회전축의 내측 일부까지 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first insertion hole is characterized in that it is formed to extend to the inner portion of the lower rotating shaft.

또한, 상기 회전방지용 핀은 사각면체형, 육각면체형, 및 원통형 중 하나인 것을 특징으로 한다.In addition, the anti-rotation pin is characterized in that one of a square, a hexagonal, and a cylindrical.

이때, 상기 일방향 프리프레그는 주하중 방향과 그 수직 방향에만 적용되고, 상기 직물형 프리프레그는 상기 주하중 방향과 수직 방향을 이등분하는 방향에만 적용되는 것을 특징으로 한다.At this time, the one-way prepreg is applied only to the main load direction and its vertical direction, the fabric type prepreg is characterized in that it is applied only to the direction bisecting the main load direction and the vertical direction.

다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개의 제조 방법으로서, 제 1 몸체부 및 상기 제 1 몸체부의 타단에 일체로 형성되는 제 2 몸체부가 제작되며, 상기 제 1 몸체부의 일단에 회전축 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개를 제공한다.On the other hand, another embodiment of the present invention, as a method of manufacturing an integrated folding wing using a composite material, a first body portion and a second body portion formed integrally with the other end of the first body portion is manufactured, It provides an integrated folding wing using a composite material, characterized in that the rotating shaft hole is formed at one end of the body portion.

본 발명에 따르면, 일방향 프리프레그와 직물형 프리프레그를 혼용하여 적층한 설계가 일방향 또는 직물형 프리프레그만 사용한 설계보다 구조적 성능과 제작성이 훨씬 우수하다.According to the present invention, a design in which a unidirectional prepreg and a woven prepreg are mixed and laminated is much better in structural performance and manufacturability than a unidirectional or woven prepreg only design.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 회전축 구멍, 상부 회전축, 하부 회전축에 회전방지용 핀을 조립할 자리를 가공하고 그 자리에 핀을 조립, 접착하여 설치하면, 날개 회전축의 회전방지용 핀이 날개와 회전축의 상대적인 회전운동을 방지하는 역할을 한다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is to process the position for assembling the anti-rotation pin in the rotary shaft hole, the upper rotary shaft, the lower rotary shaft and to assemble and glue the pin in place, the anti-rotation pin of the blade rotation shaft is relative to the blade and the rotation shaft It can be said to play a role in preventing the rotational movement.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 상부 회전축의 가공면과 이에 대응되는 날개 윗면(upper skin)의 가공면(즉, 자리파기에 해당) 또한 회전축의 상대운동을 방지하므로, 두 부품 사이의 회전운동을 효과적, 복합적으로(이중으로) 방지할 수 있다는 점을 들 수 있다.In addition, another effect of the present invention is that the machining surface of the upper rotary shaft and the machining surface of the upper skin corresponding thereto (ie, corresponding to the seating machine) also prevent the relative movement of the rotary shaft, so that the rotational movement between the two parts is achieved. Can be effectively and complexly prevented (doubled).

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개를 제조하기 위한 탈형 몰드의 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 탈형 몰드와 조립되는 지지부 몰드의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 탈형 몰드와 지지부 몰드가 조립된 내부형상 몰드의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 내부형상 몰드에 날개 스킨층이 적층 실시된 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 내부형상 몰드에 적층된 날개 스킨층의 성형을 실시하는 개념을 보여주는 측단면도이다.
도 7은 도 6의 성형 및 경화 실시 후 탈형 몰드를 제거하고 양측면을 가공하는 평면도이다.
도 8은 도 7의 가공 후, 회전축 구멍과 상부 회전축의 자리파기부를 가공하는 평면도이다.
도 9는 도 1에 도시된 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개를 상대물과 조립한 회전축 부분의 횡단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개의 제조 공정을 보여주는 공정도이다.
도 11은 도 1에 도시된 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개의 제작성 평가척도를 보여주는 그래프이다.
1 is a plan view of an integrated folding wing using a composite material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of a demolding mold for manufacturing an integrated folding wing using the composite material shown in FIG. 1.
3 is a plan view of a support mold assembled with the demolding mold shown in FIG.
FIG. 4 is a plan view of an inner mold in which the demolding mold and the support mold illustrated in FIG. 1 are assembled.
FIG. 5 is a plan view in which the wing skin layer is laminated on the internal mold shown in FIG. 4.
FIG. 6 is a side cross-sectional view illustrating a concept of forming a wing skin layer laminated on the inner mold shown in FIG. 5.
FIG. 7 is a plan view of removing both the demolding mold and processing both sides after the molding and curing of FIG. 6.
FIG. 8 is a plan view of processing the hole digging portions of the rotating shaft holes and the upper rotating shaft after the processing of FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a rotating shaft portion in which an integrated folding wing using the composite material shown in FIG. 1 is assembled with a counterpart.
10 is a process chart showing the manufacturing process of the integrated folding wing using a composite material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a manufacturability evaluation scale of an integrated folding wing using the composite material shown in FIG. 1.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분 위에 "전체적"으로 형성되어 있다고 할 때에는 다른 부분의 전체 면(또는 전면)에 형성되어 있는 것뿐만 아니라 가장 자리 일부에는 형성되지 않은 것을 뜻한다.In the drawings, the thickness of layers, films, panels, regions, etc., are exaggerated for clarity. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the other part being "right over" but also the other part in the middle. On the contrary, when a part is "just above" another part, there is no other part in the middle. In addition, when a part is formed "overall" on another part, it means not only being formed in the whole surface (or front surface) of another part, but also not formed in the edge part.

이하 첨부된 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개 및 이의 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, it will be described in detail the integral folding wing using a composite material according to an embodiment of the present invention and its manufacturing method.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개(100)의 평면도이다. 도 1을 참조하면, 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개(100)는, 일단에 회전축 구멍(112)이 형성되는 제 1 몸체부(110), 제 1 몸체부(110)의 타단에 일체로 형성되는 제 2 몸체부(120) 등으로 구성된다. 제 1 몸체부(110)는 날개 뿌리에 해당하는 내측보드(inboard)로서, 회전축을 위한 회전축 구멍(112)이 형성되며, 중공(hollow)이 없는 솔리드 타입(solid type)(111)이다. 제 2 몸체부(120)는 상대적으로 하중이 작은 외측보드(outboard)로서, 내측이 중공 형상인 할로우 타입(hollow type)(121)이다. 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개(100)는 모노코크(monocoque) 형태로 스파, 립 같은 부재가 없으며 스킨이 하중을 지지하게 된다.1 is a plan view of an integrated folding wing 100 using a composite material according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the integral folding wing 100 using the composite material is integrally formed at the other end of the first body part 110 and the first body part 110 in which a rotating shaft hole 112 is formed at one end thereof. The second body portion 120 and the like. The first body part 110 is an inboard corresponding to the root of the wing, and a rotating shaft hole 112 for the rotating shaft is formed, and there is no hollow type (solid type) 111. The second body part 120 is an outer board having a relatively small load, and has a hollow type 121 having an inner hollow shape. The integral folding wing 100 using the composite material is a monocoque (monocoque) form, there is no member, such as a spar, ribs, the skin is to support the load.

