KR102102150B1 - 항공기용 노즈콘 - Google Patents

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Abstract

항공기의 선단에 설치되는 노즈콘 본체와, 노즈콘 본체의 상부에 설치되는 노즈콘 팁을 포함하는 항공기용 노즈콘이 개시되어 있다.
이 개시된 노즈콘 본체는 노즈콘 팁이 설치되고 항공기의 선단에 위치한 선단부와; 항공기 동체에 조립되는 조립부와; 조립부와 선단부 사이를 연결하는 연결부를 포함하고, 노즈콘 본체는 복합재 프리프레그가 적층하여 형성된 적층 구조를 가지며, 적층 구조의 각 층은 적어도 두 개의 복합재 조각을 연결하여 형성된다.

Description

항공기용 노즈콘{NOSECONE FOR AIRCRAFT}
본 발명은 항공기용 노즈콘에 관한 것으로서, 상세하게 조류충돌시 강성 및 내충격성을 갖는 항공기용 노즈콘에 관한 것이다.
저고도에서 비행하거나 이착륙 하는 항공기에 있어서 버드스트라이크(Bird Strike) 사고가 발생될 수 있다. 여기서 버드스트라이크는 조류(鳥類)가 항공기 동체에 부딪히는 사고를 말한다. 예를 들어 실제 1.8kg의 새가 시속 960km로 비행하는 항공기와 부딪히면 약 64톤의 충격을 가하여 항공기 동체에 구멍 및 부품이 파손되어 안전 운항에 큰 차질이 빚어질 수 있다. 특히, 항공기의 비행시 진행방향으로 노출되는 노즈콘은 조류충돌 확률이 매우 높은 부위이다. 따라서, 위와 같은 충격에도 노즈콘은 노즈콘 본체에 구멍이 나지 않고 파손되더라도 안전착륙이 가능하도록 강성(剛性) 및 내충격성을 갖추어야 한다.
노즈콘과 관련한 종래기술로서, 특허문헌 1 및 2가 개시된 바 있다. 이 개시된 특허문헌들에는 상기한 버드스크라이크에 대비한 기술이 개시되어 있지 않다.
미국 공개특허 제2017-0211579호(2017.07.27.) 유럽 등록특허 제1832733호(2010.10.13)
본 발명은 상기한 바와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 비행시 고속으로 충돌하는 조류에 의해 균열 및 파손되어도 항공기가 안전하게 착륙 가능하도록, 강성(剛性) 및 내충격성을 갖는 항공기용 노즈콘을 제공하는데 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 항공기 동체 선단에 설치되는 노즈콘 본체와, 상기 노즈콘 본체의 상부에 설치되는 노즈콘 팁을 포함하는 항공기용 노즈콘에 있어서, 상기 노즈콘 본체는 상기 노즈콘 팁이 설치되고 항공기의 선단에 위치한 선단부와; 상기 항공기 동체에 조립되는 조립부와; 상기 조립부와 상기 선단부 사이를 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 노즈콘 본체는 복합재 프리프레그가 적층하여 형성된 적층 구조를 가지며, 상기 적층 구조의 각 층은 적어도 두 개이상의 복합재 조각을 연결하여 형성될 수 있다. 여기서 적층 구조는 상기 선단부, 상기 연결부 및 상기 조립부 전체에 걸쳐 적층 형성되는 일부 적층 구조(적층 I)와; 상기 선단부 전체 및 상기 연결부의 일부 상에 적층 형성되는 다른 적층 구조(적층 Ⅱ)를 포함할 수 있다.
상기 연결부는 상기 선단부에서 상기 조립부로 갈수록 그 두께가 점점 얇아지도록 테이퍼 형상으로 될 수 있다.
상기 복합재 프리프레그는 일정한 방향의 결을 가지며, 서로 이웃하는 상기 복합재 프리프레그는 그 각각의 결이 서로 상이한 방향으로 적층될 수 있다.
상기 선단부는 32 복합재 프리프레그를 포함하고, 상기 조립부는 22 복합재 프리프레그를 포함하며, 상기 연결부는 22 보다 많고 32 보다 적은 복합재 프리프레그를 포함 할 수 있다.
