KR102230871B1 - 복합재 구조물들에서의 누설 검출 방법 - Google Patents

Abstract

구조물의 두께를 통과하는 누설은 누설 검출층을 이용하여 구조물의 일면으로부터 검출된다. 누설 검출층은 공기 누출에 노출되었을 때, 시각적으로 관찰할 수 있는 변화들을 보여준다.

Description

복합재 구조물들에서의 누설 검출 방법{LEAK DETECTION IN COMPOSITE STRUCTURES}

본 발명은 일반적으로는 구조물들을 재정비하기 위한 기술들에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 누설들을 검출하고 복합재 라미네이트 구조물들(composite laminate structures)을 재정비하는 방법을 다루는 것이다.

복합재 구조물들의 국부적인 영역들(localized areas)은 불일치들(inconsistencies) 및 바람직하지 않은 변경들(alterations)을 포함하는 부적합들(non-conformities)을 제거하기 위하여 재정비되어야 할 필요가 있다. 이러한 부적합들은 제조공정 동안이나 또는 그 구조물이 운행 중에 놓이고 난 후에 발생될 수 있다. 예를 들어, 항공기 기체들(aircraft airframes) 상에서 사용되는 복합재 라미네이트 스킨들(composite laminate skins)은 운행 중에 외부 이물질과의 충격에 의하거나, 또는 지상에 있는 동안 서비스 차량들 및 장비와의 접촉에 의하여 야기되는 충격 손상을 때때로 경험하게 된다.

최근에는, 복합재 라미네이트 항공기 스킨(composite laminate aircraft skin)에서의 부적합을 제거하기 위하여, 재료(material)는 부적합을 포함하고 둘러싸는 스킨의 국부 영역으로부터 제거된다. 많은 경우에, 필요한 재료의 제거는 스킨의 전체 두께를 따라 확장되지 않는다. 그리고, 재정비 패치(rework patch)라고 하는, 경화되지 않은(uncured) 복합재는 스킨 상에 배치되고, 진공 백(vacuum bag)이 재정비 패치 상에 설치된다. 경우에 따라서는, 미리 경화된 패치가 제자리에(in place) 설치되고 접착식으로(adhesively) 부착된다. 재정비 패치를 열적으로 경화시키기 위하여 열이 재정비 영역에 적용되거나, 부착용 접착제에 적용되고, 이어서 진공 백이 제거되고, 재정비 영역이 기존 스킨에 융화된다(fared-in). 스킨에서 상당한 충격 동안 일어날 수 있는, 부적합이 심각하고 광범위한 경우에, 스킨의 전면(front side)에서부터 후면(back side)까지 통과하여 뻗어있는 균열 또는 파열과 같은 보이드(void)가 형성될 수 있다. 이러한 두께 관통(through-the-thickness) 보이드의 타입은 백이 배기될 때, 스킨의 후면에서 재정비 영역 안으로 공기가 빨려들어 가도록 하는 누설로(leak path)를 나타낸다. 이러한 누설들의 결과로서, 공기가 재정비 패치로 들어가도록 허용되고, 이는 패치에서 바람직하지 않은 보이드들 또는 기공들(porosities)을 야기한다.

재정비를 요구하는 영역이 누설 또는 누설의 가능성을 가지고 있다고 결정되면, 공기가 누설로를 통과하여 재정비 패치에 닿는 것을 방지하기 위해서, 진공 백은 구조물의 후면에 적용될 수 있다. 이러한 접근이 일부 적용들에서 만족스러운 반면에, 몇 가지 단점들을 가지고 있다. 첫 번째, 스킨의 후면 상에 제 2 진공 백을 설치하는 것은 시간이 걸리고(time-consuming), 비용이 많이 들며(costly), 많은 노동력을 요한다(labor intensive). 두 번째, 일부 누설이 재정비가 되고 있는 전면 영역으로부터 상대적으로 멀리 위치될 수 있다는 사실 때문에, 후면 백의 사이즈가 모든 누설들을 밀봉(seal off)하기에 충분히 크지 않을 수 있다. 세 번째, 재정비가 요구되는 영역의 위치에 따라, 예를 들어 제한 없이, 보강재(stringer)가 스킨의 후면에 놓여있는 곳과 같이 구조적인 장애물 때문에 후면 백을 설치하는 것이 가능하지 않을 수도 있다. 일부의 경우에는, 후면 백의 설치를 위한 충분한 틈(clearance)을 제공하기 위해서 장애물이 해체될 수 있으나, 이러한 해체 공정은 시간이 걸리고, 많은 노동력을 요한다.

따라서, 스킨의 후면으로의 접근을 요구하지 않고, 스킨의 전면으로부터 누설 검출(leak detection)을 가능하게 하는 복합재 라미네이트 스킨과 같은 구조물을 재정비하는 방법에 대한 필요성이 존재한다.

본 발명은 구조물을 통과하는 누설을 검출하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원의 실시예들은 구조물의 두께를 통과하여 뻗어있는 누설에 대해, 복합재 라미네이트와 같은 구조물들을 시험하는 방법을 제공한다. 누설 검출은 복합재 라미네이트 항공기 스킨의 전면과 같이 구조물의 일면(one side)에서 완전히 수행될 수 있다. 전면 누설 검출 방법은 후면 백에 대한 필요성을 없앤다. 본원의 방법은 구조물상에서 임의의 재정비가 실시되기 전에, 보이드 또는 누설로가 구조물의 두께를 완전히 통과하여 뻗어있는지 여부를 결정하기 위하여 사용될 수 있다. 구조물의 재정비에 앞서 누설이 존재하는 지 여부를 결정함으로써, 적용에 따라, 재정비 공정을 시작할지 여부에 대한 결정을 할 수 있다. 본원의 전면 누설 검출 방법은, 시험되는 구조물의 영역 상에 배치된 누설 검출 재료의 층에서 간단히 시각적으로 관찰되는 변화를 통하여 누설을 신속하고 정확하게 검출할 수 있도록 한다. 가능성 있는 누설들의 시각적인 검출은 특정 파장들의 빛을 가지고 구조물을 비추는 것, 카메라들 및 이미지 프로세싱 소프트웨어(image processing software)를 사용함으로써 향상될 수 있다.

