KR102140348B1 - 구형 또는 유사 구형의 복합 압력 격벽을 위한 내추럴-패스 테어스트랩과 스티프너 - Google Patents

Abstract

격벽은 실질적으로 가장자리와 정점, 정점에서 돔에 수직인 축을 구비한 구형 돔을 이용한다. 다수의 제1 스트랩은 돔의 가장자리에서 시작되며, 돔의 가장자리 너머 한 쌍의 제1 가상 극점에 의해 형성된 측지선 상에 배치된다. 다수의 제2 스트랩은 돔의 가장자리에서 시작되고, 돔의 가장자리 너머 한 쌍의 제2 가상 극점에 의해 형성된 측지선 상에 배치되며, 여기에서 다수의 제1 스트랩 내의 개별 스트랩 상에서 다수의 제2 스트랩 내의 개별 스트랩 오직 하나만이 중첩된다.

Description

구형 또는 유사 구형의 복합 압력 격벽을 위한 내추럴-패스 테어스트랩과 스티프너{NATURAL-PATH TEARSTRAPS AND STIFFENERS FOR SPHERICAL OR NEAR-SPHERICAL COMPOSITE PRESSURE BULKHEADS}

본 발명은 일반적으로 복합 구조에 관한 것이며, 특히 다른 스트랩(strap)과 오직 단일 중첩되는 스트랩을 구비한 구형 또는 유사 구형의 복합 압력 격벽 상에서의 테어스트랩(tear straps) 및 스티프너(stiffener)에 대한 직각의 측지선 배열을 적용하는 복합 레이업(layup)에 관한 것이다.

항공기 동체와 다른 우주항공 구조물과 같은 복합 구조물에서의 격벽은 요구되는 구조적 강도와 손상 저항력을 제공하는 테어스트랩과 스티프너로 형성된 압력 보전용 망(web)이 구비될 수 있다. 대부분의 격벽은 곡선 모양이며, 부분적인 구형 또는 유사 구형 모양의 망 구조를 적용한다. 도 1에 도시된 종래 기술에 대한 실시예와 같이, 스트랩과 스티프너(2)는 일반적으로 둘레 원주(4)에서 격벽(8)의 중앙 정점(6)으로 연장되며 배열된다. 스트랩과 스티프너는 정점(6)을 향해 올라갈수록 기하학적으로 합쳐지고 겹쳐지기 시작하고, 또는 예시와 같이, 겹쳐지지 않기 위해 포인트(9)에서 끝단으로 마무리된다. 구조적 연속성을 위해 일부 스트랩은 정점(6)에서 중첩될 수밖에 없으며, 결과적으로 정점에서 다수의 층이 중첩된다. 중첩되지 않고 스트랩을 마무리하기 위해서는 복잡한 끝단부 설계와 다수의 스트랩이 중첩되는 것을 필요로 하며, 특히 정점에서 불필요한 두께 또는 구조적 증대를 야기한다.

그러므로 끝단의 필요성을 없애고 다수의 중첩을 피하기 위해서는, 격벽 설계에 테어스트랩과 스티프너의 구조적 배치를 적용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 가장자리와 정점부, 그리고 정점부에서 수직인 축으로 구성된 실질적으로 구형의 돔(dome)을 적용하는 격벽을 구비한다. 다수의 제1 스트랩은 돔의 가장자리에서 시작되고, 상기 돔의 가장자리 너머의 한 쌍의 제1 가상 극점에 의해 형성된 최단거리인 측지선 상에 형성된다. 다수의 제2 스트랩은 돔의 가장자리에서 시작되고, 상기 돔의 가장자리 너머의 한 쌍의 제2 가상 극점으로 형성된 제2 측지선 상에 형성되며, 여기서 다수의 제1 스트랩의 하나의 개별 스트랩은 다수의 제2 스트랩의 오직 하나의 개별 스트랩에 단일 중첩된다.

본 발명은 실질적으로 구형의 돔을 형성하는 격벽에 테어스트랩 또는 스티프너를 배치하는 방법을 제공한다. 미리 결정된 상대각(relative angle)이 형성되고, 돔의 정점부를 지나 펼쳐진 제1 주 평면과 제2 주 평면은 상기 상대각으로 형성된다. 가상의 극점은 돔의 둘레 원주 너머의 제1, 제2 주 평면에 의해 형성된다. 평면으로 형성된 측지선은 제1, 제2 주 평면에서 미리 결정된 오프셋 각(agular offset)으로 오프셋되며, 해당 측지선은 돔의 표면 위에서 확인된다. 스트랩 위치는 상기 확인된 측지선에 의해 결정되며, 결과적으로 측지선의 교차부에서 스트랩의 단일 중첩이 나타난다.

