KR102230938B1 - 형상기억합금을 구비한 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법 및 툴 - Google Patents

형상기억합금을 구비한 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법 및 툴 Download PDF

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Abstract

형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법과 툴이 개시되어 있다. 방법에는 형상기억합금에 대해 복합 재료 시트를 배치하는 단계와, 형상기억합금 구조물을 변형된 형태로 변형시켜, 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물의 변형된 형태에 상응하는 원하는 형상으로 일치시키는 형상기억합금 구조물을 가열하는 단계로 구성된다. 툴에는 형상기억합금 구조물과, 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물의 변형된 형태에 상응하는 원하는 형상으로 일치시키도록 형상기억합금 구조물을 가열하기 위한 열원이 구비된다.

Description

형상기억합금을 구비한 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법 및 툴{METHODS AND TOOLS FOR FORMING CONTOURED COMPOSITE STRUCTURES WITH SHAPE MEMORY ALLOY}
본 발명은 형상화된 복합재 구조물에 관한 것이다.
섬유 강화 복합 재료로 구성된 것과 같은 복합재 구조물은 일반적으로 미리 경화되거나 부분적으로 경화된 복합재의 유연성 시트(sheet)를 단단한 주형(mold)에 일치시킴으로써 형성된다. 최종 구조물의 형상에 따라, 주형은 원하는 최종 구조물의 형상에 대한 매우 정밀한 오차가 필요할 수도 있다. 특히 상기 주형이 매우 클 때는 제작 및 유지관리에 매우 높은 비용이 소요된다. 더욱이, 일반적으로 평면인 재료 시트를 복잡한 형상을 가진 주형에 일치시키는 특성으로 인해, 종종 복합재 재료에 원하지 않은 주름이 생기게 되는 것을 피할 수 없게 된다. 상기 주름 또는 구조 형성중 발생되는 다른 결점들은 최종 복합재 구조물의 성능 요건에 맞추기 어려울 수 있다.
본 발명은 종래 기술의 단점을 개선하는 데 그 목적이 있다.
형상기억합금을 구비한 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법 및 툴, 또한 장치는, 형상화된 복합재 구조물로 구성된 항공 우주 구조물을 포함하여, 이곳에 개시된다. 방법은 형상기억합금 구조물과 작동하는 관계로 복합재 구조물 시트를 배치하는 단계와, 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 내로 가열하는 단계, 이를 통해 원하는 형상으로 복합재 구조물 시트를 일치시키는 단계, 그리고 이후 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 이하로 냉각시키는 단계를 포함한다. 툴(tool)은 형상기억합금 구조물과, 복합재료 시트를 원하는 형상으로 일치시키도록 형상기억합금을 활성화된 온도 범위 이내로 가열하기 위한 열원을 포함한다.
본 발명의 형상기억합금을 구비한 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법 및 툴을 통해 종래 기술의 단점을 보완할 수 있다.
도 1은 항공기에 대한 비배타적 실시예의 사시도이다.
도 2는 형상화된 복합재 구조물 형성 방법에 대한 비배타적 실시예를 나타내는 흐름도이다.
도 3은 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 툴(tool)과 함께 복합 재료 시트를 형상화된 복합재 구조물로 형성하는 것에 대한 비배타적 실시예를 나타내는 개요도이다.
도 4는 복합재료 시트와 비변형 형태에서 변형 형태로 가열된 형상기억합금 구조물 그리고 형상기억합금 형태로 일치된 복합재료 시트를 포함하는 도 3의 툴의 형상기억합금 구조물을 나타내는 개요도이다.
도 5는 복합재료 시트와 변형 형태에서 비 변형 형태로 냉각된 형상기억합금 그리고 형상기억합금 구조물에 의해 원하는 형상으로 형성된 복합 재료 시트를 포함하는 도 3의 툴의 형상기억합금 구조물을 나타내는 개요도이다.
도 6은 형상화된 복합재 구조물로 형성된 복합 재료 시트를 포함하는 형상화된 복합 재료 구조물을 형성하기 위한 툴에 대한 추가적인 비배타적 실시예를 나타내는 개요도이다.