본원의 일 실시예에 따라서, 구조물을 통과하는 누설을 검출하는 방법이 제공된다. 누설 검출층(leak detection layer)은 구조물의 영역 상에 배치되고, 구조물 상의 진공 백은 누설 검출층을 덮는다. 진공은 백에서 빨려들어가고, 누설 검출층에서의 임의의 변화가 관찰된다. 누설 검출층은 구조물의 제 1 면 상에 배치되고, 누설 검출층에서의 변화는 구조물의 제 1 면으로부터 누설 검출층을 관찰함으로써, 수행된다. 누설 검출층을 배치하는 단계와 진공 백을 밀봉하는 단계는 실질적으로 동시에 수행된다. 본원의 방법은 미리 선택된 파장의 빛을 영역에 방사하는(radiating) 단계를 더 포함할 수 있으며, 누설 검출층에서의 변화를 관찰하는 것은 그 영역으로부터 방출되는 빛을 검출하는 카메라를 이용하여 수행된다.

본원의 다른 실시예에 따라서, 부적합 부분을 가지는 영역에서 구조물의 두께를 통과하는 누설을 검출하는 방법이 제공된다. 누설 검출층은 그 영역 내의 구조물의 제 1 면 상에 배치되고, 실질적으로 투명한(transparent) 진공 백은 누설 검출층을 덮는 영역 상에 배치된다. 진공 백은 구조물의 제 1 면으로 밀봉되고, 진공은 백에서 빨려들어간다. 미리 선택된 파장의 빛이 영역 상으로 투사되고, 그 영역은 누설을 나타내는 누설 검출층에서의 시각적인 변화를 기록하도록 채용된 카메라로 관찰된다. 누설 검출층은 누설 검출층의 적어도 하나의 시각적 특성을 변화시키는 산소로의 노출에 즉각 반응한다. 영역 상에 빛을 투사하는 단계 및 카메라를 통하여 영역을 관찰하는 단계는 각각 구조물의 일면에서 수행된다.

추가적인 실시예에 따라서, 부적합 부분을 가지는 복합재 라미네이트 구조물의 영역을 재정비하는 방법이 제공된다. 부적합 부분은 구조물의 전면으로부터 재료를 제거함으로써 영역에서 제거되고, 누설이 구조물의 전면에서 후면까지 구조물을 통과하여 뻗어 있는지 여부를 결정하기 위하여 구조물의 전면으로부터 누설 검출이 수행된다. 또한, 본원의 방법은 영역에서 구조물 상에 재정비 패치를 설치하는 단계 및 구조물의 전면으로부터 누설을 밀봉하는 단계를 포함한다. 그 대신에, 누설을 밀봉하는 단계는 구조물의 후면으로부터 수행될 수 있다. 영역 상에 누설 검출층을 설치하는 단계, 누설 검출층을 덮는 영역 상에 진공 백을 설치하는 단계, 진공 백에서 진공을 빨아들이는 단계, 및 누설 검출층에서 시각적인 변화들을 관찰하는 단계에 의해서 누설 검출이 수행될 수 있다. 본 방법은 구조물에서 누설을 밀봉하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따라서, 복합재 라미네이트 항공기 구조물을 유지하는 방법이 제공된다. 부적합 부분은 구조물의 영역에서 확인되고, 구조물의 두께를 통과하는 누설이 영역에서 존재하는지 여부의 결정이 구조물의 전면으로부터 이루어진다. 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재한다고 결정되면, 재료가 영역에서 구조물로부터 제거된다. 본 방법은 또한, 구조물로부터 재료가 제거된 후, 누설이 영역에서 구조물의 두께를 통과하여 존재하는지 여부를 구조물의 전면으로부터 결정하는 단계를 포함한다. 재료가 제거된 후에 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재한다고 결정되면, 누설이 밀봉되고, 이어서 재료가 제거된 영역을 덮는 패치가 구조물 상에 설치된다. 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재하는지 여부를 구조물의 전면으로부터 결정하는 단계는: 영역 상에 누설 검출층을 배치하는 단계; 누설 검출층 아래에서 진공을 발생시키는 단계; 및 구조물에서의 누설을 나타내는 누설 검출층에서 변화를 모니터링(monitoring)하는 단계;에 의하여 수행된다. 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재하지 않는다고 결정되면, 그 구조물은 영역을 재정비하지 않고 있는 그대로(as-is) 사용될 수 있다. 본 방법은 또한, 누설 검출층 상에 진공 백을 배치하는 단계 및 구조물의 전면으로 진공 백을 밀봉하는 단계를 포함하고 있다. 누설 검출층에서 변화를 모니터링하는 단계는 미리 선택된 파장의 빛을 영역에 방사는 것과 누설 검출층에서 임의의 변화를 시각적으로 관찰하기 위하여 카메라를 이용하는 것을 포함한다.

요컨대, 본 발명의 일 태양에 따라서, 구조물을 통과하는 누설을 검출하는 방법이 제공되고, 본 방법은: 구조물의 영역 상에 누설 검출층을 배치하는 단계; 누설 검출층 상에 진공 백을 배치하고, 구조물 상에 진공 백을 밀봉하는 단계; 진공 백에서 진공을 빨아들이는 단계; 및 누설 검출층에서 변화를 관찰하는 단계;를 포함한다.

유익하게는, 본 방법에서 구조물의 영역 상에 누설 검출층을 배치하는 단계는 구조물의 제 1 면 상에 누설 검출층을 배치함으로써 수행되고, 누설 검출층에서 변화를 관찰하는 단계는 구조물의 제 1 면으로부터 누설 검출층을 관찰함으로써 수행된다.

유익하게는, 본 방법에서 누설 검출층을 배치하는 것과 진공 백을 밀봉하는 것은 실질적으로 동시에 수행된다.