도 2는 도 1에 도시된 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개(100)를 제조하기 위한 탈형 몰드(200)의 평면도이다. 도 2를 참조하면, 탈형 몰드(200)는 착탈식 구조로 탈형 몰드(200)는 제조 공정 중에 제거하는 용도이다. 착탈식 구조는 돌출부 및 이 돌출부에 정합되는 오목부로 이루어진다. 도 2를 참조하면, 탈형 몰드(200)의 말단에 돌출부(210)가 형성된다. 돌출부(210)는 "⊃" 형상으로 제 1 및 제 2 가이드 핀(221,222)이 억지 끼워맞춤 수준으로 압입되는 제 1-1 및 제 1-2 핀홀(211,212)이 형성된다. 특히, 탈형 몰드(200)는 금속재질로 제조되는 것이 바람직하나, 복합재료, 고분자재료 등도 가능하다. FIG. 2 is a plan view of the demolding mold 200 for manufacturing the integrated folding wing 100 using the composite material shown in FIG. 1. Referring to FIG. 2, the demolding mold 200 is a removable structure, and the demolding mold 200 is used to remove the mold during the manufacturing process. The removable structure consists of a protrusion and a recess that is mated to the protrusion. Referring to FIG. 2, the protrusion 210 is formed at the end of the demolding mold 200. The protrusion 210 has first and second pin holes 211 and 212 in which the first and second guide pins 221 and 222 are press-fitted to an interference fit level in a “⊃” shape. In particular, the demolding mold 200 is preferably made of a metal material, but may be a composite material, a polymer material, and the like.

도 3은 도 2에 도시된 탈형 몰드(200)와 조립되는 지지부 몰드(300)의 평면도이다. 도 3을 참조하면, 지지부 몰드(300)는 제거되지 않고 제 1 몸체부(110)의 구성으로 남아 있게 된다. 지지부 몰드(300)의 말단은 탈형 몰드(200)의 말단에 형성된 돌출부(210)와 조립되기 위해 오목부(310)가 형성된다. 오목부(310)의 형상은 "⊃" 형상으로 내측에 제 1 및 제 2 가이드 핀(221,222)이 헐거운 끼워맞춤 수준으로 삽입되는 제 2-1 및 제 2-2 핀홀(321,322)이 형성된다. 부연하면, 제 1 및 제 2 가이드 핀(221,222)의 일단은 제 1-1 및 제 1-2 핀홀(211,212)에 압입되고, 제 1 및 제 2 가이드 핀(221,222)의 타단은 제 2-1 및 제 2-2 핀홀(321,322)에 삽입된다. 3 is a plan view of the support mold 300 assembled with the demolding mold 200 shown in FIG. 2. Referring to FIG. 3, the support mold 300 is not removed and remains in the configuration of the first body portion 110. A recess 310 is formed at the end of the support mold 300 to be assembled with the protrusion 210 formed at the end of the demolding mold 200. The concave portion 310 has a "⊃" shape, and the first and second guide pins 221 and 222 are inserted into the second and second pin holes 321 and 322 at a loose fitting level. In other words, one end of the first and second guide pins 221 and 222 is press-fitted into the first and second pin holes 211 and 212, and the other end of the first and second guide pins 221 and 222 is 2-1. And the second-second pinholes 321 and 322.

물론, 도 2 및 도 3에서는 이해의 편의를 위해, 탈형 몰드(200)측에 돌출부(210)가 형성되고, 지지부 몰드(300)측에 이 돌출부(210)와 정합되는 오목부(310)가 형성되는 것으로 도시하였으나, 탈형 몰드(200)측에 오목부(310)가 형성되고, 지지부 몰드(300)측에 돌출부(210)가 형성되는 것도 가능하다.Of course, in FIG. 2 and FIG. 3, for convenience of understanding, the protrusion 210 is formed on the demolding mold 200 side, and the recess 310 matching the protrusion 210 is formed on the support mold 300 side. Although illustrated as being formed, the concave portion 310 may be formed on the demolding mold 200 side, and the protrusion 210 may be formed on the supporting part mold 300 side.

또한, 돌출부와 오목부의 형상이 "⊃" 형상 이외에도, "V"자,"W"자 등과 같은 다른 형상이 될 수도 있다.In addition to the "오목" shape, the protrusions and the recesses may have other shapes such as "V" and "W" shapes.

지지부 몰드(300)는 탄소섬유 프리프레그로 제작될 수 있으며, 이외에도 금속재질, 복합재료, 고분자재료, 폼(foam) 자재 등이 사용될 수 있다. 예를 들면, 일방향 프리프레그 7장으로 구성된 서브라미네이트(sublaminate)를 반복 적층하여 지지부 몰드를 제작할 수 있다. 서브라미네이트는 두께가 약 1 mm ~ 2 mm이고, 0° 방향, ±45° 방향, 90° 방향 각각의 비율이 45%, 45%, 10% 수준이 될 수 있다.The support part 300 may be made of carbon fiber prepreg, and in addition, a metal material, a composite material, a polymer material, a foam material, or the like may be used. For example, a support mold may be manufactured by repeatedly laminating a sublaminate composed of seven unidirectional prepregs. The sublaminate has a thickness of about 1 mm to 2 mm, and may be 45%, 45%, 10% in the ratio of 0 ° direction, ± 45 ° direction, and 90 ° direction, respectively.

한편, 탈형 몰드(200)는 1조각으로 제작해도 되고 2조각 또는 3조각, 그 이상으로 분할하여 제작할 수 있다. 부연하면, 돌출부(210), 가이드 핀(221,222), 핀홀(211,212,321,322) 등을 복수로 구성함으로써 여러 조각으로 만들어 조립하는 것도 가능하다.On the other hand, the mold release mold 200 may be produced in one piece, or may be produced by dividing it into two pieces or three pieces or more. In other words, by forming a plurality of protrusions 210, guide pins (221, 222), pin holes (211, 212, 321, 322) and the like, it is also possible to assemble into pieces.

도 4는 도 1에 도시된 탈형 몰드(200)와 지지부 몰드(300)가 조립된 내부형상 몰드(400)의 평면도이다. 도 4를 참조하면, 제 1 및 제 2 가이드 핀(221,222)의 일단은 제 1-1 및 제 1-2 핀홀(211,212)에 압입되고, 제 1 및 제 2 가이드 핀(221,222)의 타단이 제 2-1 및 제 2-2 핀홀(321,322)에 삽입되면, 탈형 몰드(200)와 지지부 몰드(300)가 조립된다. 4 is a plan view of the internal mold 400 in which the demolding mold 200 and the support mold 300 illustrated in FIG. 1 are assembled. Referring to FIG. 4, one end of the first and second guide pins 221 and 222 may be press-fitted into the first and second pin holes 211 and 212, and the other ends of the first and second guide pins 221 and 222 may be formed. When inserted into the 2-1 and 2-2 pinholes 321 and 322, the demolding mold 200 and the support mold 300 are assembled.