도 7은 복합 재료 시트와 비변형 형태에서 변형 형태로 가열된 형상기억합금 구조물 그리고 형상기억합금 구조물에 맞춰진 복합 재료 시트를 포함하는 도 6의 툴의 형상기억합금 구조물을 나타내는 개요도이다.
도 8은 복합재료 시트와 변형 형태에서 비 변형 형태로 냉각된 형상기억합금 그리고 형상기억합금 구조물에 의해 원하는 형상으로 형성된 복합 재료 시트를 포함하는 도 6의 툴의 형상기억합금 구조물을 나타내는 개요도이다.
도 9는 형상화된 복합재 구조물로 형성되기 위한 유연성 있는 복합 재료 시트를 포함하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 툴에 대한 추가적인 비배타적 실시예를 나타내는 개요도이다.
도 10은 복합 재료 시트와 비 변형 형태에서 변형 형태로 가열된 형상기억합금 구조물 그리고 형상기억합금 구조물에 맞춰진 복합 재료 시트를 포함하는 도 9의 툴의 형상기억합금 구조물을 나타내는 개요도이다.
도 11은 복합재료 시트와 변형 형태에서 비 변형 형태로 냉각된 형상기억합금 그리고 형상기억합금 구조물에 의해 요구 형상으로 놓여진 복합 재료 시트를 포함하는 도 9의 툴의 형상기억합금 구조물을 나타내는 개요도이다.
도 12는 비 변형된 형태로 기판 내부에 배치된 형상기억합금 구조물에 대한 비배타적 실시예를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 13은 비 변형된 형태에서 변형된 형태로 가열된 형상기억합금 구조물을 포함한 도 12의 실시예를 나타내는 개략적인 사시도이다.
도 14는 선택적으로 가열되도록 형성된 부영역이 포함된 형상기억합금 구조물에 대한 개략적인 평면도이다.
도 15는 항공기 생산 및 서비스 방법론을 나타내는 흐름도이다.
도 16은 항공기를 나타내는 개략적인 구성도이다.
형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법 및 툴, 이에 더해 형상화된 복합재 구조물로 구성된 장치가 이곳에 공지되어 있다. 일반적으로, 도면에서, 주어진 예시에 포함될 것으로 예상되는 요소들은 실선으로 도시되고, 반면 주어진 예시에서 선택적인 요소들은 점선으로 도시된다. 그러나, 실선으로 도시된 요소들이 본 발명의 모든 실시예에 필수적인 것은 아니며, 실선으로 도시된 요소는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 특정 실시예에서 생략될 수도 있다.
다양한 형상화된 복합재 구조물을 구비할 수 있는 항공기(10) 예시가, 도 1에 도시되어 있으며; 그러나, 항공기 이외의 장치는 본 발명의 범위 내에 있으며 형상화된 복합재 구조물을 구비할 수 있다. 예를 들어, 비배타적인 실시예로서, 형상화된 복합재 구조물을 구비할 수 있는 다른 장치들은(이에 한정하진 않지만) 우주선, 선박, 지상차량, 풍력 터빈, 타워 및 철탑 구조물 등을 포함한다. 더욱이, 항공기(10)는, 상업용 항공기, 군용기, 민간 항공기, 또는 어떤 다른 적합한 항공기를 포함하는, 어떤 적합한 형태를 취할 수 있다. 도 1에는 고정익 형태의 상업용 항공기(10)가 도시되어 있지만, (이에 한정되진 않지만) 헬리콥터를 포함하여, 다른 타입 및 항공기의 형상들은 본 발명에 따른 항공기(10)의 범위 내에 있다.