상기 본체의 적층 구조는 표 1과 같은 적층 방향을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 항공기용 노즈콘은 일정한 방향의 결을 갖는 복합재 프리프레그를 그 각각의 결이 서로 상이한 방향으로 적층 형성함으로써, 노즈콘 본체의 강도를 높일 수 있다.
또한 일부 적층 구조는 선단부, 연결부 및 조립부 전체에 걸쳐 플라이가 적층 형성되고, 다른 적층 구조는 선단부 전체 및 연결부의 일부 상에 플라이가 적층 형성된다. 여기서 연결부는 선단부에서 조립부로 갈수록 그 두께가 점점 얇아지도록 테이퍼 형상을 갖음으로써, 복합재 프리프레그 간의 가압이 균일화되어 노즈콘 본체 강도를 더 높이고 최적의 설계 적층량을 확보하는 효과를 갖는다.
따라서, 항공기 구조 건전성 시험에 따른 조류충돌 후 구조강도 결과는 안전 착륙에 필요한 비행 및 착륙 하중 강도를 만족하는 노즈콘을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘이 장착된 항공기를 보인 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 항공기용 노즈콘을 나타내는 사시도.
도 3은 도 2의 단면도 및 그 단면의 확대도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘 본체의 적층 구조를 보인 확대도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세 개의 플라이 조각을 연결하여 노즈콘 본체가 형성되는 것을 도시화한 도면.
도 6은 도 5의 도 6은 이웃하는 플라이 조각을 연결하는 공정을 설명하기 위한 도면
도 7a 내지 도 7c 각각은 실시예에 따른 플라이 조각을 개략적으로 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘 본체 상에 설치된 아웃몰드를 나타낸 사시도 및 그 단면의 확대도.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘 제조방법 중 진공 배깅 공정을 보인 개략적인 도면.
도 11a 및 도 11b는 조류충돌 시험 후 노즈콘의 구조강도를 해석하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸 측면 및 내부 도면.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 따른 항공기용 노즈콘에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어 가운데 "상에 형성", "상부에 형성", "상에 설치", "상부에 설치" 등은 당해 구성요소들이 직접 접하여 적층 형성되거나 설치되는 것 만을 의미하는 것은 아니고, 당해 구성요소들 사이에 다른 구성요소가 개재된 상태에서 형성 내지 설치되는 것을 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘이 장착된 항공기를 보인 개략적인 사시도이다.
도 1을 참조하면, 항공기(1)는 비행기, 비행선, 활공기, 회전익항공기, 초음속 항공기, 항공우주선 및 일정 규모(최대이륙중량 600kg) 이상의 동력비행장치 등을 포함할 수 있다. 이 항공기(1)는 저고도에서 비행하거나 이륙 및 착륙 할 때 버드스크라이크(Bird Strike) 사고가 빈번하게 발생될 수 있다.
이 항공기(1)는 동체(3)와, 이 동체(3)의 상단에 설치된 노즈콘(10)을 포함한다. 상기 노즈콘(10)은 비행방향 기준으로 최첨단에 설치되는 노즈콘 팁(5)을 더 포함할 수 있다. 상기 노즈콘(10)은 공기역학적 저항을 적게 받도록 원추형, 첨두(尖頭) 아치형, 타원형, 비대칭 오자이브(ogive)형상 등을 가질 수 있다. 또한 상기 노즈콘(10)은 비행시 조류충돌 확률이 매우 높은 곳에 설치되므로, 외부 물질 충돌에 의한 강성(剛性) 및 내충격성을 가질 필요가 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 항공기용 노즈콘을 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도 및 그 단면의 확대도이다.
도 2를 참조하면, 항공기용 노즈콘(10)은 항공기 동체(3)의 선단에 설치되는 노즈콘 본체(11)와, 상기 노즈콘 본체(11)의 상부에 설치되는 노즈콘 팁(5)을 포함할 수 있다. 노즈콘 본체(11)는 노즈콘(10)을 형성하는 동체로써, 비행시 공기저항을 최소화하는 형상을 갖는다. 노즈콘 팁(5)은 노즈콘 본체(11) 상부에 설치되어, 결빙을 방지하기 위해 고무로 제조되거나 전파신호를 수신하기 용이한 금속소재로 제조될 수도 있으며 이에 한정된 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 노즈콘 본체(11)는 선단부(13), 조립부(17) 및 연결부(15)를 포함할 수 있다. 또한, 선단부(13), 조립부(17) 및 연결부(15)는 여러 겹의 플라이(P)로 구성될 수 있다.
