KR102164976B1 - 저감된 크로스플라이 각도를 갖는 복합 적층판 - Google Patents

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Abstract

복합 적층판은 지배적인 하중 방향에 관하여 세로 강도를 위한 강화 섬유의 복수의 제1 플라이, 및 지배적인 하중 방향에 관하여 각도 ±β로 배향된 강화 섬유의 복수의 제2 플라이를 구비하고 있고, 여기서 β는 15도와 35도 사이이다.

Description

저감된 크로스플라이 각도를 갖는 복합 적층판 {COMPOSITE LAMINATED PLATE HAVING REDUCED CROSSPLY ANGLE}
본 발명은 저감된 크로스플라이 각도를 갖는 복합 적층판(composite laminated plate)에 관한 것이다.
상업용 항공기의 복합 날개(composite wing)는 (굽힘 하중(bending load)이 지배적인) 정상 동작 조건 하에서 굽힘 강도 및 강성을 위해 설계되었다. 탄소 섬유 강화 플라스틱(carbon fiber reinforced plastic: CFRP)과 같은 복합 재료로 이루어진 날개 스킨(wing skin)은 굽힘 강도에 대해 지배적인 하중 방향에 관하여 0도로 배향된 강화 섬유의 다중 플라이(multiple plies)를 포함할 수 있다.
날개 스킨은 또한 굽힘 강도에 대해 (지배적인 하중 방향에 관하여) 90도로 배향된 강화 섬유의 다중 플라이를 포함할 수도 있다. 이들 90도 섬유는 또한 횡방향 강도 및 베어링 강도를 증가시킬 수도 있다.
날개 스킨은 손상 내성(damage tolerance)을 위해 설계될 수 있다. 그렇지 않으면 스킨이 큰 관통 손상을 초래하고 섬유가 파손될 때 발생할 수 있는 세로 스킨 분할(lengthwise skin splitting)을 억제하기 위해 (지배적인 하중 방향에 관하여) +45도 및 -45도로 배향된 강화 섬유의 다중 플라이를 추가할 수 있다. 이들 ±45도 섬유는 또한 전단 강도(sear strength), 비틀림 강도 및 굽힘 강성을 증가시킬 수도 있다.
강화 섬유의 각 플라이는 날개 스킨에 무게를 추가한다. 무게가 추가됨에 따라, 연료 비용 및 다른 항공기 조작 비용이 증가된다.
거기에는, 굽힘 강도, 굽힘 강성 및 손상 내성과 타협하지 않고 날개 스킨의 무게를 감소시킨다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 저감된 크로스플라이 각도를 갖는 복합 적층판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
여기에서 한 실시예에 따르면, 복합 적층판은 지배적인 하중 방향에 관하여 세로 강도(lengthwise strength: 세로방향 강도)를 위한 강화 섬유의 복수의 제1 플라이, 및 지배적인 하중 방향에 관하여 각도 ±β로 배향된 강화 섬유의 복수의 제2 플라이를 구비하고 있고, 여기서 β는 15도와 35도 사이이다.
여기에서 다른 실시예에 따르면, 지배적인 하중 방향을 갖는 구조는 x-축에 관하여 각도 +α 및 -α로 배향된 α-섬유의 복수의 플라이, 및 x-축에 관하여 각도 +β 및 -β로 배향된 β-섬유의 복수의 플라이를 포함하는 복합 적층판을 구비하고 있다. 여기서, 각도 β는 15도와 35도 사이이며, 각도 α는 0도 또는 2도와 12도 사이이다.
여기에서 또 다른 실시예에 따르면, 복합 박스 빔(composite box beam)은 보강 하부구조, 하부구조의 일측을 피복하는 제1 적층판, 및 하부구조의 반대측을 피복하는 제2 적층판을 구비하고 있다. 각 적층판은 하부구조의 종방향 축에 관하여 15도와 35도 사이의 각도로 배향된 강화 섬유의 복수의 제1 플라이를 포함하고 있다.