유익하게는, 본 방법은 미리 선택된 파장의 빛을 영역에 방사하는 단계를 더 포함하고, 누설 검출층에서 변화를 관찰하는 단계는 영역으로부터 방출되는 빛을 검출하기 위하여 카메라를 이용함으로써 수행된다.

유익하게는, 본 방법은: 구조물의 영역으로부터 재료를 제거함으로써 구조물의 영역에서 부적합 부분을 제거하는 단계; 및 영역에서 구조물 상에 재정비 패치를 설치하는 단계;를 더 포함한다.

유익하게는, 본 방법은 누설을 밀봉하는 단계를 더 포함한다.

유익하게는, 본 방법에서 누설을 밀봉하는 단계는 구조물의 후면으로부터 수행된다.

유익하게는, 본 방법은 구조물에서 누설을 밀봉하는 단계를 더 포함하고, 누설 검출을 수행하는 것은 누설을 밀봉한 후에 실시된다.

유익하게는, 본 방법에서 누설 검출은 부적합 부분을 제거하기 전에 수행된다.

유익하게는, 본 방법에서 누설 검출은 부적합 부분을 제거한 후에 수행된다.

유익하게는, 본 방법에서 구조물의 영역에서 부적합 부분을 제거하는 것은 구조물의 영역의 전면으로부터 재료를 제거함으로써 수행된다.

유익하게는, 본 방법에서 누설을 밀봉하는 단계는 구조물의 영역의 전면으로부터 수행된다.

본 발명의 다른 태양에 따라서, 부적합 부분을 가지는 영역에서 구조물의 두께를 통과하는 누설을 검출하는 방법이 제공되고, 본 방법은: 영역에서 구조물의 제 1 면 상에 누설 검출층을 배치하는 단계; 누설 검출층을 덮는 실질적으로 투명 진공 백을 영역 상에 배치하는 단계; 진공 백에서 진공을 빨아들이는 단계; 미리 선택된 파장의 빛을 영역에 투사하는 단계; 및 누설을 나타내는 누설 검출층에서 시각적인 변화를 기록하도록 채용된 카메라로 영역을 관찰하는 단계;를 포함한다.

유익하게는, 본 방법에서 누설 검출층은 누설 검출층의 적어도 하나의 시각적 특성을 변화시키는 산소로의 노출에 즉각 반응한다.

유익하게는, 본 발명에서 영역 상에 빛을 투사하는 단계 및 카메라로 영역을 관찰하는 단계는 각각 구조물의 일면에서 수행된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 부적합 부분을 가지는 복합재 라미네이트 구조물의 영역을 재정비하는 방법이 제공되고, 본 발명은: 구조물의 전면으로부터 재료를 제거함으로써 영역에서 부적합 부분을 제거하는 단계; 누설이 구조물의 전면에서 후면까지 구조물을 통하여 존재하는지 여부를 결정하기 위하여 구조물의 전면으로부터 누설 검출을 수행하는 단계; 및 영역에서 구조물 상에 재정비 패치를 설치하는 단계를 포함한다.

유익하게는, 본 방법은 누설을 밀봉하는 단계를 더 포함한다.

유익하게는, 본 방법에서 누설을 밀봉하는 단계는 구조물의 전면으로부터 수행된다.

유익하게는, 본 방법에서 누설을 밀봉하는 단계는 구조물의 후면으로부터 수행된다.

유익하게는, 본 방법에서 누설 검출은: 영역 상에 누설 검출층을 설치하는 단계; 누설 검출층를 덮는 영역 상에 진공 백을 밀봉하는 단계; 진공 백에서 진공을 빨아들이는 단계; 및 누설 검출층에서 시각적인 변화를 관찰하는 단계에 의해서 수행된다.

유익하게는, 본 방법은 구조물에서 누설을 밀봉하는 단계를 더 포함하고, 누설 검출을 수행하는 것은 누설을 밀봉하는 단계 후에 실시된다.

유익하게는, 본 방법에서 누설 검출은 부적합 부분을 제거하기 전에 수행된다.

유익하게는, 본 방법에서 누설 검출은 부적합 부분을 제거한 후에 수행된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따라서, 복합재 라미네이트 항공기 구조물을 유지하는 방법이 제공되고, 본 방법은: 구조물의 영역에서 부적합 부분을 확인하는 단계; 영역에서 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재하는지 여부를 구조물의 전면으로부터 결정하는 단계; 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재한다고 결정되면, 영역에서 구조물로부터 재료를 제거하는 단계; 구조물로부터 재료가 제거된 후, 영역에서 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재하는지 여부를 구조물의 전면으로부터 결정하는 단계; 재료가 제거된 후에 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재한다고 결정되면, 누설을 밀봉하는 단계; 및 영역에서 재료가 구조물로부터 제거되면, 영역을 덮는 구조물 상에 패치를 설치하는 단계;를 포함한다.

유익하게는, 본 방법에서 누설이 구조물의 두께를 통과하여 존재하지 않는다고 결정되면, 영역을 재정비하지 않고 구조물의 사용을 계속한다.

유익하게는, 본 방법에서 영역에서 누설이 구조물의 두께를 통하여 존재하는 지 여부를 구조물의 전면으로부터 결정하는 단계는 영역 상에 누설 검출층을 배치하고, 누설 검출층 아래에 진공을 발생시키고, 구조물에서 누설을 나타내는 누설 검출층에서의 변화를 모니터링함으로써 수행된다.

유익하게는, 본 방법은: 누설 검출층 상에 진공 백을 배치하는 단계; 및 구조물의 전면으로 진공 백을 밀봉하는 단계를 더 포함한다.

유익하게는, 본 방법에서 누설 검출층에서의 변화를 모니터링하는 단계는 미리 선택된 파장의 빛을 영역에 방사하는 것 및 누설 검출층에서 임의의 변화를 시각적으로 관찰하기 위하여 카메라를 이용하는 것을 포함한다.

본 명세서에서 설명된 특징들, 기능들, 및 이점들은 본 발명의 다양한 실시예들에서 독립적으로 달성될 수 있거나, 또 다른 실시예들에서 조합될 수 있으며, 이들의 추가적인 세부사항들은 이하의 설명 및 도면들을 참조하여 알 수 있다.