이러한 조립된 상태가 내부형상 몰드(400)가 되며, 이 내부형상 몰드(400)의 표면 위에 복합재료인 탄소섬유 프리프레그를 여러 번 적층시킨다. This assembled state becomes the internal mold 400, and the carbon fiber prepreg, which is a composite material, is laminated on the surface of the internal mold 400 several times.

도 5는 도 4에 도시된 내부형상 몰드(400)에 날개 스킨층(500)이 적층 실시된 평면도이다. 도 5를 참조하면, 내부형상 몰드(400)에 탄소섬유 프리프레그를 적층하여 날개 스킨층(500)이 형성된 상태이다. 날개 스킨층(500)은 0° 방향에 일방향 프리프레그, ±45° 방향에 직물형 프리프레그, 90° 방향에 일방향 프리프레그 등을 적층하여 제작한다. 적층 예시는 다음과 같다.5 is a plan view in which the wing skin layer 500 is stacked on the internal mold 400 shown in FIG. 4. Referring to FIG. 5, the wing skin layer 500 is formed by laminating carbon fiber prepregs on the internal mold 400. The wing skin layer 500 is produced by laminating one-way prepreg in the 0 ° direction, a fabric prepreg in the ± 45 ° direction, and a one-way prepreg in the 90 ° direction. An example of lamination is as follows.

- 적층순서 예시 1(프리프레그 혼용) : [45f/0/0/45f/0/0/.../45f](최적)- stacking sequence Example 1 (mixed prepreg): [45 f / 0/ 0/45 f /0/0/.../45 f] ( optimum)

- 적층순서 예시 2(일방향 프리프레그 전용) : [45/-45/0/0/45/-45/0/0/.../45]-Stacking example 2 (unidirectional prepreg only): [45 / -45 / 0/0/45 / -45 / 0/0 /.../ 45]

- 적층순서 예시 3(직물형 프리프레그 전용) : [45f/0f/0f/45f/0f/0f/.../45f]-Stacking example 3 (fabric prepreg only): [45 f / 0 f / 0 f / 45 f / 0 f / 0 f /.../45 f ]

여기서, 아래첨자 "f"는 직물형(fabric) 프리프레그를 나타낸다.Here, the subscript "f" denotes a fabric prepreg.

이러한 프리프레그 혼용 적층 방식은 일방향 또는 직물형 프리프레그만 사용한 설계보다 여러 가지 장점이 있다. This mixed prepreg stacking method has several advantages over designs using only one-way or woven prepregs.

또한, 일방향 프리프레그는 주하중 방향과 그 수직 방향에 만 적용되고, 상기 직물형 프리프레그는 상기 주하중 방향과 수직 방향을 이등분하는 방향에만 적용될 수 있다. 부연하면, 0° 방향은 주하중 방향 및 날개 길이 방향과 같고, 90° 방향은 주하중 방향의 수직 방향 및 날개 길이 방향의 수직 방향과 같다. In addition, the one-way prepreg may be applied only to the main load direction and its vertical direction, and the fabric type prepreg may be applied only to the direction bisecting the main load direction and the vertical direction. In other words, the 0 ° direction is the same as the main load direction and the wing length direction, and the 90 ° direction is the same as the vertical direction of the main load direction and the vertical direction of the wing length direction.

프리프레그란‘pre-impregnated material’의 줄임말로, 강화재인 섬유와 기지재인 수지를 미리 일정한 비율로 함침시켜 놓은 시트(sheet) 형태의 중간재를 말한다. 프리프레그를 사용하면 섬유와 수지의 비율을 정밀하게 조절할 수 있다. 또한, 시트 형태의 프리프레그를 필요한 부분에 특정 섬유 방향으로 원하는 만큼 재단하여 사용할 수 있다는 장점도 있다. Prepreg is short for “pre-impregnated material” and refers to a sheet-like intermediate material in which a predetermined amount of impregnated fiber and matrix resin are impregnated in advance. Prepregs can be used to precisely control the ratio of fiber to resin. In addition, there is an advantage that the sheet-shaped prepreg can be cut and used as desired in a specific fiber direction to the required portion.

본 발명의 실시예는 일반적으로 많이 적용되는 복합재료 적층 지침을 최적설계에 반영하고, 그 결과를 참고하여 적층순서를 설계하였다. 또한, 실시예에 따르면, 대칭적층 기준과 밸런스적층 기준을 모두 적용할 수 있다. 대칭적층은 적층순서의 각도가 중간면을 기준으로 상하 대칭인 경우를 일컫는다. 밸런스 적층은 적층순서에서 +θ와 -θ가 인접 여부와 무관하게 한 쌍을 이루고 있는 경우를 일컫는다.The embodiment of the present invention reflects the composite stacking guidelines generally applied to the optimum design, and designed the stacking order with reference to the results. In addition, according to the embodiment, both a symmetric lamination criterion and a balance lamination criterion may be applied. Symmetrical lamination refers to a case where the angle of the stacking order is vertically symmetric with respect to the intermediate plane. Balanced stacking refers to a case where + θ and -θ are paired regardless of whether they are adjacent in the stacking order.

한편으로, 10% 규칙(즉, 10% rule)을 적용하여 0° 방향, +45° 방향, -45° 방향, 90° 방향의 최소 비율이 약 10% 가 되도록 설정할 수 있다. +45° 플라이(ply)와 -45° 플라이가 인접하여 적층되도록 할 수 있으며, 외형면에 ±45° 플라이를 적층할 수 있다. 또한, 동일한 각도를 갖는 플라이는 연속으로 4장까지 적층을 허용할 수 있다.On the other hand, by applying a 10% rule (that is, 10% rule) it can be set so that the minimum ratio of the 0 ° direction, +45 ° direction, -45 ° direction, 90 ° direction is about 10%. + 45 ° plies and -45 ° plies can be stacked adjacently, and ± 45 ° plies can be stacked on the outer surface. In addition, plies having the same angle may allow stacking of up to four sheets in succession.

도 5를 계속 참조하면, 탈형 몰드(200)와 지지부 몰드(300)의 각 끝단에, 처음부터 제 1 몰드 고정부(510-1) 및 제 2 몰드 고정부(510-2)가 반영되어 있다. 부연하면, 전체 공정의 초기 단계에서 몰드 고정부(510-1,510-2)를 고려하여, 탈형 몰드(200)와 지지부 몰드(300)가 제작된다.5, the first mold fixing part 510-1 and the second mold fixing part 510-2 are reflected from each end of the demolding mold 200 and the supporting part mold 300. . In other words, the mold release part 200 and the support part mold 300 are manufactured in consideration of the mold fixing parts 510-1 and 510-2 at the initial stage of the overall process.

도 6은 도 5에 도시된 내부형상 몰드(400)에 적층된 날개 스킨층(500)의 성형을 실시하는 개념을 보여주는 측단면도이다. 도 6을 참조하면, 날개 스킨층(500)은 스킨 적층이 끝나면 오토클레이브 공법에서 정해진 온도와 압력에 따라 성형을 실시한다.FIG. 6 is a side cross-sectional view illustrating a concept of forming the wing skin layer 500 stacked on the inner mold 400 shown in FIG. 5. Referring to FIG. 6, the skin layer of the wing 500 is molded according to the temperature and pressure determined by the autoclave method after skin deposition is completed.