여기에서 다른 실시예에 따르면, x-축을 갖는 플레이트를 형성하는 방법이 x-축에 관하여 각도 ±α로 배향된 강화 섬유의 복수의 제1 플라이, 및 x-축에 관하여 각도 ±β로 배향된 강화 섬유의 복수의 제2 플라이를 포함하는 플라이 스택을 형성하는 단계를 구비하되, 여기서 β는 15도와 35도 사이이며, α는 0도 또는 2도와 12도 사이이다.
이러한 특징 및 기능은 다양한 실시예에서 독립적으로 달성될 수 있거나, 다른 실시예에서 결합될 수도 있다. 실시예들의 추가적인 상세(詳細)는 이하의 설명 및 도면을 참조하여 알 수 있다.
도 1a는 강화 섬유의 플라이 및 플라이 좌표계를 나타낸 도면이다.
도 1b는 플레이트의 x-축에 관하여 서로 다른 각도로 배향된 강화 섬유의 플라이를 포함하는 복합 적층판을 나타낸 도면이다.
도 2는 다른 섬유 각도의 복합 적층판의 전체 강도에 관한 효과를 나타낸 도면이다.
도 3은 출원인에 의해 실시된 복합 쿠폰의 세트에 의한 큰 노치 인장 시험(notch tension test)의 일반적인 결과를 나타낸 도면이다.
도 4는 출원인에 의해 실시된 복합 쿠폰의 세트에 의한 체결홀 인장 시험의 일반적인 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 복합 적층판을 형성하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 강화 섬유의 플라이 스택을 나타낸 도면이다.
도 7은 복합 적층판을 포함하는 박스 빔을 나타낸 도면이다.
도 8은 복합 적층판을 포함하는 다른 빔를 나타낸 도면이다.
강화 섬유(12)의 플라이(10) 및 플라이 좌표계를 나타내는 도 1a를 참조한다. 플라이 좌표계는 1-축(1-axis), 2-축(2-axis), 3-축(3-axis)을 포함하고 있다. 섬유(12)는 단방향성이고, 1-축을 따라 연장된다. 2-축은 1-축과 동일 평면(in-plane)에 놓여 있지만, 1-축과 직교하고 있다. 3-축은 1-축 및 2-축과 다른 평면(out-of-plane)에 놓여 있지만, 1-축 및 2-축과 직교하고 있다. 플라이(10)는 1-축을 따라 매우 강한 방향을 가지며, (2-축 및 3-축을 따라) 섬유를 가로질러 매우 약한 방향을 가진다.
매트릭스(matrix)에 매립된 강화 섬유의 복수의 플라이를 포함하는 복합 적층판(110)을 나타내는 도 1b를 참조한다. 강화 섬유 및 매트릭스는 어떤 특별한 조성물(composition)에 한정되지 않는다. 강화 섬유에 대한 재료의 예는, 탄소, 유리 섬유, 케블라(Kevlar), 붕소, 티탄을 포함하지만, 이들 재료에 한정되지 않는다. 매트릭스에 대한 재료의 예는, 플라스틱 및 금속을 포함하지만, 이들 재료에 한정되지 않는다. 첫번째 예로서, 적층판(110)은 플라스틱 매트릭스에 매립된 탄소 섬유를 포함한다. 두 번째 예로서, 적층판(110)은 티탄 매트릭스에 매립된 탄소 섬유를 포함한다.
적층판(110)은 점선으로 나타낸 x방향 축을 가진다. 예를 들어, x-축(x-axis)은 인장 또는 압축력이 x-축 방향으로 인가되는 적층판(110)의 지배적인 하중 방향에 대응할 수 있다. 적층판은 또한, x-축과 동일 평면에 놓이는 y-축, 및 x-축 및 y-축과 다른 평면에 놓이는 z-축을 가진다(y-축 및 z-축은 도시하지 않음). x-축, y-축 및 z-축은 직교하고 있다.
강화 섬유(120)의 복수의 제1 플라이는 x-축에 관하여 각도 +α 및 -α로 배향되어 있다. 이후, 이들 섬유는 α-섬유(120)라 부르고, x-축의 방향으로 세로 강도(lengthwise strength: 세로방향 강도)를 제공한다. 일부 실시예에서는, 최대 길이 강도에 대해 α=0도이다.