본 발명은, 다른 스트랩과 오직 단일 중첩되고, 돔의 둘레 원주의 범위 너머의 가상의 극점을 근거로 결정된 측지선 배열을 적용하며, 구형 또는 유사 구형의 복합 압력 격벽으로 형성된, 구조적 돔 상에서의 테어스트랩과 스티프너를 위한 내츄럴 패스(natural-path) 복합 레이업(layup)을 제공한다.

앞에서 설명된 특징과 기능, 그리고 장점은 본 발명에 따른 다양한 실시예를 통해 개별적으로 달성될 수 있으며, 또는 다음의 설명과 도면을 참조하여 나타낸 또 다른 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명될 수 있다.
도 1은 종래 기술의 복합 격벽에 대한 정면도이다.
도 2에서 도 4는 부분적 구형 격벽에 대한 실시예에 따른 사시도와 측면도, 그리고 정면도이다.
도 5에서 도 7은 반구형의 격벽에 대한 또 다른 실시예에 따른 사시도와 측면도, 그리고 정면도이다.
도 8은 테어스트랩 또는 스티프너의 적용을 위한 측지선을 형성하는 반구상 평면의 예시를 나타낸다.
도 9는 실질적으로 망 구조인 구형의 일부분인 비원형 가장자리를 갖는 격벽에 대한 전형적인 예시를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 따른 격벽의 실시예의 생산 방법에 대한 플로우 차트이다.

도 2에서 도 4에는 테어스트랩 및/또는 스티프너를 구비한 실질적으로 얕은 구형의 캡(cap) 또는 돔(10,dome)에 대한 제1 실시예가 도시되어 있으며, 돔의 정점(16)에 대해 제1 방향을 지향하는 스트랩(12)과 제2 방향을 지향하는 스트랩(14)이 함께 나타난다(도면상에서 각 방향에서 오직 두 개의 스트랩만이 명확하게 요소 번호가 부여된다). 도면에서 볼 수 있듯이, 스트랩(12)과 스트랩(14)는 어느 중첩 위치(18)에서 오직 한 스트랩만이 중첩된다(단일 중첩 위치는 대표 요소 번호로 부여된다). 스트랩 중첩은 레이업(layup)에 개의치 않고, 하나의 스트랩(또는 스티프너) 위로 다른 스트랩을 간단히 덮는 것으로 형성될 수 있다. 그 대신, 더욱 복잡한 배열에 이용될 수 있으며, 여러 가닥(ply) 중 두 개의 스트랩이 교차된다. 이런 경우, 교차부는 제1 스트랩의 가닥들을 제2 스트랩의 가닥들로 고르게 산재시킨다.

도 3과 도 4에 도시된 스트랩(12)과 스트랩(14)은 돔의 가장자리(20)에서 시작되며, 측지 곡선상에서 또는 뒤에 더욱 자세히 설명될 가상 극점에서 시작된 측지선 상에 위치한다. 가장자리에서의 스트랩의 마무리는, 하나의 실시예로서, 격벽의 가장자리에서 모든 가닥(ply)들의 끝단과 함께 형성된다. 그 대신에, 다수의 가닥들을 갖는 스트랩에 대해 스트랩의 가닥들은 스트랩이 격벽 가장자리에 접근할 때 단으로 마무리될 수 있다. 실시예에서, 스티프너는 또한 격벽의 가장자리와 일치하도록 마무리될 수 있고, 또는 특히 응력 집중을 최소화하기 위해 다듬질 될 수도 있다. 도시된 실시예에서, 측지선의 극점을 연결한 선은 서로 직각이며, 정점(16)을 관통하는 돔의 표면에 수직인 축(22)에 대해 직각으로 향하고 있다. 또 다른 실시예에서의 측지선의 극점을 연결한 선은 직각 이외의 방향을 향할 수 있다(양극의 축이 직교하지 않는다). 도 3에서 도시된 바와 같이 얕은 돔은 45도 또는 그 이하의 원뿔각(24)을 형성한 구형 표면의 일부로 상응한다.