도 1은 부적합 부분을 제거하기 위한 국부적인 재정비가 요구되는 복합재 라미네이트 스킨을 가지는 항공기의 투시도이고;
도 2는 도 1에서 도시된 재정비가 요구되는 영역의 투시도로서, 스킨의 후면 상의 기초 보강재를 도시하고;
도 3은 도 2의 3-3 선에 따른 단면도이고;
도 4는 구조물의 전면으로부터 구조물을 통과하는 누설을 검출하는 방법을 도시하는 블록도와 단면도의 결합도이고;
도 5는 구조물에서 공기 누설의 위치를 도시하는 도 4에서 카메라에 의하여 기록된 이미지의 모식도이고;
도 6은 구조물의 일면으로부터 구조물을 통과하는 누설을 검출하는 방법의 흐름도이고;
도 7은 두께를 통과하여 뻗어있는 보이드, 누설 검출층 및 설치된 진공 백을 가지는 복합재 스킨의 영역의 단면도이고;
도 8은 도 7의 '도 8'이라고 도시된 영역의 도면이고;
도 9는 재정비 영역으로부터 제거된 재료를 도시하는 도 8과 유사한 도면이고;
도 10은 도 9와 유사한 도면이나, 누설 검출층과 누설에 대해 재정비 영역을 재시험하기 위하여 스킨의 전면상에 설치되는 진공 백을 도시하는 도면이고;
도 11은 도 10과 유사한 도면이나, 밀봉된 누설로와 설치되려고 하는 재정비 패치를 도시하고;
도 12는 누설 검출의 방법 및 복합재 라미네이트 항공기 스킨을 재정비하는 방법의 흐름도이고;
도 13은 항공기 서비스 및 제조 방법의 흐름도이고;
도 14는 항공기의 블록도이다.

도시된 실시예들의 특징적인 신규한 특징들은 첨부된 청구항에 명시된다. 그러나, 도시되는 실시예들의 선호되는 사용 모드(mode)뿐만 아니라, 목적들 및 장점들이, 수반되는 도면들과 결합하여 읽을 때 본원 발명의 도시되는 실시예의 뒤따른 상세한 설명의 첨부에 의하여 가장 잘 이해된다.

본원의 실시예는 누설에 대해 구조물을 시험하고, 검출될 수 있는 임의의 누설을 포함하는 부적합 부분을 제거하거나 줄이기 위해서 구조물을 재정비하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 항공기(20)는 동체(22), 한 쌍의 날개(24), 및 꼬리모두개(tail assembly)(26)를 포함하고, 이들 중의 어느 하나는 복합재 라미네이트 스킨(28)과 같은 구조물로 덮힐 수 있으며, 복합재 라미네이트 스킨(28)은 이하에서 때때로 “구조물(structure)”(28) 또는 “복합재 라미네이트(composite laminate)”(28)라고 지칭한다. 스킨(28)은 항공기(20)가 제조되는 동안, 또는 그 후에, 항공기(20)가 운행 중에 놓이고 난 후 중 어느 한 때에 발생하는 충격과 같은 사건에 의해 야기되는 하나 이상의 국부적인 불일치를 포함할 수 있다. 이러한 부적합 부분(30)은 제한 없이, 몇 개만 언급하자면 불일치들(inconsistencies), 손상(damage), 보이드들(voids), 움푹 패인 부분들(dents), 균열들(cracks), 파열들(fractures)을 포함한다.

또한 도 2 및 3을 참조하면, 도시된 예에서, 스킨(28)은 전면(36) 및 후면(38)을 가지고, 부적합 부분(30)은 스킨의 전면(36)에서 움푹 패인 부분과 같은 디프레션(depression)을 포함한다. 부적합 부분(30)을 제거하거나 줄이기 위하여, 이하에서 때때로 “재정비 영역(rework area)”(32)이라고 지칭하는, 부적합 부분(30)을 포함하는 스킨(28)의 영역(32)은 복합재 라미네이트 재정비 패치(34)를 사용하여 재정비되고 복원될 수 있다(도 2). 나중에 상세하게 설명되는 바와 같이, 이러한 재정비 공정은 재정비 영역(32)에서 스킨(28)으로부터 재료를 제거하는 단계 및 복합재 패치(34)로 제거된 재료를 대체하는 단계를 포함한다. 스킨(28)에서의 부적합 부분(30)의 위치에 따라서, 도 2에 도시된 보강재(40)와 같은 구조물, 또는 다른 장애물이 스킨(28)의 후면(38) 상에 존재할 수 있고, 이는 재정비 영역(32)의 바로 아래이거나, 밀착하여 근접하게 위치한다. 재정비 영역(32) 아래의 보강재(40)와 같은 구조물의 존재는 재정비 공정이 스킨(28)의 전면(36)으로부터 실질적으로 수행되는 것을 요구할 수 있다.

일부의 경우에는, 부적합 부분(30)은 스킨(28)의 전체 두께(42)를 통과하여 뻗어있을 수 있거나 또는 그렇지 않은 균열들 또는 파열들과 같은 보이드들(44a, 44b, 44c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3 에 도시된 바와 같이, 하나의 보이드(44b)는 스킨(28)의 두께(42)를 통과하여 부분적으로만 뻗어있는 반면에, 두 개의 추가적인 보이드(44a, 44c)가 스킨(28)의 후면(38)까지 두께(42)를 통과하여 완전히 뻗어 있다. 보이드(44c)와 같은 보이드는 재정비 영역(32)을 훨씬 넘어서는 지점(48)까지 두께(42)를 완전히 통과하여 비스듬히 뻗어있을 수 있다.

두께 관통 보이드(44a, 44c)는 공기가 스킨(28)의 후면(38)으로부터 재정비 영역(32)으로까지 통과할 수 있게 하는 누설로를 형성한다. 후술할 바와 같이, 이러한 누설로는 패치(34)가 경화되고 있을 때, 공기가 재정비 패치(34)에 들어가도록 할 수 있다. 경화 공정 동안에 이러한 방법으로 재정비 패치(34)에 들어간 공기는 재정비 패치(34) 내에 바람직하지 않은 보이드 또는 기공의 형성을 초래하고, 이는 재정비의 강도(strength)와 퍼포먼스(performance)에 영향을 미칠 수 있다.