강화 섬유(130)의 복수의 제2 플라이는 x-축에 관하여 각도 +β 및 -β로 배향되고, 여기서 β는 15도와 35도 사이이다. 이후, 이들 섬유는 β-섬유(130)라 부른다. 일부 실시예에서, β는 약 25도이다.
β-섬유 모두가 동일한 각도로 배향되는 경우는, 플라이 분할(ply splitting)이 그들 β-섬유의 방향으로 발생할 수 있는 가능성이 있다. 플라이 분할을 억제하기 위해, β-섬유는 약간 다른 각도로 배향될 수 있다. 즉, β-섬유의 각도가 "모호하게" 된다(blurred). β=25도의 예를 생각해 보자. +25도로만 배향된 β-섬유를 갖는 플라이를 사용하는 대신에, 플라이 중 일부가 +22도로 배향된 β-섬유를 갖고, 다른 플라이는 +25도로 배향된 β-섬유를 가지며, 다른 플라이는 β-섬유의 평균 각도가 25도이도록 +28도로 배향된 β-섬유를 가진다. 마찬가지로, -25도의 평균 각도는 -22도로 배향된 β-섬유의 일부의 플라이, -25도로 배향된 다른 플라이, -28도로 배향된 다른 플라이에 의해 배향될 수 있다.
일부 실시예에서, 강화 섬유의 복수의 제3 플라이는 지배적인 하중 방향에 관하여 각도 +γ 및 -γ로 배향될 수 있고, 여기서 γ는 87도와 92도 사이이다. 이후, 이들 섬유는 γ-섬유(140)라 부르고, 횡방향 강도 및 강성을 제공하고 또한 베어링 강도를 신장시킨다. 일부 실시예에서, γ=90도이다.
도 1b의 적층판(110)에서는, β-섬유가 기존의 크로스플라이(crossply) 45도 섬유 대신에 사용된다. 출원인은, 15도와 35도 사이의 각도 β가 45도 섬유보다 아주 조금 작은 전단 강도(shear strength)를 제공하지만, 45도 섬유보다 상당히 큰 세로 강도를 제공한다는 사실을 발견하였다. 출원인은, α-섬유의 플라이 수가 지배적인 하중 방향에 관하여 세로 강도 및 강성, 및 손상 내성과 타협하지 않고 저감될 수 있다는 사실을 더 알아냈다. 결과로서 생긴 적층된 α/β/γ 플레이트는, 유사한 세로 강도 및 강성, 및 손상 내성을 갖는 기존의 0/45/90도 플레이트보다 더 얇고 가볍다.
(x-축에 따른) 종방향 플라이 분할의 억제 또는 지연은, 0도 대신에 2도와 12도 사이의 각도 α로 배향된 α-섬유를 사용함으로써 더 향상시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 각도 α의 범위는 3도와 5도 사이이다. α-섬유의 각도도 또한 모호하게 될 수 있다(즉, α-섬유는 평균 각도 α를 달성하기 위해 약간 다른 각도로 배향될 수 있다). 예를 들어, 0도의 평균 각도는 +5도로 배향된 α-섬유의 일부 플라이 및 -5도로 배향된 α-섬유의 일부 플라이에 의해 얻어질 수 있다.
다른 섬유 각도의 적층판의 전체 강도에 관한 효과를 나타내는 도 2를 참조한다. 0도에서 90도까지의 섬유 각도의 서로 다른 값은 수평축(가로축)에 표시되고, 플레이트 강도는 수직축(세로축)에 표시된다. 일반적으로, 섬유 각도가 증가함에 따라 세로 강도가 비선형으로 감소한다. 한편, 전단 강도는 섬유 각도가 증가함에 따라 비선형적으로 증가하고, 그후 섬유 각도가 더 증가함에 따라 비선형적으로 감소한다. 섬유 각도가 기존의 45도로부터 35도로 감소할 때, 전단 강도에 약 5%의 감소가 있지만, 세로 강도에는 약 30%의 증가가 있다. 섬유 각도가 15도를 향해 더 감소함에 따라, 전단 강도에서의 퍼센트(percent) 감소가 세로 강도에서의 퍼센트 감소보다 작아지는 이러한 트레이드오프(tradeoff)가 계속된다.