여기서 플라이(P)는 일정한 방향의 결을 가지는 섬유 복합 소재로 이루어진 층을 말한다. 섬유 복합 소재는 예를 들면 천연섬유, 합성섬유, 탄소섬유 복합소재, 세라믹 섬유, 유리섬유 복합소재, 금속 섬유, 금속 피복 섬유 및 이들의 혼합 재료를 포함할 수 있다. 여기서 탄소섬유 복합소재는 경량화, 탄성, 강성 등의 장점이 있어 항공기의 소재로 많이 쓰인다. 특히, 유리섬유 복합소재는 높은 절연체 강도와 낮은 절연체율을 가지고 있어 노즈콘(10) 내부에 설치되는 안테나의 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 인장강도 및 탄성율이 좋고 높은 내열성을 갖음으로 우주항공산업분야에 적용하기에 적합한 소재이다. 그러나 위에서 예시한 소재로만 한정되어 사용되는 것은 아니다.
선단부(13)는 비행방향 기준으로 항공기의 선단에 위치하는 것으로, 공기 저항을 최소화 할 수 있도록 유선형의 원추 형상으로 형성될 수 있다. 상기 노즈콘 팁(5)은 상기 선단부(13)의 일단에 설치된다. 도 3에서 보는 바와 같이, 노즈콘 본체(11) 상에 P001부터 P032까지의 순서로 적층구조를 가질 수 있다.
조립부(17)는 노즈콘 본체(11)를 항공기의 동체(3)에 설치하기 위한 구성이다. 이를 위하여, 조립부(17)는 노즈콘 본체(11)의 하단부에 설치된다. 여기서, 선단부(13)와 조립부(17) 각각은 플라이(P)가 적층된 구조를 가지는 것으로, 서로 다른 플라이(P) 수를 가진다. 즉, 선단부(13)는 조류 충돌에 견디기 위하여, 조립부(17)의 플라이(P) 수 보다 더 많은 플라이(P) 수를 가지도록 형성된다. 예를 들어, 선단부(13)는 32 플라이(P)로 구성되고, 조립부(17)는 22 플라이(P)로 구성될 수 있다. 도 3을 참조하면, P001은 노즈콘 본체(11)에 처음으로 적층되는 플라이(P)이고, P032는 노즈콘 본체(11)에 마지막으로 적층되는 플라이(P)를 나타낸다. 또한, 이 적층 구조에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 연결부(15)는 조립부(17)와 선단부(13)를 연결하는 것으로, 선단부(13)에서 조립부(17)까지 노즈콘(10)의 외형이 유선 형상을 가지도록 한다. 만일 연결부(15) 없이 조립부(17)와 선단부(13)가 직접 체결되는 경우는 플라이(P) 수 차이로 급격한 단차에 따른 문제점이 발생할 수 있다. 예를 들면, 조립부(17)와 선단부(13)간의 연결 분리 및 파손 등이 발생할 수 있다. 따라서 도 4와 같이 연결부(15)가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘 본체의 적층 구조를 보인 확대도이다.