이때, 온도는 약 125℃로 약 90분 동안 유지될 수 있다. 또한, 압력은 약 5 bar로 약 120분 동안 유지될 수 있다. 오토클레이브 공법의 온도와 압력은 프리프레그에 따라 변경될 수 있다.At this time, the temperature may be maintained at about 125 ° C. for about 90 minutes. In addition, the pressure can be maintained at about 5 bar for about 120 minutes. The temperature and pressure of the autoclave process can be changed depending on the prepreg.

이를 위해, 오토클레이브 공법에는 하부 OML몰드(610-1)와 상부 OML 몰드(610-2)로 이루어진 OML 몰드 조립체(610)가 적용된다. 내부형상 몰드(400)의 하단에 하부 OML 몰드(610-1)가 배치되고, 내부형상 몰드(400)의 상단에 상부 OML 몰드(610-2)가 배치된다. 상부 OML 몰드(610-2)와 하부 OML 몰드(610-1)는 압착 정합되며, 이에 따라 날개 스킨층(500)에 대한 성형 및 경화가 수행된다.To this end, an OML mold assembly 610 consisting of a lower OML mold 610-1 and an upper OML mold 610-2 is applied to the autoclave method. The lower OML mold 610-1 is disposed at the lower end of the inner mold 400, and the upper OML mold 610-2 is disposed at the upper end of the inner mold 400. The upper OML mold 610-2 and the lower OML mold 610-1 are pressed and matched, thereby forming and curing the wing skin layer 500.

한편, 상부 OML 몰드와 하부 OML 몰드를 조합한 형태 외에, 전방 OML 몰드와 후방 OML 몰드를 조합한 형태, 또는 유연한 소재로 만든 일체형 OML 몰드 형태도 적용될 수 있다. 일체형 OML 몰드 형태는 OML 몰드가 타원형으로 이루어지고, 이 타원형인 OML 몰드의 일단이 열리거나 닫히는 형태이다. 즉, 측단면이 테니스 라켓 형태로 손잡이 위치가 열리거나 닫히는 형태이다.Meanwhile, in addition to the combination of the upper OML mold and the lower OML mold, a combination of the front OML mold and the rear OML mold, or an integral OML mold made of a flexible material may also be applied. The integrated OML mold form is one in which the OML mold is oval, and one end of the oval OML mold is opened or closed. That is, the side cross section is a form in which the handle position is opened or closed in the form of a tennis racket.

도 6에서는 내부형상 몰드(400) 및 이를 감싸는 날개 스킨층(500)이 편의상 타원형 단면으로 도시되어 있으나, 실제로는 익형(airfoil)이 된다.In FIG. 6, the inner mold 400 and the wing skin layer 500 surrounding the mold 400 are shown in an elliptical cross section for convenience, but in reality, the airfoil becomes an airfoil.

도 7은 도 6의 성형 및 경화 실시 후에 탈형 몰드(200)를 제거하고 양측면을 가공하는 평면도이다. 도 7을 참조하면, 성형 및 경화가 완료된 후, 일체형 접이식 날개 끝(wing tip)부(710) 및 날개 뿌리(wing root)부(720)를 가공하고, 제 1 몸체부(110)에 회전축을 위한 회전축 구멍(112)을 생성한다. 회전축 구멍(112)은 원통형태 등 다양한 형태로 가공되며, 회전방지용 핀 설치를 위한 제 1 삽입홀(901)이 가공된다. 회전축 구멍(112)의 상부에는 상부 회전축 조립 및 접착을 위한 자리파기 가공이 실시된다. 해당 자리파기는 회전을 방지하기 위한 목적도 가지고 있다.FIG. 7 is a plan view of removing the demolding mold 200 and processing both sides after the molding and curing of FIG. 6. Referring to FIG. 7, after molding and curing are completed, the integral folding wing tip portion 710 and the wing root portion 720 are processed, and the rotating shaft is attached to the first body portion 110. To create a rotating shaft hole (112). The rotating shaft hole 112 is processed into various shapes such as a cylindrical shape, and the first insertion hole 901 for installing the anti-rotation pin is processed. The upper part of the rotating shaft hole 112 is subjected to a digging process for assembling and bonding the upper rotating shaft. The placer also has a purpose to prevent rotation.

최적화 결과에 따르면, 날개 뿌리부(720)는 굽힘 모멘트가 크므로 약 0° 플라이의 비율이 가장 크다. 날개 뿌리부(720)에서 날개 끝부(710)으로 갈수록 굽힘 모멘트가 감소하므로 0°플라이의 비율도 함께 감소한다. 날개 끝부(710)는 10% 규칙의 영향으로 다른 영역에 비해 90° 플라이의 비율이 상대적으로 크다. 적층판의 두께는 날개 뿌리부위가 가장 두껍고 날개 끝부위가 가장 얇다.According to the optimization result, since the wing root 720 has a large bending moment, the ratio of about 0 ° plies is the largest. As the bending moment decreases from the wing root portion 720 to the wing tip portion 710, the ratio of 0 ° fly also decreases. The wing tip 710 has a relatively large 90 ° fly rate compared to other areas under the influence of 10% regulation. Laminates have the thickest wing roots and the thinnest wing tips.

도 7에서는 날개 뿌리부(720)로부터 날개 끝부(710)까지 동일한 두께를 적용한 실시예를 나타낸 것이다. 즉, 날개 뿌리부로부터 날개 끝부까지 동일한 두께를 적용하여, 완성된 날개의 외부형상 단면도 일정한 형태를 나타내고 있다. 그러나, 날개 스킨층(500)의 두께변화가 있을 경우에 이에 맞추어 내부형상 몰드에 테이퍼(taper) 또는 단차를 적용해야 되거나 완성된 날개의 외부형상에 결과적으로 테이퍼가 적용될 수 있다.7 illustrates an embodiment in which the same thickness is applied from the wing root portion 720 to the wing tip portion 710. That is, the same thickness is applied from the wing root part to the wing tip part, and the external shape sectional drawing of the completed wing | tip is shown. However, if there is a change in the thickness of the wing skin layer 500, a taper or a step must be applied to the inner mold according to the thickness change, or the taper can be applied to the outer shape of the finished wing as a result.

도 8은 도 7의 가공 후, 회전축 구멍(112)과 상부 회전축의 자리파기부를 가공하는 평면도이다. 도 8을 참조하면, 회전축 구멍(112)의 내측에 회전방지용 핀(810)이 설치된다. 특히, 회전방지용 핀(810)은 상하부 회전축(920,930)과 복합재 부분(300,500)이 상대적으로 회전되는 것을 방지하기 위한 것이다. 회전방지용 핀(810)의 재질은 금속, 비금속, 플라스틱/고분자재료, 복합재료 등이 될 수 있다. 회전방지용 핀(810)은 사각면체형, 육각면체형, 원통형 등의 형상이 될 수 있다. 8 is a plan view of processing the hole shaft 112 and the dent of the upper rotary shaft after the machining of FIG. Referring to FIG. 8, an anti-rotation pin 810 is installed inside the rotation shaft hole 112. In particular, the anti-rotation pin 810 is to prevent the upper and lower rotation shafts 920, 930 and the composite portion 300, 500 is relatively rotated. The material of the anti-rotation pin 810 may be a metal, a nonmetal, a plastic / polymer material, a composite material, or the like. The anti-rotation pin 810 may be in the shape of a tetrahedron, hexagonal, cylindrical, or the like.