본 발명에 사용된 바와 같이, 복합재 구조물은, (이에 한정되진 않지만)섬유 강화 복합 재료과 같은, 복합 재료로 구성된 구조물을 나타낸다. 섬유 강화 복합 재료의 비배타적 실시예에는(이에 한정하진 않지만) 유리 섬유, 탄소 섬유, 붕소 섬유, 파라아미드(para-aramid, 예를 들어 케블러(Kevler®)) 섬유, 및/또는 또 다른 섬유로 구성된 것처럼 적어도 에폭시(epoxy) 또는 다른 중합체 또는 섬유를 포함하는 결합 재료가 포함된다. 어떤 실시예에서, 복합 구조물은 여러 층 또는 여러 가닥으로 구성되거나, 섬유 강화 복합 재료로 구성되고, 복합 적층 또는 적층물로서 형성될 수 있다. 상기 어떤 실시예에서, 가닥들은 연관된 결합 재료에 수지 침투된(pre-impregnated) 수지침투 가공재(pre-preg) 가닥일 수 있다. 따라서, 집합적으로 겹쳐질 수 있는 다수의 수지 침투 가공재 가닥들은 요구되는 성능과 특성을 가진 섬유 강화 복합 재료의 세그먼트(segment)를 형성한다. 수지 침투 가공재 가닥의 결합 재료는, 가닥의 취급과 가닥의 선택적인 조립을 허용하기 위해서, 부분적으로 경화되거나 또는 미리 경화된 것일 수 있다. 일반적으로, 부분적으로 경화된 수지 침투 가공재 가닥은 유연하며 끈적이므로 겹쳐질 때 쉽게 달라붙지만, 반드시 영구적으로 붙어있지는 않는다. 즉, 겹쳐질 때, 두 개의 인접한 가닥들은 서로 간에 측면으로 변형이 허용될 수도 있으며 및/또는 필요시 분리될 수도 있다. 가닥들의 인접한 층을 서로 보다 영구적으로 부착하기 위해, 섬유 강화 복합재 구조물 구성시 겹쳐진 가닥들은 임의의 적절한 방법과 임의의 적당한 여러 가지 상황을 활용하여 단단히 결속되거나 또는 서로 압축될 수 있다. 이러한 두 개 이상 층의 압축은 가닥의 압축 또는 가닥의 단단한 채움과 같은 압축으로서 나타내진다. 경화되기 전, 복합 재료는 어느 정도 유연하거나 또는 적어도 복합 재료의 경화된 상태에 비해 유연할 수 있다. 따라서, 경화되기 전, 시트(sheet) 또는 입자(charge) 형태일 수 있는 복합 재료는 주조되거나 또는 다른 요구되는 형태로 형성될 수 있다. 몇몇 복합 재료는 주형 또는 성형 작업 중 또는 이전에 가열이 필요할 수 있으며, 상기 가열은 복합 재료를 더욱 가단성(malleable) 있고 더 쉽게 요구되는 형태로 형성되도록 하지만, 상기 가열은 복합 재료를 경화하고 강화하는데 필요한 온도보다 더 낮은 온도이다. 복합 적층판의 온도는 경화되지 않은 수지의 점성 특성으로 인해 원하는 형상을 형성할 수 있는 형성 속도 또는 구부러지는 정도에 영향을 줄 수 있다. 일단 경화되면, 복합 재료는 단단해지고 형태를 유지하게 되지만, 복합 구조물을 위한 특정한 응용방식(application)에 따라 원하는 탄성을 가질 수 있다.
계속해서 도 1을 참고하면, 항공기(10)는 일반적으로 승객, 승무원, 화물, 및/또는 항공기의 특정한 구조 및/또는 기능에 따른 장비를 수용하기 위한 항공기의 주 본체에 해당하는 동체(14)를 구비하는 것으로서 설명된다. 일반적으로, 필요하진 않지만, 항공기의 동체는 기다랗고 어느 정도 원통형 또는 튜브형이다. 어떤 실시예에서, 동체는 동체를 따라 길이방향으로 일정 간격을 두고 동체를 형성하도록 서로 작동하도록 연결된 다수의 섹션(16)으로 구성될 수 있다. 도 1에서, 다섯 개의 동체 섹션이 개략적으로 나타나있지만, 동체를 구성하는 데에는 섹션(16)의 어떤 수량이나 크기 그리고 형태가 사용될 수 있다.