도 4를 참조하면, 노즈콘 본체(11)는 플라이(P)로 적층되고 선단부(13), 연결부(15) 및 조립부(17)를 포함할 수 있다. 연결부(15)는 선단부(13)에서 조립부(17)로 갈수록 그 두께가 점점 얇아지도록 테이퍼 형상으로 형성될 수 있다. 도 4를 참조하면, 적층 구조는 선단부(13), 연결부(15) 및 조립부(17) 전체에 걸쳐 플라이(P)가 적층 형성되는 일부 적층 구조(적층 I)와, 선단부(13) 전체 및 연결부(15)의 일부 상에 플라이(P)가 적층 형성되는 다른 적층 구조(적층 Ⅱ)를 포함할 수 있다. 즉, 전체 적층 구조는 노즈콘 본체(11) 상에는 처음으로 P001가 적층되고 가장 외곽에는 P032가 적층될 수 있다. 일부 적층 구조(적층 I)에는 P001 내지 P003, P006 내지 P011, P013, P015가 포함되고, 다른 적층 구조(적층 Ⅱ)에는 P004, P005, P012, P014, P016을 포함할 수 있다. 도 4에서는 생략 되었지만, 일부 적층 구조(적층 I)에는 P018, P020, P022 내지 P027, P030 내지 P032가 더 포함되고, 다른 적층 구조(적층 Ⅱ)에는 P017, P019, P021, P028, P029를 더 포함할 수 있다. 이러한 적층 구조는 플라이(P) 간의 가압이 균일화되어 노즈콘 본체 강도를 더 높이고 최적의 설계 적층량을 확보하는 효과를 갖는다. 또한, 비행시 공기저항을 최소화할 수 있는 유선형의 노즈콘(10) 형상을 가질 수 있다. 따라서, 항공기 구조 건전성 시험에 따른 조류충돌 후 구조강도 결과는 안전 착륙에 필요한 비행 및 착륙 하중 강도를 만족할 수 있었다.
도 4에서 보는 바와 같이 연결부(15)가 선단부(13)에서 조립부(17)로 갈수록 그 두께가 점점 얇아지도록 테이퍼(Taper) 형상을 갖는다. 여기서 테이퍼진 연결부(15)는 비행시 공기저항을 최소화할 수 있는 유선형의 노즈콘(10) 형상을 갖도록 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하면서, 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
항공기용 노즈콘의 제조방법에는 노즈콘 본체 형성단계(S10), 아웃몰드 설치단계(S20), 진공 배깅단계(S30) 및 최종 성형단계(S40)를 포함할 수 있다.
상기 노즈콘 본체 형성단계(S10)는 노즈콘(10)의 내부 형상에 대응되는 이너몰드(20) 상에 복합재 프리프레그(P)를 적층하여, 노즈콘 본체(11)를 일차적으로 형성하는 단계이다.
또한, 노즈콘 본체 형성단계(S10)는 노즈콘 본체(11)에 적어도 두 개의 복합재 프리프레그를 조각으로 연결하여 적어도 하나의 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 세 개의 플라이 조각을 연결하여 노즈콘 본체가 형성되는 것을 도시화한 도면이고, 도 6은 이웃하는 플라이 조각을 연결하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면 노즈콘 본체(11)는 노즈콘(10)의 내부 형상에 대응되는 이너몰드(Inner Mold)(20) 상에 세 개의 플라이(P) 조각을 연결하여 형성할 수 있다. 이 때, 도 6에 도시한 바와 같이 이웃하는 플라이(P) 조각 간의 간격(Gab)은 최대 1mm로 할 수 있다. 여기서 이너몰드(20)는 단지 노즈콘 본체(11)의 형상을 만들기 위한 성형보정물이고 최종적으로 성형한 후에는 제거할 수 있다.
한편, 노즈콘 본체(11)가 만약 세 개의 플라이(P) 조각이 아닌 단일의 플라이(P)로 둘러싸서 형성할 경우 겹치는 부분이 생길 수 있다. 따라서, 그 겹치는 부분에 공기가 들어가 플라이(P) 간의 기밀성이 약해져 들뜨는 현상이 발생할 수 있다. 이와 같은 문제점을 해소하고자 적어도 세 개의 플라이(P) 조각으로 연결하여 노즈콘 본체(11)의 기밀성을 향상 시킬 수 있다.
또한, 복합재 프리프레그(P)는 일정한 방향의 결을 가질 수 있고, 서로 이웃하는 복합재 프리프레그(P)는 그 각각의 결이 서로 상이한 방향으로 적층 구조를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c 각각은 실시예에 따른 플라이 조각을 개략적으로 나타낸 도면이다.