도 3 및 도 4는 출원인이 실시한 시험(test)의 일반적인 결과를 나타낸다. 각 시험은 α=5도로 배향된 α-섬유, γ=90도로 배향된 γ-섬유, 15도와 45도 사이에서 변화되는 β-섬유를 갖는 복합 쿠폰의 세트에 대해 실시하였다. 도 3 및 도 4에 있어서, β가 15도로부터 45도로 증가함에 따라 수평축은 서로 다른 α/β/γ 쿠폰을 표시하고, 수직축은 세로 강도를 표시한다.
도 3은 복합 쿠폰의 세트에 관한 큰 노치 인장 시험의 일반적인 결과를 나타낸다. 큰 노치 인장 시험은 강화 섬유를 파괴하는 큰 관통 손상을 시뮬레이션(simulate: 모의)한다. 이들 시험은 손상된 쿠폰의 세로 강도에 대한 정보를 제공한다. 검은 사각형은 기존의 0/45/90도 섬유 배향을 갖는 쿠폰의 강도를 나타낸다. 상대적인 섬유 백분율(percentage)은 0도 섬유의 50%, ±45도 섬유의 40%, 및 90도 섬유의 10%(즉, 50/40/10%)이다. 그러나, 플라이 분할이 이 쿠폰에 대해 발생하였다.
플라이 분할을 방지하기 위해, 0/45/90도 쿠폰에 대한 섬유의 비율을 30/60/10%로 변경하였다. 0/45/90도 쿠폰에 대한 시험 결과는 검은 원으로 표시하였다. 플라이 분할은 방지되었지만, 세로 강도가 저감되었다.
큰 노치 인장 시험은, 그 후 15도와 40도 사이의 β-섬유를 갖는 다른 쿠폰에 실시하였다. 게다가, 그들 쿠폰은 α-섬유보다 큰 β-섬유의 백분율을 가졌다(즉, "소프트(soft)" 적층). α/β/γ 소프트 적층 쿠폰에 관한 그들 시험의 일반적인 결과는 개방된 원에 의해 표시되어 있다. 그들 결과는, 쿠폰이 0/45/90도 하드 적층 쿠폰이 아니라 0/45/90도 소프트 적층 쿠폰보다 큰 세로 강도를 가지고 있음을 나타낸다.
큰 노치 인장 시험은, β-섬유보다 더 큰 α-섬유의 백분율을 가진(즉, "하드(hard)" 적층) 수개의 쿠폰에 실시하였다. 그들 시험의 α/β/γ 하드 적층 쿠폰에 관한 일반적인 결과는 개방된 박스에 의해 표시되어 있다. 그들 결과는 15도와 35도 사이의 β를 갖는 쿠폰이 0/45/90도 하드 적층 쿠폰보다 큰 세로 각도를 가지고 있음을 나타낸다. 어떤 까닭인지, α/β/γ 하드 적층 쿠폰의 세로 강도는 β=25도에서 가장 컸다.
이들 시험은 5/25/90도 하드 적층의 플라이의 수가 0/45/90도 하드 적층과 동일한 세로 강도를 제공하기 위해 저감될 수 있다는 것을 나타낸다. 그러나, 5/25/90도 하드 적층이 0/45/90도 하드 적층보다 적은 플라이를 가지고 있기 때문에, 더 얇고 가볍게 된다. 게다가, 5/25/90도 하드 적층은 플라이 분할에 관하여 더 큰 손상 내성을 가진다.
이제 체결홀(filled hole) 인장 시험의 일반적인 결과를 나타내는 도 4를 참조한다. 체결홀은, 예컨대 쿠폰에 천공되는 구멍을 드릴링하고 이 드릴링된 구멍을 통해 볼트를 삽입함으로써, 쿠폰에 생성될 수 있다. 구멍이 천공됨에 따라, 강화 섬유는 절단되지만, 쿠폰은 손상된다고 생각되지 않는다. 따라서, 이 시험은 손상되지 않은 쿠폰의 세로 강도에 대한 정보를 제공한다.