스킨(28)의 전체 두께(42)를 통과하여 뻗어있는 임의의 보이드들(44)이 재정비 영역(32) 안에 존재하는지 여부를 결정해서, 가능성 있는 누설로들을 나타내기 위하여, 누설 검출 방법은 재정비 영역(32) 내의 스킨(28) 상에서 수행될 수 있다. 게다가, 본원의 누설 검출 방법은 스킨(28)에서부터 완전히 수행될 수 있다. 게다가, 본원의 누설 검출 프로시저에서 사용된 방법은 재정비 영역(32)의 바로 아래의 스킨(28)의 후면(38)상에 위치하는 보강재(40)와 같이, 후면(38) 상에 존재하는 장애물의 존재와 상관없이, 재정비 영역(32)으로의 가능성 있는 누설을 검출하는데 사용될 수 있다.

이제는 전술한 복합재 라미네이트 스킨(28)의 전면(36)과 같이 구조물의 일면에서 완전히 수행될 수 있는 누설 검출을 도해하여(diagrammatically) 도시하는 도 4 및 5에 대해 서술한다. 이러한 예에서, 구조물(28)에 존재하는 보이드(44)는 공기가 구조물(28)의 후면(38)으로부터 구조물(28)의 전면(36)으로 누설되도록 허용하는 공기 누설(air leak)(75)을 형성한다.

본원의 누설 검출 방법을 수행하기 위하여, 누설 검출층(이하에서는, “LDL”)(50)은 전술된 재정비 영역(32)과 같이 누설에 대해 시험되는 영역안에 구조물(28)의 전면(36) 상에 배치된다. LDL(50)은 보이드(44)를 통하여 누설되는 공기(55)안에 포함된 산소와 같은 특정 가스에 재료가 노출될 때, 시각적으로 관찰될 수 있는 변화를 거치는 특성을 가지는 재료를 포함할 수 있고, 이는 아래에서 더욱 상세하게 논의된다. LDL(50)은 밀봉재(72)(도 5)에 의해 LDL의 가장자리를 둘러싸고 구조물(28)에 밀봉되는 실질적으로 투명한 진공 백(72)으로 덮힌다. 진공 백(72)은 구조물(28)의 전면(36)에서, 둘러싸인 주위의 공기로부터 LDL(50)을 격리시킨다. 진공 백(52)은 제한 없이, 실질적으로 가스들이 통과할 수 없는 나일론(Nylon^®), 캡톤(Kapton^®) 또는 PVA(polyvinyl alcohol)과 같은 플렉서블 폴리머 필름(flexible polymer film)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, LDL(50)은 진공 백(52)과는 독립된 시트(sheet) 또는 독립형 필름(stand-alone film)을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, LDL(50)은 진공 백(52)에 부착되는 필름을 포함할 수 있는 한편, 추가적인 실시예에서는 LDL(50)은 진공 백(52)의 스킨 상에 흩뿌려지는 페인트와 같은 재료를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, LDL(50)은 진공 백(52)과 함께 압출 성형된(co-extruded) 재료층을 포함할 수 있다.

LDL(50)은 LDL(50)의 근방에서의 산소 부분압에 기초하여 색이 변화하는 재료를 포함할 수 있다. 재료는 예를 들어, 그리고 제한없이, 산소 투과성 바인더(oxygen permeable binder) 내에 부유하는(suspended) 발광단(luminophore) 분자들을 포함할 수 있고, 이 발광단 분자들은 특정 파장의 빛(예를 들어, 파랑)에 의해 여기되고, 산소가 존재하면 상이한 파장의 빛(예를 들어, 빨강)을 방출함으로써 기저 상태(ground state)로 되돌아간다. 이러한 예에서, 방출된 빨간 빛(58)의 강도가 산소의 주위의 부분압에 반비례한다. 다른 실시예에서, LDL 층(50)은 광원(54)에서의 자외선(ultraviolet)의 빛과 같은 특정 파장의 입사광(incident light)(56)에 의하여 “스위치 온(switched on)되는” 때에만 산소의 존재를 검출하는 빛에 민감한 나노 입자들(light-sensitive nano-particles)을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이, 특정한 적용과 LDL(50)에서 사용되는 재료에 따라서, 보이드(44)를 통과하여 LDL(50)에 도달하는 공기(55) 내의 산소는, 향상시키는 수단들을 사용하든 사용하지 않든, 육안(65)으로 검출할 수 있는 색, 채도, 밝기 또는 대비와 같은 적어도 하나의 시각적인 특징에서 시각적으로 관찰할 수 있는 변화를 스스로 나타내는 국부적인 반응을 초래한다. 다른 적용들에서는, 적합한 광원(54)에 의해 생성되는 자외선과 같이 미리 선택된(preselected) 파장의 빛(56)이 LDL(50)에 조사된다. 입사광(58)은 공기 누설(75)의 영역 주위의 LDL(50)에서 산소 민감성 재료가 발광하는 것을 야기하고, 이는 형광 또는 인광 중 하나를 포함할 수 있다. 발광에 의하여 야기된 방출된 빛(58)은 적절한 카메라(60)에 의하여 기록될 수 있다.