상기 도면들을 참조하면, 플라이(P) 조각을 구성하는 복합소재는 직조 과정에서 일정한 방향의 결을 갖는다. 이 플라이(P) 조각 각각은 도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같이, 일정한 방향의 결을 포함할 수 있다. 도 7a는 노즈콘 본체(11)의 기준선을 중심으로 플라이(P)의 적층 방향이 기준선과 일치할 때를 나타낸다. 도 7b는 플라이(P)의 적층 방향이 기준선에 대해 시계방향으로 45°로 경사진 것을 나타낸 것이고, 도시되지는 않았지만 플라이(P)의 적층 방향이 기준선에 대해 반시계방향으로 45°로 경사질 수도 있다. 도 7c는 플라이(P)의 적층 방향이 기준선에 대해 90°방향으로 배치된 것을 나타낸다.
또한, 서로 이웃하는 플라이(P)는 그 각각의 결이 서로 상이한 방향으로 적층 될 수 있다. 만일 서로 이웃하는 플라이(P)의 결이 서로 동일하면 찢어짐이 발생할 수 있다. 따라서, 이와 같이 서로 이웃하는 플라이(P) 방향을 다르게 적층함으로써, 비행시 외부물체 충격에 의한 노즈콘 본체(11)의 찢어짐 및 파손을 방지하고 플라이(P) 간의 여백을 채워 조밀성을 획득하는 효과가 있다.
상세하게 노즈콘 본체(11)의 적층 구조는 아래의 표 1과 같은 적층 방향을 가지는 것으로 할 수 있다.
플라이
넘버		 적층 방향 플라이
넘버		 적층 방향
선단부 조립부 선단부 조립부
P001 45° 45° P017 90° -
P002 -45° -45° P018 0° 0°
P003 0° 0° P019 -45° -
P004 90° - P020 90° 90°
P005 45° - P021 0° -
P006 90° 90° P022 45° 45°
P007 0° 0° P023 90° 90°
P008 -45° -45° P024 0° 0°
P009 0° 0° P025 -45° -45°
P010 90° 90° P026 0° 0°
P011 45° 45° P027 90° 90°
P012 0° - P028 45° -
P013 90° 90° P029 90° -
P014 -45° - P030 0° 0°
P015 0° 0° P031 -45° -45°
P016 90° - P032 45° 45°
여기서, "플라이 넘버"는 플라이(P)가 노즈콘 본체(11) 내부에서부터 외부로 적층되는 순서를 나타낸다. 즉, P001은 복합재 프리프레그(P)가 처음으로 노즈콘 본체(11) 내부에 위치한 것이고, P032은 복합재 프리프레그(P)가 마지막으로 노즈콘 본체(11) 가장 외부에 위치한 것을 의미한다. 또한, "적층 방향"은 복합재 프리프레그(P)의 결이 노즈콘 본체(11)의 곡면을 기준선으로 할 때 위치하여 적층되는 방향 및 각도를 의미한다. 이때, "0°"은 기준선을 중심으로 플라이(P)의 적층 방향이 기준선과 일치할 때를 의미하고, 180°로 회전하여 위치한 것과 같은 의미이다. "-45°"는 플라이(P)의 적층 방향이 기준선에 대해 반시계방향으로 45°로 경사진 것을 의미한다. "45°"는 플라이(P)의 적층 방향이 기준선에 대해 시계방향으로 45°로 경사진 것을 의미한다. 한편, "-45°"및 "45°"는 기준선에 대해 각도에 한정되지 않고 반시계 방향 및 시계 방향으로 0°내지 90°사이로 경사진 것을 의미할 수도 있다. 또한, "90°"는 플라이(P)의 적층 방향이 기준선에 대해 90°방향으로 배치된 것을 의미하고 -90°회전하여 위치한 것과 같은 의미이다. 또한,"-"는 복합재 프리프레그(P)가 적층되지 않았음을 의미한다.
한편, 표 1은 노즈콘 형상을 시뮬레이션 결과를 반영하였을 때 32 플라이로 구성하는 경우 최적의 적층량을 갖는 것으로 나타났다. 여기서 최적의 적층량은 경량화가 가능하면서 비행시 외부물체 충격에 의해 견디는 강도를 만족하는 것을 의미한다.