도 9는 도 1에 도시된 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개(100)를 상대물(990)과 조립한 회전축 부분의 횡단면도이다. 일체형 접이식 날개(100)는 비행체의 주요 구조로서 비행 중에 발생하는 양력을 지지하고 전달하는 기능을 수행한다.FIG. 9 is a cross-sectional view of a rotating shaft portion in which the integrated folding wing 100 using the composite material shown in FIG. 1 is assembled with the counterpart 990. Integral folding wing 100 serves as a main structure of the aircraft to support and transmit the lift generated during the flight.

일체형 접이식 날개(100)는 접이식으로 초기에는 접혀 있다가 운용에 따라 특정 각도로 펼쳐지게 된다. 부연하면, 한 쌍의 일체형 접이식 날개(100)가 각자의 회전축을 중심으로 대칭 전개된다. 따라서, 일체형 접이식 날개(100)의 날개 뿌리(root)부(720)에는 회전축(pivot)이 있어야 하고, 날개장착을 위한 상부 회전축(920) 및 하부 회전축(930)과 같은 기계적 인터페이스(interface)가 반영된다.The integral folding wing 100 is folded and initially folded, and then unfolded at a specific angle according to operation. In other words, the pair of integrated foldable wings 100 are symmetrically developed about their respective rotational axes. Therefore, the wing root portion 720 of the integral folding wing 100 should have a pivot, and a mechanical interface such as an upper rotating shaft 920 and a lower rotating shaft 930 for wing mounting is provided. Is reflected.

도 9를 계속 참조하면, 회전방지용 핀(810)의 일측면이 회전축 구멍(112)의 내측 및 하부 회전축(930)의 내측면에 형성된 제 1 삽입홀(901)에 삽입되고, 나머지 부분인 타측면은 돌출되어 상부 회전축(920)의 외측면에 형성되는 제 2 삽입홀(902)에 삽입된다. 회전방지용 핀(810)은 회전축 구멍(112)과 하부 회전축(930)의 제 1 삽입홀(901)과 상부 회전축(920)의 제 2 삽입홀(902)에 조립 및 접착하게 된다. 즉, 회전방지용 핀(810)을 제 2 삽입홀(902)에 끼워 넣고(또는 접착제를 바른 후에 끼워 넣고), 상부 회전축(930)을 회전축 구멍(112)에 조립 및 접착한다.Referring to FIG. 9, one side of the anti-rotation pin 810 is inserted into the first insertion hole 901 formed in the inner side of the rotating shaft hole 112 and the inner side of the lower rotating shaft 930, and the other part is the other side. The side surface protrudes and is inserted into the second insertion hole 902 formed on the outer surface of the upper rotation shaft 920. The anti-rotation pin 810 is assembled and adhered to the first insertion hole 901 of the rotation shaft hole 112 and the lower rotation shaft 930 and the second insertion hole 902 of the upper rotation shaft 920. That is, the anti-rotation pin 810 is inserted into the second insertion hole 902 (or after the adhesive is applied), and the upper rotary shaft 930 is assembled and adhered to the rotary shaft hole 112.

상부 회전축(920)은 중앙 횡단면이 "ㅜ" 자형상이고, 상부 회전축(920)을 고정하기 위한 하부 회전축(930)은 도넛 형상이다. 상부 회전축(920)의 상부에 제 2 가공면이 형성된다. 가공면의 "-"자는 육상 트랙 또는 일자 모서리를 갖는 타원형 트랙 형상, 이들과 유사한 형상 등이 될 수 있다. 물론, 이를 위해 회전축 구멍(112)의 주변(즉 상부)도 자리파기부(도 1의 회전축 구멍부에 형상이 도시됨)인 제 1 가공면(미도시)이 형성되며, 이 제 1 가공면도 상부 회전축(920)의 가공면에 끼워맞춤이 되도록, 육상 트랙 또는 일자 모서리를 갖는 타원형 트랙 형상, 이들과 유사한 형상 등이 될 수 있다. 부연하면, 제 2 가공면은 볼록 형상이고, 제 1 가공면은 오목 형상이 되어 서로 정합되는 구조를 갖는다.The upper rotary shaft 920 has a central cross section of a "tt" shape, and the lower rotary shaft 930 for fixing the upper rotary shaft 920 has a donut shape. The second machining surface is formed on the upper rotary shaft 920. The "-" character on the machined surface can be a running track or oval track shape with straight edges, shapes similar to these, and the like. Of course, a first machining surface (not shown), which is a periphery (that is, a shape of which is shown in the rotary shaft hole of FIG. 1), is also formed for this purpose. It may be a track shape or an elliptical track shape having a straight edge, a shape similar to the above, and the like, so as to fit to the machining surface of the upper rotary shaft 920. In other words, the second processing surface has a convex shape, and the first processing surface has a concave shape to conform to each other.

이와 유사하게, 하부 회전축(930)도 회전축 구멍(112)의 하단에 조립 및 접착된다. 접착은 접착제를 이용하며 이루어진다. 접착제로는 에폭시 접착제, 아크릴 접착제, 플라스틱 접착제, 실리콘 접착제 등이 사용될 수 있다. Similarly, the lower rotary shaft 930 is also assembled and glued to the lower end of the rotary shaft hole 112. Bonding is done using adhesives. As the adhesive, an epoxy adhesive, an acrylic adhesive, a plastic adhesive, a silicone adhesive, or the like may be used.

상부 회전축(920) 및 하부 회전축(930)이 조립, 고정되면, 일체형 접이식 날개(100)와 고정 와셔(940)를 상대물(990)에 조립하여 스크류 볼트(950)로 고정한다. 스크류 볼트(950)의 재질은 스테인리스 스틸, 알루미늄 합금 등 금속재가 될 수 있다. 또한, 일체형 접이식 날개(100)의 회전을 위해 제 1 베어링(950-1) 및 제 2 베어링(950-2)이 설치된다. 부연하면, 제 1 베어링(950-1)은 하부 회전축(930)의 아래쪽에 배치되며, 제 2 베어링(950-2)은 고정 와셔(940)의 위쪽에 배치된다.When the upper rotary shaft 920 and the lower rotary shaft 930 are assembled and fixed, the integrated folding blade 100 and the fixing washer 940 are assembled to the counterpart 990 and fixed with the screw bolt 950. The screw bolt 950 may be made of metal such as stainless steel or aluminum alloy. In addition, a first bearing 950-1 and a second bearing 950-2 are installed to rotate the integrated folding blade 100. In other words, the first bearing 950-1 is disposed below the lower rotation shaft 930, and the second bearing 950-2 is disposed above the fixing washer 940.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개의 제조 공정을 보여주는 공정도이다. 도 10을 참조하면, 탈형 몰드(200) 및 지지부 몰드(300)를 제작하고, 이를 조립하여 내부형상 몰드(400)를 제작한다(단계 S1010,S1020,S1030).10 is a process chart showing the manufacturing process of the integrated folding wing using a composite material according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, a demoulding mold 200 and a support part mold 300 are manufactured and assembled to fabricate the internal mold 400 (steps S1010, S1020, and S1030).