(개방된 검은 박스로 표시된) 하드 적층은 (개방된 검은 원으로 표시된) 소프트 적층보다 큰 세로 강도를 가진다. 게다가, β=20도로 배향된 β-섬유를 갖는 하드 적층은 (검은 박스로 표시된) 기존의 0/45/90도 하드 적층과 유사한 세로 강도를 가진다.
이제 적층판을 제조하는 방법을 설명하는 도 5를 참조한다. 블록 510에서, 플라이 스택(stack)이 형성된다. 스택은 α-섬유의 플라이, β-섬유의 플라이, 그리고 γ-섬유의 플라이를 포함하고 있다. 강화 섬유는 레이업(layup) 전 또는 후에 수지로 함침될 수 있다.
이들 강화 섬유의 플라이는 레이업 공구(예를 들어, 맨드릴 또는 몰드 공구)에 증착될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 플라이는 단일 방향으로 배향된 섬유를 갖는 단방향 테이프일 수 있다. 다른 실시예에서, 각각의 플라이는 하나 이상의 방향으로 배향된 섬유의 위브(weave: 직물)일 수 있다. 예를 들어, 위브는 +α로 배향된 일부 섬유 및 -α로 배향된 다른 섬유를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, "카트리지(cartridge)"는 x-축에 관하여 정확한 섬유 배향(예를 들어, +α 및 -α)을 갖는 미리 패키지된 플라이를 포함할 수 있다.
플라이의 1-축은 적층판의 x-축과 정합(align)될 수 있다. 즉, 1-축은 지배적인 하중 방향과 정합될 수 있다.
블록 520에서, 플라이 스택은 복합 적층판을 생성하기 위해 경화된다. 블록 530에서, 적층판은 선택적으로 기계 가공된다. 예를 들어, 파스너 구멍이나 다른 유형의 개구가 적층판에 천공되거나 또는 절단될 수 있다. β-섬유는 이들 구멍에서 세로 분할을 억제 또는 지연시킨다. 플라이 분할은 2도와 12도 사이의 각도 α로 배향된 α-섬유에 의해 더 억제 또는 지연될 수 있다.
플라이의 다음과 같은 구성: [β, γ, -β, α, α, β, -α, -α, -β, α, α, β, --α, -α, -β, α, α]s를 갖는 플라이 스택(610)의 예를 나타내는 도 6을 참조한다. 여기서, 용어 "s"는 대칭(symmetry)을 나타낸다. 즉, 적층판의 중간 평면(mid-plane) 위의 플라이가 중간 평면 아래의 플라이의 미러 이미지(mirror image)로 될 수 있다.
이 실시예의 목적은, 각 플라이가 동일한 섬유 배향을 가진 섬유를 포함하고 있다는 것과 다른 플라이가 다른 섬유 배향을 갖는다는 것을 설명하도록 간단화하는 것이다. 이 특별한 예에서, 섬유의 분포는 60% α-섬유, 30% β-섬유 및 10% γ-섬유(즉 60/30/10%)이다. 다른 예는 플라이의 다른 구성 및 섬유의 다른 상대적인 백분율을 가질 수 있다.
이제 도 8을 참조한다. 여기서 적층판은 지배적인 하중 방향을 갖는 구조에 사용될 수 있다. 이러한 구조의 일례는 그 종방향 축을 따라 지배적인 하중 방향을 갖는 길다란 빔(elongated beam)이다. 일부 실시예에서, 빔은 웹(web; 810), 적어도 하나의 플랜지(flange; 820), 및 적어도 하나의 복합 캡(cap; 830)을 포함한다. 웹(810)과 플랜지(들)(820)는 금속 또는 복합 재료로 제조될 수 있다. 적어도 하나의 캡(830)은 빔의 지배적인 하중 방향에 관하여 배향된 α-섬유와 β-섬유를 포함한다. 캡(830)은 또한 γ-섬유도 포함할 수 있다.