도 5에서 도 7은 깊은 돔(30)의 제2 실시예를 나타낸다. 종래 실시예에서와 같이, 깊은 돔(30)의 정점(36)에 대해 스트랩(32)은 제1 방향을 향하고, 스트랩(34)은 제2 방향을 향한다. 도면에 도시된 바와 같이, 스트랩(32)과 스트랩(34)은 어느 중첩 위치(38)에서 오직 한 스트랩이 중첩된다. 도 6과 도 7에 도시된, 각 스트랩(32,34)은 돔의 가장자리(40)에서 시작되며, 측지 곡선 또는 다음에서 기하학적으로 더 자세히 설명될 가상 극점에서 시작되는 측지선 상에 위치한다. 도시된 실시예에서, 측지선의 극점을 연결한 선은 서로 직각이며, 정점(36)을 관통하는 돔의 표면에 수직인 축(42)에 대해 직각으로 향하고 있다. 또 다른 실시예에서의 측지선의 극점을 연결한 선은 직각 외의 방향을 향할 수 있다(양극의 축이 직교하지 않는다). 도 6에서 도시된 바와 같이 깊은 돔은 45도 이상의 원뿔각(44)을 형성한 구형 표면의 일부로 상응한다.

도 8에는 상기에서 서술된 실시예의 스트랩(12,14,32,34)들의 배치를 위한 측지선 및 가상 극점의 기하학적 배열이 도시되어 있다. 반구체(50)는 구형 중심으로부터 정점(60)을 통해 연장되는(실시예의 축(22,42)에 해당하는) 축(56)을 관통하여 펼쳐진 제1 주 평면(52)과 제2 주 평면(54)에 의해 잘라져 구분되어 있다. 제1 주 평면과 제2 주 평면의 교차부와 반구체(50)의 둘레 원주(62)는 실시예의 돔(10,30)에 해당하는 돔(68)을 위한, 각각 한 쌍의 제1 가상 극점(64a,64b)과 한 쌍의 제2 가상 극점(66a,66b)을 생성한다. 제1 주 평면(52)과 돔(68)의 교차부는 제1 측지선(70)을 생성하고 제2 주 평면(54)과 돔(68)의 교차부는 제2 측지선(72)을 생성한다.

평면으로 형성된 측지선은 돔 위의 측지선 생성을 위해 주 평면으로부터 미리 결정된 오프셋 각(angular offsets)으로 배치된다. 도 8에서, 평면(74a)과 평면(74b)으로 형성된 두 가지 예시는 제1 주 평면(52)으로부터의 오프셋 각(76)을 나타낸다. 평면(74a,74b)과 돔(68)의 교차부는 돔(68)의 둘레 원주(80)에서 마무리되는 측지선(78a,78b)을 생성하지만, 기하학적으로 둘레 원주(80)를 넘어선 가상 극점(64a,64b)으로 연장된다. 오프셋 각(76)은 도면에서 간단히 똑같이 도시되어 있지만, 또 다른 실시예에서의 돔 스트랩을 위한 구조적 요구에 따라 결정될 수 있는 바와 같이, 어떤 요구되는 각으로도 될 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 측지선(70)은 또한 둘레 원주(80)에서 마무리되나, 기하학적으로는 가상 극점(64a,64b)로 연장된다. 마찬가지로, 제2 측지선(72)은 둘레 원주(80)에서 마무리되지만, 기하학적으로는 가상 극점(66a,66b)로 연장된다. 평면(74a)과 평면(74b)으로 형성된 측지선에 대해 설명된 것과 유사한 방식으로, 평면으로 형성된 측지선은 제2 주 평면(54)으로부터 미리 결정된 오프셋 각으로 배치되며, 상기 제2 주 평면(54)은 도 2에서 도 4와 도 5에서 도 7의 실시예에서 설명된 것과 같은 스트랩 레이아웃(layout) 생성을 위해 교차하는 측지선을 생성한다. 스트랩은 오직 측지선의 교차부에서만 중첩된다. 실재 면 넘어 가상 극점을 유지하는 것으로 인한 극점에서의 다수의 스트랩 중첩을 피하기 위해, 깊은 돔은 돔의 깊이를 약 85도로 제한한다. 상기 실시예에 대해, 제1 측지선과 제2 측지선에 해당하는 스트랩이 정점에서 중첩되어 있다. 다른 실시예에서는, 스트랩이 제1, 제2 측지선 상에 존재하지 않을 수도 있다.