이후, 복합재료를 내부형상 몰드(400)의 표면 위에 적층하여, 날개 스킨층(500)을 형성하고, 이후 오토클레이브 공법을 이용하여 일정한 압력과 온도에 의해 성형 및 경화가 실행된다(단계 S1040).Thereafter, the composite material is laminated on the surface of the internal mold 400 to form the wing skin layer 500, and then molding and curing are performed by a constant pressure and temperature using an autoclave method (step S1040). .

이후, 탈형 몰드(200)를 제거하고, 날개 끝부(710), 날개 뿌리부(720), 회전축 구멍(112) 등의 가공이 수행된다(단계 S1050).Thereafter, the demolding mold 200 is removed, and processing of the wing tip 710, the wing root 720, and the rotation shaft hole 112 is performed (step S1050).

이후, 일체형 접이식 날개(100)의 회전축 구멍(112)에 상부 회전축(920) 및 하부 회전축(930), 상대물(990)이 조립된다(단계 S1060).Subsequently, the upper rotating shaft 920 and the lower rotating shaft 930 and the counterpart 990 are assembled into the rotating shaft hole 112 of the integrated folding wing 100 (step S1060).

도 11은 도 1에 도시된 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개(100)의 중량 및 제작성(Manufacturability) 평가척도를 보여주는 그래프이다. 도 11을 참조하면, 복합재료의 소재로 탄소섬유/에폭시 일방향 프리프레그(SK Chemicals, Korea)와 탄소섬유/에폭시 직조형 프리프레그(SK Chemicals, Korea)를 적용하였다. FIG. 11 is a graph showing a weight and manufacturability evaluation scale of the unitary folding wing 100 using the composite material shown in FIG. 1. Referring to FIG. 11, carbon fiber / epoxy unidirectional prepreg (SK Chemicals, Korea) and carbon fiber / epoxy woven prepreg (SK Chemicals, Korea) were used as materials of the composite material.

복합재료 날개의 최적화에 비행체 구조에 많이 사용되는 금속재료인 알루미늄 합금과 복합재료인 일방향 및 직물형 프리프레그를 후보 소재로 사용하였다. 설계 최적화는 일방향 프리프레그만 사용한 경우(unidirectional tape only), 직조형 프리프레그만 사용한 경우(plain weave fabric only), 2가지 프리프레그를 혼용한 경우(hybrid)로 복합재료 적용을 구분하여 그 결과를 비교하였다. In order to optimize the composite wing, aluminum alloy, which is a metal material that is frequently used in the structure of the aircraft, and one-way and woven prepregs, which are composite materials, were used as candidate materials. Design optimization can be achieved by dividing the application of composite materials into unidirectional tape only (unidirectional tape only), woven prepreg only (plain weave fabric only), and two prepregs mixed (hybrid). Compared.

프리프레그 혼용에는 0° 방향과 90° 방향에 일방향 프리프레그만 적용하고 ±45° 방향에 직물형 프리프레그만 적용하였다. 설계 최적화는 구조해석과 동일하게 소재강도와 좌굴을 기준으로 수행되며 중량과 제작성으로 최적화의 결과를 평가한다. For prepreg blending, only one-way prepreg was applied in the 0 ° direction and 90 ° direction, and only the fabric type prepreg was applied in the ± 45 ° direction. Design optimization is performed on the basis of material strength and buckling in the same way as structural analysis.

즉 설계최적화는 해석의 안전여유(MS: Margin of Safety)가 양수이면서 동시에 최소 중량을 갖는 설계 결과 산출을 목적으로 한다. 그리고 설계 결과의 제작성을 정량적으로 평가한다. 날개 스킨층(500)의 응력집중현상을 피하기 위해서 날개의 회전축 부분을 제외하였다. 날개 스킨을 길이 방향으로 5개 영역으로 구분하여 최적설계를 수행하였다.In other words, design optimization aims to calculate design results with a minimum weight and a margin of safety (MS). And manufacturability of design result is evaluated quantitatively. In order to avoid stress concentration of the wing skin layer 500, the rotational axis portion of the wing is excluded. Optimal design was performed by dividing the wing skin into five regions in the longitudinal direction.

라미나의 기계적 물성을 바탕으로 다양한 적층각도 비율에 대한 라미네이트(즉 적층판)의 등가물성을 추정한다. 등가물성을 적용하여 반복설계를 수행하며 최소 중량을 갖는 유효 적층판(effective laminate), 즉 각 적층각도의 비율과 적층판의 두께를 결정하게 된다. 유효 적층판을 바탕으로 적층순서 후보를 생성하고 최소 중량을 기준으로 반복설계를 수행하게 된다. Based on the mechanical properties of lamina, the equivalent properties of laminates (ie laminates) for different lamination angle ratios are estimated. Iterative design is applied by applying the equivalent physical properties to determine the effective laminate having the minimum weight, that is, the ratio of each lamination angle and the thickness of the laminate. Based on the effective laminates, candidates for stacking order are generated and iterative design is performed based on the minimum weight.

마지막 단계는 영역 간의 플라이 드롭(ply-drop)을 고려하여 각 영역의 적층순서를 결정하게 되며 대표적인 수치를 통해 구조의 제작성을 평가할 수 있다.The final step is to determine the stacking order of each region by considering the ply-drop between the regions.

일반적으로 많이 적용되는 복합재료 적층 지침을 최적설계의 적층순서 기준으로 반영하였다. 또한, 대칭적층, 밸런스적층 기준도 모두 준수하였다. 10% 규칙을 적용하여, 0° 방향, ±45° 방향, 90° 방향의 최소 비율이 10%가 되도록 설정하였다. +45° 플라이와 -45° 플라이가 인접하여 적층되도록 하였으며 외형면에 ±45° 플라이를 적층하였다. 동일한 각도를 갖는 플라이는 연속으로 4장까지 적층을 허용하였다.In general, the composite stacking guidelines, which are widely applied, are applied as the stacking order criteria of the optimum design. In addition, the symmetric stacking and balance stacking standards were also observed. The 10% rule was applied to set the minimum ratios in the 0 ° direction, the ± 45 ° direction, and the 90 ° direction to 10%. + 45 ° plies and -45 ° plies were stacked adjacent to each other and ± 45 ° plies were stacked on the outer surface. Plies with the same angle allowed stacking of up to four sheets in succession.

도 11을 계속 참조하면, 최적설계 결과에 따라 중량 결과는 알루미늄 합금을 기준으로 정규화(normalization)를 하고, 제작성 결과는 일방향 프리프레그를 기준으로 하여 정규화를 하였다. 알루미늄 합금과 비교하여 일방향 프리프레그는 중량(weight)이 감소하고 직물형 프리프레그는 중량이 오히려 증가하였다. Referring to FIG. 11, the weight result was normalized based on the aluminum alloy according to the optimum design result, and the fabrication result was normalized based on the one-way prepreg. Compared with aluminum alloys, unidirectional prepregs decreased in weight and woven prepregs increased in weight.