카메라(6)에 의하여 기록된 LDL(50)의 이미지들은 디스플레이(67)에서 관찰될 수 있다. 도 5는 도 4에 도시된 두께 관통 보이드(44)의 위치에 대응하여, 구조물(28)에서 전형적인 공기 누설(75)의 이미지를 도시한다. 공기 누설(75)의 위치는 공기 누설(75)의 지점을 둘러싸는 상이한 색들, 밝기, 대비 또는 색 채도 레벨들의 일련의 밴드들(bands)(65)로서 나타내어질 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 항공기(20)의 복합재 라미네이트 스킨(28)과 같은, 구조물(28)에서 누설을 검출하는 방법의 전반적인 단계를 도시한다. 단계(62)를 시작으로, LDL(50)은 시험되는 구조물(28)의 전면(36) 상에 배치되고, 이는 영역(32) 내의 부적합 부분을 제거하기 위하여 부분적으로 재정비되는 영역(32)을 덮는다. 단계(64)에서, 진공 백(52)은 LDL(50) 상에 배치되고, 구조물(28)의 전면(36)으로 밀봉된다. 단계(66)에서, 진공은 진공 백(52)에서 빨려들어가고, 단계(68)에서 시험되는 영역은 미리 선택된 파장을 가지는 빛에 비추어진다. 단계(70)에서, LDL(50)에서의 시각적인 변화는 관찰되거나 기록되고, 이는 구조물(28)에서의 공기 누설(75)의 존재 및 위치를 나타낸다.

이제는, 스킨(28)에서 부적합 부분을 제거하기 위하여 도 1에 도시된 항공기(20)의 복합재 스킨(28)과 같이, 구조물(28)을 재정비하는 방법의 단계들을 순차적으로 도시하는 도 7 내지 도 11에 대해 서술한다. 특별히 도 7을 참조하면, LDL(50)은 부적합 부분(30)을 포함하는 영역(32) 내의 구조물(28)의 전면(36) 상에 배치되고, 도시된 예에서 부적합 부분(30)은 움푹 패인 부분을 포함한다. 그 후, 진공 백(52)이 LDL(50) 상에 배치되고, 밀봉재들(72)을 사용하여 전면(36)으로 밀봉된다. 진공 백(52)은 둘러싸인 주위의 공기로부터 LDL(50)을 밀봉한다. 이러한 예에서, 구조물(28)은 구조물(28)의 두께(42)를 통과하여 부분적으로만 뻗어있는 제 1 보이드(44b)와 공기 누설(75)을 형성하는 후면(38)까지 두께(42)를 완전히 통과하여 뻗어있는 제 2 보이드(44c)를 포함한다. 진공 백(52)의 배기는 보이드(44c)를 통과하여 후면(38) 상의 공기를 빨아들이고, 그것에 의하여 LDL(50)을 공기 누설(75)에 의하여 야기되는 산소에 노출시킨다. 앞서 서술한 바와 같이, 공기 누설(75)은 시각적으로 관찰할 수 있는 LDL(50)에서 국부적인 변화를 초래한다.

도 9를 참조하면, 도 8과 관련하여 앞서 서술된 누설 검출을 수행한 후에, 부적합 부분(30)을 제거하거나 줄이기 위하여 재료가 구조물(28)로부터 제거된다. 재료 제거 공정은 임의의 몇 개의 알려진 기술을 사용하여 실시되고, 이러한 기술에는 예를 들어, 제한 없이, 연삭 또는 연마와 같은 적절한 재료 제거 공정을 이용하는 구조물(28)의 전면(36)을 스카핑(scarfing)하는 것과 같은 것이 있다. 스카핑 작업은 점점 가늘어지는 가장자리들(78)을 가지는 구멍(cavity)(74)을 초래한다. 비록 스카핑 작업이 도시되어 있지만, 재료 제거 공정이 뒤 따를 수 있고, 재료 제거 공정은 계단식 겹이음(step lap joint)(미도시)을 형성하는 재정비 패치를 받기 위한 준비로서 계단식 가장자리(stepped edge)(미도시)를 가지는 구멍(74)을 초래한다. 앞서 서술된 재료 제거 공정은 하나 이상의 보이드(44b, 44c)를 제거하거나 제거하지 않을 수 있다. 도시된 예에서는, 보이드들(44b, 44c) 중 어느 것도 스카핑 작업 동안 제거되지 않는다.

도 9에 도시된 스카핑에 이어서, 누설 검출 방법이 반복될 수 있다. 그래서, 도 10을 참조하면, LDL(50)과 진공 백(52)은 스카프된(scarfed) 구멍(74) 상에 배치되고, 진공 백(52)은 밀봉재(72)에 의하여 구조물(28)의 전면(36)으로 밀봉된다. 진공은 백(52)에서 빨려들어가고, 재정비 영역(32)은 구조물(28)의 두께(42)를 통과하는 하나 이상의 보이드들(44)에 의하여 야기되는 가능성 있는 누설(75)에 대해 관찰된다. 도시된 예에서, 스카핑 작업은 보이드들(44b, 44c) 중 어느 한쪽도 제거하지 않고, 결과적으로 누설은 전체 두께(42)를 통과하여 뻗어있는 보이드(44c)를 통과하여 후면(38)으로부터 빨려들어온 공기의 결과로써 검출될 것이다.

도 11을 참조하면, 스카핑 작업 후에 수행되는 누설 검출 과정이 임의의 두께 관통 공기 누설들(75)을 검출하면, 각각의 공기 누설(75)은 구조물(28)의 전면(36) 또는 후면(38) 중 어느 한쪽으로부터 보이드(44c)로 밀폐재(80)를 주입함으로써 밀봉될 수 있다. 그 대신에, 이어서 재정비 패치(34)가 경화되는 동안에 공기 누설들(75)을 피하기 위하여, 두께 보이드(44c)를 통과하는 임의의 공기 누설을 덮는 진공 백(미도시)은 후면(38)으로 밀봉될 수 있다. 공기 누설들(75)이 밀봉되거나 덮힌 후, 점점 가늘어지는 가장자리들(82)을 가지는 복합재 라미네이트 재정비 패치(34)는 구멍(76)에 배치될 수 있고, 그 후에 경화될 수 있다. 모든 검출되고 밀봉된 공기 누설들(75)이 덮여졌기 때문에, 두께(42)를 통과하여 뻗어있는 보이드들(44)로 인하여 재정비 패치(34)로 공기가 들어갈 가능성은 실질적으로 제거된다.