상기 아웃몰드 설치단계(S20)는 노즈콘 본체(11)에 아웃몰드(30)를 설치하는 단계이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘 본체 상에 설치된 아웃몰드를 나타낸 사시도 및 그 단면의 확대도이다.
도 8을 참조하면, 노즈콘 본체(11)에 아웃몰드(Out Mold)(30)를 설치할 수 있다. 여기서 아웃몰드(30)는 성형층(33), 변형층(35) 및 보호층(37)을 포함할 수 있다. 여기서 아웃몰드(30)는 이형성과 적층 이후 덮을 때 노즈콘 본체(11)를 충분히 가압할 수 있는 구조로 만들기 위해 복합소재를 이용하여 제작할 수 있다. 상세하게는 성형층(33) 및 보호층(37)은 적어도 하나의 탄소섬유 프리프레그(Pre-impregnated Materials, Prepreg)을 포함할 수 있고, 변형층(35)은 적어도 하나의 공기 패드(Pad)를 포함할 수 있다.
성형층(33)은 아웃몰드(30)의 형상으로 노즈콘 본체(11)에 적층된 플라이(P)가 성형되는 층이다. 즉, 노즈콘 본체(11) 상에 대면하는 층으로, 진공 배깅단계(S30) 과정에서 노즈콘 본체(11)에 밀착되어, 노즈콘 본체(11)를 최종 형상으로 성형한다. 또한, 성형층(33)은 탄소섬유 프리프레그(Pre-impregnated Materials, Prepreg)로 이루어질 수 있다. 여기서 프리프레그는 수지와 탄소섬유를 미리 일정한 비율로 함침시켜 놓은 시트 형태의 탄소섬유복합소재용 중간재를 말한다. 상세하게는, 탄소섬유 프레프레그는 성형물의 섬유 체적비를 높일 수 있어 신뢰성이 높은 고품질 복합재 부품을 만들 수 있다. 또한 시트 형태의 프리프레그를 필요한 부분에 원하는 섬유 방향으로 원하는 만큼 재단하여 사용할 수 있는 장점이 있다. 변형층(35)은 성형층(33) 상에 위치하여 진공 배깅단계(S30)시 변형되는 층으로, 공기패드(Air pad)로 적어도 하나의 층을 형성할 수 있다. 성형층(33)과 보호층(37)사이에 설치되어 일정한 표면으로 가압되도록 하는 역할을 할 수 있다. 보호층(37)은 변형층(35) 상에 위치하여 외부 충격 및 이물질로부터 보호하는 층이다. 또한, 상기 성형층(33)과 동일한 소재로 이루어질 수 있다.
여기서, 성형층(33)과 보호층(37)의 재질로서, 탄소섬유를 예로 들어 나타내었으나 이에 한정되는 것은 아니며, 유리섬유, 강화플라스틱, 세라믹 복합섬유 등 동일 기능을 수행하는 범위에서 다양한 소재로 변형 가능하다.
따라서, 아웃몰드(30)을 사용함으로써, 제조공정이 간소화되었을 뿐만 아니라 적합한 형상공차를 얻을 수 있었기에 표면이 미려하고 플라이(P)를 구성하는 섬유 조직이 치밀한 노즈콘(10)을 형성할 수 있었다.
또한, 아웃몰드 설치단계(S20)는 위치결정 단계를 더 포함할 수 있다. 위치결정 단계는 육안으로 아웃몰드(30)가 노즈콘 본체(11)에 정확하게 결합되었는지 확인할 수 있도록 하는 단계이다. 즉 노즈콘 본체(11) 상에 아웃몰드(30) 결합시, 노즈콘 본체(11)의 상단이 아웃몰드(30) 외부로 노출되도록 한다. 이를 위하여 위치를 바로잡기 위해 아웃몰드(30) 상부에 위치결정공(31)이 형성될 수 있다. 위치결정공(31)은 아웃몰드(30)가 노즈콘 본체(11)에 오삽입 되어 양산시 불량이 되는 것을 방지하는 역할을 한다.