두 종류의 프리프레그를 혼용한 경우에 중량이 가장 많이 절감되었고 동시에 제작성이 가장 우수하였다. 제작성 평가척도는 모든 플라이의 모서리 개수 총합으로 정의하였다. 이러한 설계최적화 경향은 제 1 몸체(110)와 회전축을 반영한 해석모델에서도 크게 변하지 않았다. 최적설계연구의 결과를 반영하여 날개 스킨의 적층순서를 결정하였다. 일방향 및 직물형 프리프레그를 혼용한 적층순서 설계와 구조해석 결과로부터 0° 방향, ±45°방향, 90° 방향 각각의 비율이 60%, 30%, 10% 수준이고, 두께가 3 mm ~ 4 mm인 복합재료 적층순서가 설계되었다.In the case of mixing two types of prepregs, the weight was reduced the most and the manufacturability was the best. The manufacturability evaluation scale was defined as the sum of the number of corners of all plies. This design optimization tendency did not change significantly even in the analysis model reflecting the first body 110 and the rotation axis. The stacking order of the wing skins was determined by reflecting the results of the optimal design study. Based on the stacking sequence design and structural analysis results using a mixture of unidirectional and woven prepregs, the ratios of 0 °, ± 45 ° and 90 ° are 60%, 30% and 10%, respectively, and the thickness is 3 mm to 4 A composite stacking sequence of mm was designed.

한편, 모노코크 형태의 복합재료 날개는 스파, 립과 같은 내부 부재가 없는 것이 특징으로 날개 스킨층이 하중을 지지하고 전달하게 된다. 중소형 비행체에서는 경우에 따라 제작비용 및 제작성 측면에서 이러한 모노코크 형태의 날개가 더 적합한 것으로 판단되고 있다.On the other hand, the composite wing of the monocoque form is characterized in that there is no inner member such as spar, lip, so that the wing skin layer supports and transmits the load. In small and medium-sized aircraft, such monocoque wings are considered to be more suitable in terms of manufacturing cost and manufacturability.

복수의 탈형 몰드가 적용된 종래기술과 비교하여 본 발명의 일실시예에서는 단수의 탈형 몰드만 있으면 충분하다. 몰드의 개수는 제작비용과 관리비용에 영향을 미친다. 결과적으로 저비용 구조물 제작을 위해서 몰드 수량은 최소화되어야 하며 본 발명의 탈형 몰드 개수는 가장 이상적이라고 할 수 있다. 물론 이러한 공정설계는 회전축 지지부를 IML 몰드의 일부로 활용했기 때문에 가능하다.Compared to the prior art in which a plurality of demolding molds are applied, in one embodiment of the present invention, only a single demolding mold is sufficient. The number of molds affects manufacturing and maintenance costs. As a result, the mold quantity should be minimized in order to manufacture a low cost structure, and the number of demolding molds of the present invention may be ideal. This process design is, of course, possible because of the use of the shaft support as part of the IML mold.

또한, 중간재(직물, 프리프레그 등) 형태의 복합재료는 적층순서 설정에 따라 다양한 구조설계가 가능한 것이 특징이자 장점이다. 그러나 엄격한 설계 지침(guideline) 때문에 적층순서를 결정하는 것이 쉽지가 않다. 본 발명의 일실시예에서는 서브라미네이트를 이용하여 회전축 지지부의 적층순서를 나타내었다. 서브라미네이트를 반복 사용하면 구조물의 설계와 해석을 위한 재료 물성을 보다 쉽게 생성하거나 추정할 수 있다.In addition, the composite material in the form of the intermediate material (fabric, prepreg, etc.) is characterized in that it is possible to design a variety of structures according to the stacking order setting. However, due to strict design guidelines, determining the stacking order is not easy. In an embodiment of the present invention, the lamination order of the rotation shaft support unit is illustrated using a sublaminate. Repeated use of sublaminates makes it easier to create or estimate material properties for the design and analysis of structures.

100: 일체형 접이식 날개
110: 제 1 몸체부
120: 제 2 몸체부
200: 탈형 몰드
300: 지지부 몰드
500: 날개 스킨층
810: 회전방지용 핀
100: integral folding wing
110: first body portion
120: second body portion
200: demoulding mold
300: support mold
500: wing skin layer
810: anti-rotation pin

Claims (20)