이들 실시예는 임의의 특별한 형상에 한정되지 않는다. 빔 형상의 예는 모자 프레임(hat frame), C-채널, Z-빔, J-빔, T-빔 및 I-빔, 및 블레이드 강화 빔을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 도 8에는, 모자 프레임(800a), Z-빔(800b) 및 C-채널(800c)이 도시되어 있다.
다른 실시예에서, 빔은 박스모양의 보강 하부구조 및 프레임을 피복하는 하나 이상의 복합 적층판을 포함하는 박스 빔이다. 하나 이상의 플레이트는, 박스 빔의 지배적인 하중 방향에 관하여 배향된 α-섬유 및 β-섬유를 포함하고 있다.
이제 (박스 빔의 일종인) 날개 박스(710), 리딩 에지(leading edge; 720), 및 트레일링 에지(trailing edge; 730)를 포함하는 항공기 날개(700)를 나타내는 도 7을 참조한다. 날개 박스(710)는 스파(예를 들어, 전방 스파 및 후방 스파; 712)의 보강 하부구조와 리브(rib; 714)를 포함하고 있다. 스파(712)는 스팬와이즈 방향(spanwise direction: 날개길이 쪽 방향)으로 연장되고, 리브(714)는 스파(712) 사이에서 코드와이즈 방향(chordwise direction)으로 연장된다. 날개 박스(710)는 다중 스파 또는 다중 리브 구성을 가질 수 있다. 다중 리브 구성은 긴 날개 종횡비(aspect ratio)를 갖는 상업용 항공기에 대해 바람직하다.
날개 박스(710)는 스파(712) 및 리브(714)를 피복하는 복합 스킨(716)를 더 포함한다. 스킨(716)은 상부 스킨(716a) 및 하부 스킨(716b)을 포함할 수 있다.
동작 중에, 날개는 굽힘 하중과 비틀림 하중을 받는다. 예를 들어, 돌풍 또는 다른 무거운 하중이 날개(700)를 위쪽으로 구부러지게 할 수 있고, 그에 따라 상부 스킨(716a)을 세로 압축에 위치시키고 하부 스킨(716b)을 세로 비틀림에 위치시킨다. 굽힘 하중이 지배적이다. 세로 하중을 처리하기 위해, 각 스킨(716a, 716b)은 지배적인 하중 방향에 관하여 α-섬유와 β-섬유를 포함하는 하나 이상의 복합 적층판으로 구성되어 있다. α-섬유는 세로 하중의 대부분을 운반(carry)함에 따라 굽힘 강도를 제공한다.
그렇지 않은 경우는, β-섬유는 스킨(716)이 큰 관통 손상을 초래하여 섬유가 파괴될 때 발생할 수 있는 세로 스킨 분할을 억제한다. β-섬유는 또한 전단 강도, 비틀림 강도, 굽힘 강성을 증가시킬 수도 있다.
β-섬유는 또한 세로 하중의 일부를 운반하기 때문에, 기존의 0/45/90도 하드 적층에 관한 굽힘 강도, 굽힘 강성 및 손상 내성과 타협하지 않고 α-섬유의 플라이 수를 저감시킬 수 있다. α-섬유 플라이의 수를 저감시킴으로써, 스킨(716)의 게이지 및 무게가 저감된다. 이러한 스킨(716)을 기존의 0/45/90도 플레이트 대신 사용함으로써, 수천 파운드의 무게 감소를 초래할 수 있다. 연료 비용 및 다른 항공기 운영 비용을 저감시킴에 따라 이러한 무게 감소는 매우 바람직하다.
일부 실시예에서, 스킨(716)은 약간 불균형하게 될 수도 있다. 일부 실시예에서, 스킨은 약간 비대칭으로 될 수도 있다.
날개 박스(710)의 보강 하부구조는 스킨(716)을 강화하는 것을 포함하지만 이에 한정되지 않는 기능을 수행하는 스트링거(718)를 더 포함할 수 있다. 스트링거(718)도 또한 스팬와이즈 방향으로 연장될 수 있다.