이제는 부적합 부분들(30)을 제거하거나 줄이기 위하여 복합재 구조물들을 평가하고 재정비하기 위한 공정의 단계들을 대략적으로 도시하는 도 12에 대해 서술한다. 도 12에 도시된 과정 단계들은 구조물들(28)의 불필요한 재정비를 피할 수 있고, 필요하다면 재정비 과정이, 첫 번째 시도에서 성공적으로 수행되는 것을 보장하도록 도울 수 있다. 단계(84)에서, 하나 이상의 부적합 부분들(30)은 앞서 서술된 복합재 라미네이트 스킨(28)과 같은 구조물(28)에서 생성될 수 있다. 단계(86)에서, 구조물(28)을 재정비하기 위하여 공정이 시작된다. 단계(88)에서, 구조물(28)에 대한 부적합 부분들(30) 또는 임의의 손상은 적절한 비파괴검사(NDI) 기술에 의하여 확인되고 수량화된다. 임의의 구조물들은, 충격을 받았음에도 불과하고, 패치로 재정비되거나 그 충격이 밀봉되는 것을 제공하지 않고도 사용될 수 있다. 결과적으로, 단계(90)에서, 구조물(28)의 전체 두께(42)를 통과하여 뻗어있는 보이드들(44)이 존재하지 않는다는 가정하에, 부적합 부분이 존재한 채로 구조물(28)이 “있는 그대로(as-is)” 사용될 수 있는지 여부를 처음에 결정할 수 있다.

단계(92)에서 두께 관통 보이드들(44)이 존재하지 않아 구조물(28)이 있는 그대로 사용될 수 있다면, 부적합 부분이 실제로 구조물(28)의 전체 두께(42)를 통하여 뻗어있는 보이드(44)로서 존재하는지 여부를 결정하기 위하여 누설 검출 작업이 수행된다. 단계(94)에서, 보이드(44)가 전체 두께(42)를 통하여 존재하지 않는다고 결정되면, 단계(96)에서 구조물(28)은 있는 그대로 사용된다. 그러나, 단계(94)에서 두께 관통 보이드(44)가 존재한다고 결정되면, 공정은 단계(98)에서 계속되고, 단계(98)에서는 부적합 부분(30)을 제거하거나 줄이기 위하여 부적합 영역으로부터 재료가 제거된다.

단계(98)에서 재료 제거 공정에 이어서, 부적합 부분들(30)을 제거하기 위해 재료가 제거된 후, 구조물(28)에서 두께 관통 보이드(44)가 존재하는지 여부를 결정하기 위하여 단계(100)에서 누설 검출 공정이 반복된다. 단계(100)에서 수행된 누설 검출 시험의 결과들은 단계(102)에서 평가된다. 단계(102)에서 누설들이 발견되면, 단계(104)에서 누설들을 야기하는 보이드들(44)이 밀봉되거나 재정비 패치(34)를 압축하고 경화하기 위하여 진공이 빨려들어올 때, 공기가 재정비 영역으로 누설되는 것을 방지하기 위하여 진공 백(미도시)이 구조물의 후면(38)으로 적용된다. 단계(102)에서 공기 누설들(75)이 없다고 결정되면, 단계(106)에서 복합재 재정비 패치(34)는 재정비 영역에 적용될 수 있다. 단계(108)에서 진공 백(52)은 재정비 패치(34) 상에 적용되고, 진공 백(52)은 구조물(28)의 전면(36)으로 밀봉된다.

단계(110)에서, 열 적용을 통함으로써 재정비 패치(34)는 경화된다. 단계(110)에서 재정비 패치(34)를 경화하는 것의 결과로서, 단계(112)에서 재정비 영역(32)은 주변 구조물(28)과 융화된다. 단계(106)에 적용되기 전에, 복합재 재정비 패치(34)는 미리 경화될 수 있다는 점을 주목해야 한다. 미리 경화된 패치(34)는 적절한 접착제를 사용하여 구조물(28) 상에 배치되어 부착될 수 있고, 이 경우에 단계(110)에서 실시된 경화는 패치(34) 그 자체보다는 접착제를 경화하는 것을 포함한다. 부적합 부분들(30)이 제거됐음을 확실하게 하기 위하여, 완료된 재정비의 비파괴검사가 단계(114)에서 수행된다. 단계(116)에서 도시된 바와 같이, 단계(114)에서 검사 공정에 의하여 부적합 부분들(30)이 검출되면, 재정비 공정은 반복되고, 그렇지 않으면 재정비 공정은 단계(118)에서 종료되고 완료된다.

명세서의 실시예는 여러 가지의 잠재적 적용들, 특히, 예를 들어 항공 우주 산업, 선박, 자동차 적용들 및 부적합 부분을 제거하기 위하여 구조물들이 재정비되어야 하는 다른 적용들을 포함하는 운송 산업에서 사용될 수 있다. 게다가, 도 13 및 14를 참조하면, 명세서의 실시예들은 도 13에 도시된 바와 같이 항공기 제조 및 서비스 방법(120)과 도 14에 도시된 바와 같이 항공기(122)의 맥락에서 사용될 수 있다. 본원의 실시예의 항공기 적용들은 예를 들어, 제한 없이 복합재 라미네이트 스킨들, 복합재 부분들 및 복합재 서브 어셈블리들(subassemblies)을 포함할 수 있다. 생산 전(pre-production) 동안, 예시적인 방법(120)은 언제나 항공기(122)의 사양 및 설계(124), 및 재료 조달(126)을 포함한다. 생산 동안, 구성요소 및 서브 어셈블리 제조(128)와 항공기의 시스템 통합(130)이 일어난다. 그 때부터, 항공기(122)는 운행중(134)에 놓일 수 있도록 인증 및 납품(412)을 거친다. 고객에 의하여 운행중인 동안에, 항공기(122)는 또한 변경(modification), 구조 변경(reconfiguration), 재연마(refurbishment) 등을 포함할 수 있는 일상적인 유지보수 및 서비스(126)에 대한 스케줄이 잡힌다. 또한, 운행 중(134)에, 본원의 방법은 충격들 또는 다른 사건들을 통하여 변하는 스킨들과 같은, 다양한 구조적인 요소들을 재정비하거나 수리하기 위해 사용될 수 있다.