복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개에 있어서,
일단에 회전축 구멍(112)이 형성되는 제 1 몸체부(110); 및
상기 제 1 몸체부(110)의 타단에 일체로 형성되는 제 2 몸체부(120);를 포함하며,
상기 제 1 몸체부(110)는,
지지부 몰드(300); 및
상기 지지부 몰드(300)의 표면 위에 복합재료를 적층하여 형성되는 날개 스킨층(500);을 포함하고,
상기 제 2 몸체부(120)는 내측이 중공 형상이며, 복합재료를 적층하여 형성되는 상기 날개 스킨층(500)이 일체로 연장되며,
상기 회전축 구멍(112)에 삽입 고정되는 상부 회전축(920); 및 상기 상부 회전축(920)을 고정하는 하부 회전축(930);을 포함하고,
상기 회전축 구멍(112)의 내측에는 상부 회전축(920) 또는 하부 회전축(930)이 상기 회전축 구멍(112)에 대해 상대적으로 회전되는 것을 방지하기 위한 회전방지용 핀(810)이 설치되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
In the one-piece folding wing using a composite material,
A first body part 110 having a rotating shaft hole 112 formed at one end thereof; And
And a second body part 120 formed integrally with the other end of the first body part 110.
The first body portion 110,
Support mold 300; And
And a wing skin layer 500 formed by stacking a composite material on the surface of the support part mold 300.
The second body portion 120 is hollow inside, the wing skin layer 500 formed by stacking a composite material is integrally extended,
An upper rotary shaft 920 inserted into and fixed to the rotary shaft hole 112; And a lower rotation shaft 930 for fixing the upper rotation shaft 920.
An anti-rotation pin 810 is installed inside the rotating shaft hole 112 to prevent the upper rotating shaft 920 or the lower rotating shaft 930 from being rotated relative to the rotating shaft hole 112. Integral folding wing using composite materials.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 날개 스킨층(500)은 상기 지지부 몰드(300)에 착탈식 구조로 제거 가능한 탈형 몰드(200)가 조립된 내부형상 몰드(400)의 표면 위에 복합재료가 적층되어 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 1,
The wing skin layer 500 is a composite material, characterized in that the composite material is formed on the surface of the inner mold mold 400 is assembled to the removable mold 200 removable removable structure to the support mold 300 Integrated folding wing using.
제 4 항에 있어서,
상기 착탈식 구조는 돌출부(210) 및 상기 돌출부(210)에 정합되는 오목부(310)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 4, wherein
The detachable structure is a one-piece folding wing using a composite material, characterized in that consisting of the protrusions 210 and the concave portion 310 is matched to the protrusions 210.
제 5 항에 있어서,
상기 탈형 몰드(200)의 돌출부(210) 또는 오목부(310)에는 제 1 및 제 2 가이드 핀(221,222)의 각 일단이 압입되는 제 1-1 및 제 1-2 핀홀(211,212)이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 5, wherein
The protrusions 210 or the recesses 310 of the release mold 200 are formed with first and second pin holes 211 and 212 in which one end of each of the first and second guide pins 221 and 222 is press-fitted. Integrated folding wing using a composite material characterized in that.
제 6 항에 있어서,
상기 지지부 몰드(300)의 오목부(310) 또는 돌출부(210)에는 상기 제 1 및 제 2 가이드 핀(221,222)의 각 타단이 삽입되는 제 2-1 및 제 2-2 핀홀(321,322)이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 6,
2-1 and 2-2 pinholes 321 and 322, into which the other ends of the first and second guide pins 221 and 222 are inserted, are formed in the recess 310 or the protrusion 210 of the support part mold 300. Integral folding wing using a composite material characterized in that.
제 4 항에 있어서,
상기 날개 스킨층(500)은 오토클레이브 공법을 이용하여 성형 및 경화되며, 상기 오토클레이브 공법은 하부 OML(Outer Mold Line) 몰드(610-1) 및 상부 OML 몰드(610-2)로 이루어진 OML 몰드 조립체(610)를 적용하거나, 전방 OML 몰드 및 후방 OML 몰드로 이루어진 OML 몰드 조립체(610)를 적용하거나, 유연한 소재로 만든 일체형 OML 몰드를 적용하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 4, wherein
The wing skin layer 500 is molded and cured using an autoclave method, and the autoclave method is an OML mold including a lower outer mold line (OML) mold 610-1 and an upper OML mold 610-2. An integrated folding wing using a composite material, characterized by applying an assembly (610), applying an OML mold assembly (610) consisting of a front OML mold and a rear OML mold, or applying an integral OML mold made of a flexible material.
제 1 항에 있어서,
상기 지지부 몰드(300)는 핫 프레스 공법을 이용하여 제작되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 1,
The support part mold 300 is an integral folding wing using a composite material, characterized in that the production using a hot press method.
삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 회전축 구멍(112)과 상기 상부 회전축(920)의 상대적인 회전운동을 이중으로 방지하기 위해, 상기 회전축 구멍(112)의 상부에 제 1 가공면과 이에 대응되는 형상을 갖는 상기 상부 회전축(920)의 상부에 제 2 가공면이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 1,
The upper rotary shaft 920 having a first machining surface and a shape corresponding thereto on the upper portion of the rotary shaft hole 112 in order to prevent a relative rotational movement of the rotary shaft hole 112 and the upper rotary shaft 920 double. Integrated folding wing using a composite material, characterized in that the second processing surface is formed on the upper portion of the.
제 12 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 가공면은 육상 트랙 형상 또는 일자 모서리를 갖는 타원형 트랙 형상인 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 12,
The first and second working surfaces are integral folding wings using a composite material, characterized in that the track shape or elliptical track shape having a straight edge.
제 1 항에 있어서,
상기 회전축 구멍(112)의 상기 내측에는 상기 회전방지용 핀(810)의 일측면이 삽입되는 제 1 삽입홀(901)이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 1,
The inner side of the rotating shaft hole 112 is integral folding wing using a composite material, characterized in that the first insertion hole 901 is inserted into one side of the anti-rotation pin 810 is formed.
제 14 항에 있어서,
상기 상부 회전축(920)의 외측면에는 상기 회전방지용 핀(810)의 타측면이 삽입되는 제 2 삽입홀(902)이 형성되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 14,
Integral folding wing using a composite material, characterized in that the outer surface of the upper rotating shaft 920 is formed with a second insertion hole 902 is inserted into the other side of the anti-rotation pin 810.
제 14 항에 있어서,
상기 제 1 삽입홀(901)은 상기 하부 회전축(930)의 내측 일부까지 연장되어 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 14,
The first insertion hole 901 is integral folding wings using a composite material, characterized in that it is formed to extend to the inner portion of the lower rotating shaft (930).
제 1 항에 있어서,
상기 회전방지용 핀(810)은 사각면체형, 육각면체형, 및 원통형 중 하나인 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 1,
The anti-rotation pin 810 is a one-piece folding wing using a composite material, characterized in that one of rectangular, hexagonal, and cylindrical.
제 4 항에 있어서,
상기 복합재료는 재질이 일방향 프리프레그 및 직물형 프리프레그 중 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 4, wherein
The composite material is an integral folding wing using a composite material, characterized in that the material is at least one or more of unidirectional prepreg and woven prepreg.
제 18 항에 있어서,
상기 일방향 프리프레그는 주하중 방향과 그 수직 방향에만 적용되고, 상기 직물형 프리프레그는 상기 주하중 방향과 수직 방향을 이등분하는 방향에만 적용되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개.
The method of claim 18,
The one-way prepreg is applied only to the main load direction and its vertical direction, and the fabric-type prepreg is applied to the integral folding wing using a composite material, characterized in that it is applied only to the direction bisecting the main load direction and vertical direction.
복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개의 제조 방법에 있어서,
제 1 몸체부(110) 및 상기 제 1 몸체부(110)의 타단에 일체로 형성되는 제 2 몸체부(120)가 제작되며,
상기 제 1 몸체부(110)의 일단에 회전축 구멍(112)이 형성되며,
상기 제 1 몸체부(110)는,
지지부 몰드(300); 및
상기 지지부 몰드(300)의 표면 위에 복합재료를 적층하여 형성되는 날개 스킨층(500);을 포함하고,
상기 제 2 몸체부(120)는 내측이 중공 형상이며, 복합재료를 적층하여 형성되는 상기 날개 스킨층(500)이 일체로 연장되며,
상기 회전축 구멍(112)에 삽입 고정되는 상부 회전축(920); 및 상기 상부 회전축(920)을 고정하는 하부 회전축(930);을 포함하고,
상기 회전축 구멍(112)의 내측에는 상부 회전축(920) 또는 하부 회전축(930)이 상기 회전축 구멍(112)에 대해 상대적으로 회전되는 것을 방지하기 위한 회전방지용 핀(810)이 설치되는 것을 특징으로 하는 복합재료를 이용한 일체형 접이식 날개의 제조 방법.
In the manufacturing method of the integrated folding wing using a composite material,
The first body portion 110 and the second body portion 120 is formed integrally with the other end of the first body portion 110 is produced,
A rotating shaft hole 112 is formed at one end of the first body 110,
The first body portion 110,
Support mold 300; And
And a wing skin layer 500 formed by stacking a composite material on the surface of the support part mold 300.
The second body portion 120 is hollow inside, the wing skin layer 500 formed by stacking a composite material is integrally extended,
An upper rotary shaft 920 inserted into and fixed to the rotary shaft hole 112; And a lower rotation shaft 930 for fixing the upper rotation shaft 920.
An anti-rotation pin 810 is installed inside the rotating shaft hole 112 to prevent the upper rotating shaft 920 or the lower rotating shaft 930 from being rotated relative to the rotating shaft hole 112. Method of manufacturing integral folding wings using composite materials.
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