도 8에 도시된 실시예에서, 제1 주 평면(52)과 제2 주 평면(54)은 정점(60)을 통과하고, 직각으로 미리 결정된 상대각(82)으로 배치된다. 또 다른 실시예에서, 상대각(82)은 직각이 아닐 수도 있으며, 한 쌍의 제1 가상 극점(64a,64b)과 한쌍의 제2 가상 극점(66a,66b) 사이의 각각의 극 축(84,86)이 직교하지 않을 수 있으며 이로 인해 스트랩(12,14 및 32,34)이 직각이 아닌(non-orthogonal) 교차부(18,38)를 생성할 수 ㅇ있다. 극 축(84,86)은 정점을 관통하는 축(56)에 직교한다.

도 9에서와 같이, 본 스트랩의 측지선 배열은 비 원형 경계(92)이지만, "비눗방울 막"으로 형성된, 실질적으로 망(web) 내에서 구형의 일부분(94)인 격벽(90)에 적용될 수도 있다. 구형 중심부에 대한 측지선을 형성하는 측지선 평면은 상기에서 서술된 것처럼 적용되며, 이때 스트랩 패스(strap path)는 돔의 가장자리에서 구의 끝단 둘레로부터 격벽의 가장자리로 한정된 폭의 스트랩 또는 스티프너 왜곡을 최소화함으로써 격벽의 비 구형 부를 통하여 펼쳐진다.

설명된 것처럼, 구조적인 돔 상에서의 스트랩의 위치와 방향을 위한 실시예는 도 10에 도시된 바와 같은 방법을 적용하여 형성될 수 있다. 단계(602)에서, 실질적으로 구형 돔이 형성된다. 단계(603)에서, 미리 결정된 상대각이 형성되며, 단계(604)에서, 돔의 정점을 지나 상기 상대각으로 제1 주 평면과 제2 주 평면을 형성한다. 단계(606)에서, 가상 극점이 돔의 둘레 원주 너머의 제1, 제2 주 평면에 의해 형성된다. 단계(608)에서, 미리 결정된 오프셋 각으로 제1, 제2 주 평면으로부터 오프셋 된 측지선 형성면을 배치한다. 단계(610)에서, 돔 표면상에서 상기 측지선 형성 면으로 상응하는 측지선을 확정한다. 단계(612)에서, 확인된 측지선에 의해 스트랩 위치가 결정되고, 이를 통해 측지선의 교차부에서 오직 하나의 스트랩 중첩이 야기된다. 단계(614)에서, 격벽의 비 원형 경계로의 스트랩의 확장은 스트랩 또는 스티프너가 돔의 가장자리에서 구의 끝단 둘레로부터 격벽의 가장자리로 연장됨으로써 형성되고, 동시에 한정된 폭의 스트랩 또는 스티프너의 왜곡을 최소화한다.

특허 규정에서 요구하는 것처럼, 이곳에 본 발명의 다양한 실시예에 대해 자세하게 설명함으로써, 당 업계의 숙련자는 이곳에 개시된 구체적인 실시예에 대한 수정 및 개선을 이해할 수 있을 것이다. 상기 수정은 다음의 청구항으로 정의된 것과 같이, 본 발명의 영역과 취지 내에 있어야 한다.

2 : 스트랩 및 스티프너 4 : 둘레 원주
6 : 정점 8 : 격벽
9 : 포인트 10 : 돔
12 : 스트랩 14 : 스트랩
16 : 정점 18 : 중첩 위치
20 : 가장자리 22 : 축
24 : 원뿔각 30 : 돔
32 : 스트랩 34 : 스트랩
36 : 정점 38 : 중첩 위치
40 : 가장자리 42 : 축
44 : 원뿔각 50 : 반구체
52 : 제1 주 평면 54 : 제2 주 평면
56 : 축 60 : 정점
62 : 둘레 원주 64a : 제1 가상 극점
64b : 제1 가상 극점 66a : 제2 가상 극점
66b : 제2 가상 극점 68 : 돔
70 : 제1 측지선 72 : 제2 측지선
74a : 평면 74b : 평면
76 : 오프셋 각 78a : 측지선
78b : 측지선 80 : 둘레 원주
82 : 상대각 84 : 극 축
86 : 극 축 90 : 격벽
92 : 비 원형 경계 94 : 구형의 일부분