방법(120)의 각각의 프로세스들은 시스템 통합기, 써드 파티(third party), 및/또는 오퍼레이터(예를 들어, 고객)에 의하여 수행되거나 실시될 수 있다. 이 설명의 목적을 위해서, 시스템 통합자는 제한 없이 임의의 수의 항공기 제조자들 및 주요 시스템 하청 업자들을 포함할 수 있고; 써드 파티는 제한 없이 임의의 수의 판매자들, 하청 업자들 및 공급자들을 포함할 수 있고; 오퍼레이터는 항공사, 리스회사, 군사단체, 서비스기구 등일 수 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 예시적인 방법(120)에 의하여 생산되는 항공기(122)는 복수의 시스템들(140)을 갖는 기체(138) 및 내부(142)를 포함할 수 있다. 하이 레벨(high-level)의 시스템들(140)의 예들은 하나 이상의 추진 시스템(144), 전기 시스템(146), 유압 시스템(148) 및 환경 시스템(150)을 포함한다. 임의의 수의 다른 시스템들이 포함될 수 있다. 우주항공적인 예가 도시되지만, 본 발명의 원리들은 선박 및 자동차 산업과 같은 다른 산업에 적용될 수 있다.

본 명세서에서 구체화된 시스템들 및 방법들은 임의의 하나 이상의 제조 및 서비스 방법(120)의 단계들이 채용될 수 있다. 예를 들어, 제조 프로세스(128)에 해당하는 구성요소들 또는 서브 어셈블리들은 항공기(122)가 운행 중인 동안 생산된 구성요소들 또는 서브 어셈블리들과 유사한 방식으로 제작되거나 제조될 수 있다. 또한, 하나 이상의 장치 실시예들, 방법 실시예들, 또는 이들의 조합은 예를 들어 항공기(122)의 조립을 현저하게 가속화시키거나, 항공기(122)의 비용을 현저하게 감소시킴으로써, 제조 단계들(128, 130) 동안 이용될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 장치 실시예들, 방법 실시예들, 또는 이들의 조합은 항공기(122)가 운행 중인 동안, 예컨대 제한 없이 유지보수 및 서비스(136)에 이용될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 아이템들(items)의 리스트(list)와 함께 사용될 때, 문구(phrase) “적어도 하나의”는 하나 이상의 나열된 아이템들의 상이한 조합들이 사용될 수 있고, 리스트에서의 각각의 단 하나의 아이템이 필요할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, “적어도 하나의 아이템 A, 아이템 B, 및 아이템 C”는 제한 없이 아이템 A, 아이템 A 및 아이템 B, 또는 아이템 B를 포함할 수 있다. 이러한 예시는 또한 아이템 A, 아이템 B, 및 아이템 C, 또는 아이템 B 및 아이템 C를 포함할 수 있다. 아이템은 대상, 물건 또는 카테고리일 수 있다. 다시 말하면, 적어도 하나의 임의의 아이템들 조합 및 임의의 수의 아이템들이 리스트로부터 사용될 수 있음을 의미하는 것이지, 리스트의 모든 아이템들이 요구되는 것은 아니다.

본원의 상이한 실례가 되는 실시예들의 설명서는 도면 및 설명의 목적들을 위해서 존재되고, 공개된 원형에서 실시예들에 대해 포괄하거나 제한하려고 하는 것이 아니다. 많은 변형들 및 변경들은 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 상이한 실례가 되는 실시예들은 다른 실례가 되는 실시예와 비교하여 다른 장점들을 제공할 수 있다. 실시예 또는 선택된 실시예들은 실시예들의 원칙들, 실용적인 적용을 가장 잘 설명하거나 통상의 기술자들이 본 발명의 의도된 특정 사용에 알맞은 다양한 변형들과 함께 다양한 실시예들을 위해 본 발명을 이해하게 할 수 있도록 설명되거나 선택된다.

Claims (12)

1. 누설 검출의 대상인 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법으로서,
   상기 방법은 상기 구조물의 누설을 검출하는 단계를 포함하고,
   상기 구조물의 누설을 검출하는 단계는,
   상기 구조물의 일부 영역 상에 누설 검출층을 배치하는 단계;
   누설 검출층 상에 진공 백(vacuum bag)을 배치하고, 구조물 상에 진공 백을 밀봉하는 단계;
   진공 백에서 진공을 빨아들이는 단계; 및
   누설 검출층에서 변화를 관찰하는 단계;를 포함하고,
   상기 방법은,
   상기 구조물의 영역에서 재료를 제거하는 것에 의해 상기 구조물의 영역 내의 부적합 부분을 제거하는 단계;
   상기 구조물의 누설을 다시 검출하는 단계; 및
   상기 영역 내의 구조물 위에 재정비 패치를 설치하는 단계;를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 구조물의 영역 상에 누설 검출층을 배치하는 단계는 상기 구조물의 제 1 면 상에 누설 검출층을 배치함으로써 수행되고,
   상기 누설 검출층에서 변화를 관찰하는 단계는 구조물의 제 1 면으로부터 누설 검출층을 관찰함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   누설 검출층을 배치하는 것과 진공 백을 밀봉하는 것은 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   미리 선택된(preselected) 파장의 빛을 상기 영역에 방사하는 단계를 더 포함하고,
   누설 검출층에서 변화를 관찰하는 단계는 상기 영역으로부터 방출되는 빛을 검출하기 위하여 카메라를 이용해서 수행되는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   누설을 밀봉하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   누설을 밀봉하는 단계는 구조물의 후면(back side)으로부터 수행되는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.
8. 청구항 6에 있어서,
   상기 누설 검출을 수행하는 것은 누설을 밀봉한 후에 실시되는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.
   
9. 삭제
10. 삭제
11. 청구항 1에 있어서,
    구조물의 영역에서 부적합 부분을 제거하는 것은 구조물의 영역의 전면(front side)으로부터 재료를 제거함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    누설을 밀봉하는 단계는 구조물의 영역의 전면으로부터 수행되는 것을 특징으로 하는 구조물을 통과하는 누설을 검출하여 수리하는 방법.

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