한편, 아웃몰드(30)는 종래의 후공정에 적용되는 CRD 가공을 생략하기 위한 방편으로 설치된다. 여기서 CRD 가공은 CRD 설비를 이용하여 성형물 외부의 표면을 커팅-라우팅-드릴링(Cutting- Routing-Drillig, CRD)하는 가공을 말한다. 이와 같은 CRD 가공을 생략함으로써, 제조공정이 간소화되었을 뿐만 아니라 적합한 형상공차를 얻을 수 있기에 표면이 미려하고 플라이(P)를 구성하는 섬유 조직이 치밀한 노즈콘(10)을 형성할 수 있다.
도 9은 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘의 제조방법을 나타낸 순서도이다. 도 9을 참조하면, 노즈콘 본체 형성단계(S10), 아웃몰드 설치단계(S20), 진공 배깅단계(S30) 및 최종 성형단계(S40)를 포함할 수 있다. 이미 서술한 노즈콘 본체 형성단계(S10) 및 아웃몰드 설치단계(S20)에 대해서는 생략하기로 하고, 진공 배깅단계(S30) 및 최종 성형단계(S40)는 상세하게 후술하고자 한다.
상기 진공 배깅단계(S30)는 아웃몰드(30)가 설치된 노즈콘 본체(11)를 진공 배깅하여 적층된 복합재 프리프레그(P)를 밀착시키는 단계이다.
도 10에서는 본 발명의 실시예에 따른 노즈콘 제조방법 중 진공 배깅 공정을 보인 개략적인 도면이다. 도 10를 참조하면, 진공백(vacuum bag)을 구비하는 성형 장치를 이용하는 진공 배깅(vacuum bagging) 기술에 의해서 노즈콘(10)을 제조한다. 아웃몰드(30) 상에 진공백(40)을 덮어서 설치할 수 있다. 여기서 진공백(40)은 비닐, 고무, 이형필름, 불소수지 등을 사용할 수 있다. 진공백(40)의 측면에는 그의 내부를 진공상태가 되도록 진공력을 제공하는 진공라인(43)이 구비된다. 밀봉된 복합재 프리프레그(P) 내부는 진공라인(43)에 의해서 진공백(40) 내부의 공기가 배출되어 감압될 수 있다. 따라서, 진공 배깅단계(S30)는 노즈콘(10) 성형 중 기포(Void)를 방지하고 복합재 프리프레그(P)의 높은 조밀성을 획득할 수 있다.
또한, 밀착력을 더 강화시키기 위해 아웃몰드(30)와 진공백(40) 사이에 필요에 따라 소정의 기공이 있는 브리더(breather)(미도시)를 추가하여 적층할 수 있다. 이때 브리더(미도시) 내의 기공을 통하여 복합재 프리프레그(P) 내부의 공기가 지속적으로 배출되어 그 내부를 완전히 진공상태로 만들 수 있다.
상기 최종 성형단계(S40)는 노즈콘 본체(11)를 오토클레이브 안에 삽입하여 용융 및 함침하여 최종 성형하는 단계이다. 여기서 오토클레이브(Autoclave)는 기내(器內)를 고온, 고압의 수증기로 채움으로써 빠른 속도로 멸균 및 가압하여 내부 복합재 프리프레그(P) 사이의 간격을 압착하는 장치이다. 즉, 노즈콘 본체(11)를 오토클레이브 안에 삽입하고 80℃ 내지 180℃ 온도범위에서 증기를 불어 넣어 가열 가공할 수 있다. 또는, 압축공기를 송입하여 가압함으로써 용융과 함침하여 최종 성형할 수 있다. 이때 최종 성형 후 항공기 동체에 설치하고 제품 출하할 수 있다.
본 발명에서는 제4단계(S40)인 최종 성형시 커팅-라우팅-드릴링(Cutting- Routing-Drillig, CRD) 가공을 생략할 수 있다. CRD 가공은 복합소재의 표면을 가공 및 제거하는 작업으로 소재의 강도에 취약한 부위를 노출시킬 수 있다. 이와 같은 문제점으로 최종 성형시 이를 생략함에 따라서, 안전성이 입증된 적합 설계 적층량을 확보하여 가공 손실을 최소화하고 제조시간을 단축하는 효과가 있다.