Claims (15)

1. 가장자리(20) 및 정점(16)과, 정점(16)에서 돔(10)에 수직인 축을 구비한 구형의 돔(10);
   돔(10)의 가장자리(20)에서 시작되며, 돔(10)의 가장자리(20) 너머의 한 쌍의 제1 가상 극점에 의해 형성되는 제1 측지선 상에 있는 다수의 제1 스트랩(12);및
   돔(10)의 가장자리(20)에서 시작되고, 돔(10)의 가장자리(20) 너머의 한 쌍의 제2 가상 극점에 의해 형성되는 제2 측지선 상에 있는 다수의 제2 스트랩(14)을 포함하고, 다수의 제1 스트랩(12) 내의 개별 스트랩 상에서 다수의 제2 스트랩 내의 오직 하나의 개별 스트랩에 대하여 중첩이 일어나도록 되며, 그리고 중첩은 제1 스트랩의 가닥들과 제2 스트랩의 가닥들을 산재시키는, 격벽.
2. 제1항에 있어서, 한 쌍의 제1 가상 극점과 한 쌍의 제2 가상 극점이 축에서 직교하는, 격벽.
3. 제1항에 있어서, 한 쌍의 제2 가상 극점이 한 쌍의 제1 가상 극점에 수직인, 격벽.
4. 제1항에 있어서, 돔(10)이 얕고, 구형 표면이 45도 또는 그 이하의 원뿔각에 상응하는, 격벽.
5. 제1항에 있어서, 돔(10)이 깊고, 구형 표면이 45도와 85도 사이의 원뿔각에 상응하는, 격벽.
6. 제1항에 있어서, 스트랩의 모든 가닥들이 가장자리(20)에서 끝나게 되는, 격벽.
7. 제1항에 있어서, 스트랩의 가닥들이 스트랩이 가장자리(20)에 접근할 때, 단으로 마무리되는, 격벽.
8. 제1항에 있어서, 비원형 경계를 추가로 포함하고, 구형의 상기 돔(10)이 비원형 경계로부터 연장되는 망의 일부를 포함하는, 격벽.
9. 제8항에 있어서, 상기 다수의 제1 스트랩(12)과 다수의 제2 스트랩(14)이, 구의 끝단 둘레로부터 비원형 경계까지 한정된 폭의 스트랩의 왜곡을 최소화하면서, 돔(10)의 가장자리(20) 너머로 연장된, 격벽.
10. 구형의 돔(10)을 형성하는 단계;
    미리 결정된 상대각을 형성하는 단계;
    돔(10)의 정점(16)을 지나 상기 상대각으로 제1 주 평면과 제2 주 평면을 형성하는 단계;
    돔(10) 둘레 원주 너머에 제1 및 제2 주 평면에 의해 가상 극점을 형성하는 단계;
    미리 결정된 오프셋 각으로 제1 주 평면으로부터 다수의 제1 측지선 형성 면을 그리고 제2 주 평면으로부터 다수의 제2 측지선 형성 면을 오프셋하여 배치하는 단계;
    돔(10)의 표면상에 다수의 제1 및 제2 측지선 형성 면으로 상응하는 다수의 제1 및 제2 측지선을 확정하는 단계;및
    단 하나의 스트랩의 중첩이 다수의 제1 및 제2 측지선의 교차부에 존재하도록 다수의 제1 및 제2 측지선에 의해 다수의 제1 및 제2 스트랩의 위치를 결정하는 단계를 포함하며, 그리고
    중첩은 제1 스트랩의 가닥들과 제2 스트랩의 가닥들을 산재시키는, 구형의 돔(10)에 스트랩을 배치하기 위한 방법.
11. 제10항에 있어서, 미리 결정된 상대각이 직각인, 스트랩을 배치하기 위한 방법.
12. 제10항에 있어서, 미리 결정된 오프셋 각들이 동일하게 되어 있는, 스트랩을 배치하기 위한 방법.
13. 제10항에 있어서, 한정된 폭의 스트랩의 뒤틀림을 최소화하면서, 돔(10)의 둘레 원주의 구형 끝단부로부터 격벽의 경계까지 격벽의 비원형 경계로 스트랩을 연장하는 단계를 추가로 포함하는, 스트랩을 배치하기 위한 방법.
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