항공기(10)는 또한 날개(18), 수평 안전판(20), 그리고 수직 안전판(22)을 구비할 수 있다. 하나 이상의 동체, 날개, 수평 안전판, 및 수직 안전판은 복합 재료로 구성될 수 있다. 어떤 실시예에서, 상기 구조물은 보강된 복합 구조물, 구조 프레임 또는 스티프너(stiffeners)에 의해 지지되는 스킨(skin)에 의해 형성되는 것으로서 표현된다. 어떤 하나 이상의 전술한 다양한 항공기 구조물과, 더불어 다른 항공기 구조물은 형상화된 복합재 구조물로서 형성될 수 있다. 형상화된다는 것은, 상기 구조물들이 평면이 아닌 것으로 형성된 것을 의미한다. 본 발명에 따른 형상화된 복합재 구조물의 어떤 실시예는 주어진 표면의 영역 내에서, 어떤 평면 방향과의 교차점이 선형이 아닌 것을 의미하는 복잡한 형상을 갖는 비 평면을 가질 수 있다.
도 2에는 형상화된 복합재 구조물을 형성하는 방법(50)에 대한 비배타적인 실시예를 나타내는 흐름도가 도시되어 있다. 도 3에서 도 13에는 하나 이상의 방법(50)을 수행하도록 형성된 툴(100)을 갖는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한, 툴과 툴의 구성 요소들에 대한 비배타적 실시예가 도시되어 있다. 방법(50)과 툴(100)은 형상기억합금 구조를 이용한다. 스마트(smart) 금속, 기억 금속, 기억 합금, 및/또는 스마트 합금으로서 나타낸 형상기억합금은 활성화된 온도 범위 내에서 가열될 때, 제1 비 변형 형태(또는 형상)에서 제2 변형된, 및 다른, 형태(또는 형상)로 변형되도록 형성된 금속의 유형이다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 형상기억합금은, 활성화된 온도 범위보다 낮은 온도 범위 내에서 가열될 때의 중간 형태(또는 형상)와 같은, 두 개 이상의 형태를 가질 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 일부 형상기억합금은, 형상기억합금을 각각의 형태로 변형되기 위해 작동하는 각각의 온도 범위를 갖는, 하나 이상의 활성화된 온도 범위를 포함하는 것으로서 형성될 수 있다. 일반적인 형상기억합금은 구리, 알루미늄, 그리고 니켈 함급과 니켈 및 티타늄 합금을 포함하나, 형상기억합금의 다른 실시예는 본 발명의 범위 내에 있으며, 방법(50) 및 툴(100)을 활용할 수 있다. 어떤 형상기억합금은 상대적으로 낮은 온도에서 마텐자이트(martensite) 상태로 존재하고 상대적으로 높은 온도에서는 오스테나이트(austenite) 상태로 존재하는 것으로서 설명될 수 있다. 상기 합금에서, 오스테나이트 상태는 활성화된 온도 범위 내에서 합금이 가열될 때 일어나는 것으로서 설명될 수 있다.
처음에 도 2의 흐름도와 도 3에서 도 5의 툴(100)의 개요도를 참고하면, 방법(50)은 흐름도의 배치 단계(52)로 표현된 것처럼, 형상기억합금 구조물(104)과 작동 관계에 있는 복합 재료 시트(102)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 그 다음으로, 배치 단계(52)에 이어서, 방법(50)은 흐름도에서 가열 단계(54)로 표현된 것처럼, 형상기억합금을 활성화된 온도 범위 내에서 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 가열 단계(54)는 도 2의 흐름도에서의 변형 단계(56)로 표현된 것처럼, 형상기억합금 구조를 제1 형태, 또는 비 변형된 형태(106)에서, 제2 형태, 또는 변형된 상태(108)로 변형시키는 결과를 야기하며, 도 2의 흐름도에서의 일치 단계(58)로 표현된 것과 같이, 복합 재료 시트(102)를 적어도 형상기억합금 구조물의 제2 형태(108)에 부분적으로 상응하는 필요한 형상(110)으로 일치시키는 단계를 야기한다. 