스파(712), 리브(714) 및 스트링거(718)는 금속 또는 균형잡힌 복합 재료로 만들어질 수 있다. 스트링거(718)는 캡, 플랜지 및 웹을 갖는 빔으로서 구성될 수도 있다. 캡은 스트링거(718)의 종방향 축에 관하여 배향된 α-섬유, β-섬유 및 γ-섬유를 포함하는 복합 재료 플레이트로 제조될 수 있다.
스트링거(718)가 복합 재료로 제조될 수 있는 실시예에 있어서는, 스트링거(718)는 스킨(716)과 일체로 형성될 수 있다. 플라이 스택 형성 중에, 스트링거(718)를 위한 보강 섬유가 스킨(716)을 위한 보강 섬유 상에 증착될 수 있다.
스파(712)는 α-섬유, β-섬유 및 γ-섬유의 플라이를 갖는 복합 재료로 만들어진 캡(cap)을 포함할 수 있다. 리브(714)는 α-섬유, β-섬유 및 γ-섬유의 플라이를 갖는 복합 재료로 만들어진 코드(chord)를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 다음과 같은 조항(clause)에 따른 실시예를 더 포함한다:
1. 지배적인 하중 방향에 관하여 세로 강도를 위한 강화 섬유의 복수의 제1 플라이, 및 지배적인 하중 방향에 관하여 각도 ±β로 배향된 강화 섬유의 복수의 제2 플라이를 구비하되, 여기서 β는 15도와 35도 사이인 것을 특징으로 하는 복합 적층판.
2. β가 약 25도인 조항 1의 복합 적층판.
3. β-섬유의 각도가 모호하게 되어 있는 조항 1의 복합 적층판.
4. 강화 섬유의 복수의 제1 플라이가 지배적인 하중 방향에 관하여 각도 ±α로 배향되고, 여기서 α가 2도와 12도 사이인 조항 1의 복합 적층판.
5. α-섬유의 각도가 모호하게 되어 있는 조항 4의 복합 적층판.
6. 지배적인 하중 방향에 관하여 각도 γ로 배향된 강화 섬유의 복수의 제3 플라이를 더 구비하되, 여기서 γ는 87도와 92도 사이인 조항 1의 복합 적층판.
7. 매트릭스를 더 구비하되, 섬유가 매트릭스 내에 매립되어 있는 조항 1의 복합 적층판.
8. 매트릭스는 플라스틱 매트릭스이고, 섬유는 플라스틱 매트릭스에 매립된 탄소 섬유를 포함하는 조항 7의 복합 적층판.
9. 섬유의 더 큰 백분율이 복수의 제2 플라이보다 복수의 제1 플라이에서 사용되는 조항 1의 복합 적층판.
10. 지배적인 하중 방향을 갖는 구조로서, x-축에 관하여 각도 +α 및 -α로 배향된 α-섬유의 복수의 플라이; 및 x-축에 관하여 +β 및 -β로 배향된 β-섬유의 복수의 플라이를 포함하는 복합 적층판을 구비하되, β는 15도와 35도 사이이고, α는 0도 또는 2도와 12도 사이인 것을 특징으로 하는 구조.
11. x-축을 따라 세로방향 힘을 생성하는 굽힘을 받는 박스 빔(box beam) 보강 하부구조를 더 구비하되, 적층판이 보강 하부구조에 부착되는 조항 10의 구조.
12. 웹과 플랜지를 포함하는 빔을 더 구비하되, 적층판이 캡으로서 플랜지에 부착되는 조항 10의 구조.
13. 보강 하부구조; 하부구조의 일측을 피복하는 제1 적층판; 및 하부구조의 반대측을 피복하는 제2 적층판을 구비하되, 각 적층판이 하부구조의 종방향 축에 관하여 15도와 35도 사이의 각도로 배향된 강화 섬유의 복수의 제1 플라이를 포함하는 것을 특징으로 하는 박스 빔.
14. 각 적층판이 하부구조의 종방향 축에 관하여 2도와 12도 사이의 각도로 배향된 강화 섬유의 복수의 제2 플라이를 더 포함하는 조항 13의 박스 빔.