도 11a 및 도 11b는 조류충돌 시험 후 노즈콘의 구조강도를 해석하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸 측면 및 내부 도면이다. 도 11a에서 보는 바와 같이 파손부위는 조립부(17)에 집중되었으나 전체적으로 파손이 심하지 않았음을 알 수 있었다. 도 11b은 조립부(17)에서 떨어져 나가고 남은 플라이(P)를 나타내는 내부 도면이다. 도 11b에서 보는 바와 같이 D1은 전단설치부품이 설치될 부분에 파손된 플라이(P) 수를 나타내고 D2는 고정설치부품이 설치될 부분에 파손된 플라이(P) 수를 나타낸다. 조류충돌 시험 전 조립부(17)의 총 22 플라이가 있었다. 시험 후, D1은 16 내지 20 플라이가 존재하였고, D2는 15 내지 20 플라이가 존재하였다. 따라서, 시뮬레이션 결과를 참조하였을 때 본 발명의 노즈콘(10)은 고속으로 충돌하는 조류에 의해 균열 및 파손되어도 항공기가 안전하게 착륙 가능하였기에 강성(剛性) 및 내충격성을 갖음을 알 수 있었다.
이상에서 실시예 및 첨부된 도면에 기초하여 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하므로, 본 발명의 보호범위는 첨부되는 청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
1: 항공기 3: 동체
5: 노즈콘 팁 10: 노즈콘
11: 노즈콘 본체 P: 플라이
13: 선단부 15: 연결부
17: 조립부 20: 이너몰드
30: 아웃몰드 31: 위치결정공
33: 성형층 35: 변형층
37: 보호층 40: 진공백
43: 진공라인
D1: 전단설치부품이 설치될 부분에 파손된 플라이(P) 수
D2: 고정설치부품이 설치될 부분에 파손된 플라이(P) 수

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 항공기의 선단에 설치되는 노즈콘 본체와, 상기 노즈콘 본체의 상부에 설치되는 노즈콘 팁을 포함하는 항공기용 노즈콘에 있어서,
    상기 노즈콘 본체는,
    상기 노즈콘 팁이 설치되고 항공기의 선단에 위치한 선단부와; 상기 항공기 동체에 조립되는 조립부와; 상기 조립부와 상기 선단부 사이를 연결하는 연결부를 포함하고,
    상기 노즈콘 본체는,
    복합재 프리프레그가 적층하여 형성된 적층 구조를 가지고, 상기 적층 구조의 각 층은 적어도 두 개의 복합재 조각을 연결하여 형성되며,
    상기 적층 구조는,
    상기 선단부, 상기 연결부 및 상기 조립부 전체에 걸쳐 적층 형성되는 일부 적층 구조(적층 I)와;
    상기 선단부 전체 및 상기 연결부의 일부 상에 적층 형성되는 다른 적층 구조(적층 Ⅱ)를 포함하는 항공기용 노즈콘.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연결부는,
    상기 선단부에서 상기 조립부로 갈수록 그 두께가 점점 얇아지도록 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 항공기용 노즈콘.
  4. 제2항 및 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합재 프리프레그는 일정한 방향의 결을 가지며,
    서로 이웃하는 상기 복합재 프리프레그는 그 각각의 결이 서로 상이한 방향으로 적층되는 것을 특징으로 하는 항공기용 노즈콘.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선단부는 32 복합재 프리프레그를 포함하고,
    상기 조립부는 22 복합재 프리프레그를 포함하며, 상기 연결부는 22 보다 많고 32 보다 적은 복합재 프리프레그를 포함하는 항공기용 노즈콘.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 본체의 적층 구조는 아래의 <표 1>과 같은 적층 방향을 가지는 것을 특징으로 하는 항공기용 노즈콘.
    <표 1>
    Figure 112018122336909-pat00001

    여기서, 플라이 넘버는 상기 복합재 프리프레그가 상기 노즈콘 본체 내부에서부터 외부로 적층되는 순서를 나타낸다. 적층 방향은 상기 복합재 프리프레그의 결이 상기 노즈콘 본체의 곡면을 기준선으로 할 때 위치하여 적층되는 방향을 의미한다. "-"는 복합재 프리프레그가 적층되지 않았음을 의미한다.
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