15. 섬유의 더 큰 백분율이 복수의 제1 플라이보다 복수의 제2 플라이에서 사용되는 조항 14의 박스 빔.
16. x-축을 갖는 플레이트를 형성하는 방법으로서, x-축에 관하여 각도 ±α로 배향된 강화 섬유의 복수의 제1 플라이, 및 x-축에 관하여 각도 ±β로 배향된 강화 섬유의 복수의 제2 플라이를 포함하는 플라이 스택을 형성하는 단계를 구비하되, β는 15도와 35도 사이이고, α는 0도 또는 2도와 12도 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
17. x-축에 관하여 γ의 각도로 강화 섬유의 복수의 제3 플라이를 레이업하는 단계를 더 구비하되, γ는 87도와 92도 사이인 조항 16의 방법.
18. 플라이 스택 상에 일체형 보강재를 레이업하는 단계를 더 구비하는 조항 16의 방법.
19. 수지 내에 섬유를 매립하는 단계, 및 플라이 스택을 경화하는 단계를 더 구비하는 조항 16의 방법.
20. 경화된 플라이 스택 내의 섬유를 절단하는 단계를 더 구비하는 조항 19의 방법.

Claims (14)

  1. 지배적인 하중 방향에 관하여 세로 강도를 위한 지배적인 하중 방향에 관하여 각도 ±α로 배향된 강화 섬유(12)의 복수의 제1 플라이(10);
    지배적인 하중 방향에 관하여 각도 ±β로 배향된 강화 섬유(12)의 복수의 제2 플라이; 및
    지배적인 하중 방향에 관하여 각도 γ로 배향된 강화 섬유(12)의 복수의 제3 플라이(10)를 구비하되,
    여기서 α가 2도와 12도 사이이고,
    여기서 β는 15도와 35도 사이이며,
    여기서 γ는 87도와 92도 사이이고,
    상기 강화 섬유(12)의 복수의 제2 플라이는,
    배향되는 강화 섬유(12)의 각도가 서로 다르되, 서로 다르게 배향되는 강화 섬유(12)들의 평균 값이 β가 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 복합 적층판(110).
  2. 제1항에 있어서, β가 25도인 것을 특징으로 하는 복합 적층판(110).
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, α-섬유의 각도가 서로 다르게 배향되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 적층판(110).
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 매트릭스를 더 구비하되, 섬유(12)가 매트릭스 내에 매립되어 있는 것을 특징으로 하는 복합 적층판(110).
  8. 제7항에 있어서, 매트릭스는 플라스틱 매트릭스이고, 섬유(12)는 플라스틱 매트릭스에 매립된 탄소 섬유(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 적층판(110).
  9. 제1항에 있어서, 섬유의 더 큰 백분율이 복수의 제2 플라이보다 복수의 제1 플라이에서 사용되는 것을 특징으로 하는 복합 적층판(110).
  10. -축을 갖는 플레이트(110)를 형성하는 방법으로서,
    x-축에 관하여 각도 ±α로 배향된 강화 섬유(12)의 복수의 제1 플라이, 및 x-축에 관하여 각도 ±β로 배향된 강화 섬유(12)의 복수의 제2 플라이를 포함하는 플라이 스택을 형성하는 단계를 구비하되, 여기서 β는 15도와 35도 사이이며, α는 2도와 12도 사이이고, 상기 강화 섬유(12)의 복수의 제2 플라이는, 배향되는 강화 섬유(12)의 각도가 서로 다르되, 서로 다르게 배향되는 강화 섬유(12)들의 평균 값이 β가 되도록 형성되며,
    상기 방법은, x-축에 관하여 γ의 각도로 강화 섬유(12)의 복수의 제3 플라이를 레이업하는 단계를 더 포함하되, 여기서 γ가 87도와 92도 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 삭제
  12. 제10항에 있어서, 플라이 스택(610) 상에 일체형 보강재를 레이업하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제10항에 있어서, 수지 내에 섬유(12)를 매립하는 단계, 및 플라이 스택(610)을 경화하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 경화된 플라이 스택(610) 내의 섬유(12)를 절단하는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.
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