어떤 실시예에서, 형상기억합금 구조물의 제2 형태는 복잡한 형상을 가지거나, 또는 형성할 수 있다. 원하는 형상을 갖는 복합 재료 시트의 일치된 구성은 일치된 복합 재료 시트(112)로서 표현될 수 있으며, 선택적으로 어떤 실시예에서, 원하는 형상은 복잡한 형상일 수 있다. 그 다음으로, 가열 단계(54)에 이어서, 흐름도에서 냉각 단계(60)로 나타낸 것과 같이, 방법(50)은 형상기억합금의 작동 온도 이하로 형상기억합금 구조물을 냉각하는 단계가 포함되며, 이를 통해, 도 2 흐름도의 변형(62) 단계로 나타낸 것과 같이, 형상기억합금 구조물이 제2 형태에서 제1 형태로 재 변형된다. 형상기억합금이 냉각 단계(62)의 결과로서, 제1 형태로 되돌아감에도 불구하고 복합 재료 시트는 시트의 원하는 형상(110)을 유지한다. 도 3에서 도 5에서, 형상기억합금 구조물(104)의 제1 형태와 복합 재료 시트(102)의 초기 배치는 일반적으로 평면과 같이 나타내며, 형상기억합금 구조물(104)의 제2 형태와 복합 재료 시트(102)의 원하는 형상은 일반적으로 사인(sine) 곡선과 같은 형상으로서 나타난다. 그러나, 상기 배치는 본 발명의 범위 내에 있고, 상기 배치가 필수적이진 않지만, 도면에서의 형상기억합금 구조물과 복합 재료 시트의 표현은 사실상 개략적이며, 형상기억합금의 변형 이전과 변형 과정, 그리고 변형 이후, 이로 인한, 복합 재료 시트가 형상기업합금 구조물의 제2 형태에 일치되기 이전과 일치되는 과정, 그리고 일치된 이후를 포함하여, 형상기억합금 구조물과 복합 재료 시트의 가능한 배치와 형상에 제한을 두지 않는다. 예를 들어, 언급된 바와 같이, 비록 필수는 아니지만, 형상기억합금 구조물의 제2 형태와 복합 재료의 원하는 형상은 복잡한 형상을 가지거나, 또는 형성할 수 있다.
일부 방법(50)에서, 가열(54)은 일치된 복합 재료(112)를 원하는 형상(110)으로 적어도 부분적으로 굳어지게 하거나, 또는 적어도 부분적으로 경화시킬 수 있다. 따라서, 냉각(60)시, 일치된 복합 재료 시트는 원하는 형상으로 남게되며, 일치되기 일전 상태로 다시 되돌아가거나, 풀어지지 않을 것이다.
가열(54)은 어떤 적절한 방식으로 수행될 수 있다. 그러므로 툴(100)은 형상기억합금 구조물을 제1 형태에서 제2 형태로 변형시키고 이를 통해 복합 재료(102)를 원하는 형상(110)에 일치시키기 위해 형상기억합금 구조물에 활성화된 온도 범위 내의 열을 가도록 형성된 열원(114)을 포함할 수 있다. 어떤 적합한 열원은 툴(100)에 통합될 수 있으며 방법(50)에 의해 활용될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 개략적이고 선택적으로 도시된 바와 같이, 열원은 형상기억합금 구조물(104)에 작동하도록 결합 된 하나 이상의 가열판(116)을 구비할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로서, 열원은 형상기억합금 구조물(104)에 포함되거나, 또는 적어도 부분적으로 내부에 내장된 하나 이상의 전기저항 발열체(118)를 구비할 수 있다. 툴(100)의 어떤 실시예에서, 형상기억합금 구조물(104)은 다수의 부영역(sub-regions)을 구비하는 것으로 나타낼 수 있으며, 열원(114)은 모든 다수의 부영역보다 더 적게 가열하도록 형성될 수 있다. 달리 말하면, 열원은 형상기억합금 구조물 부영역의 제1 일부분을 활성화된 온도 범위 이내로 가열하고 형상기억합금 구조물 부영역의 제2 일부분은 활성화된 온도 범위 이내로 가열하지 않도록 구성될 수 있다. 이러한 실시예는 도 3에 개략적으로 도시되어 있으며, 부영역(120)의 일부분은 열원과 관련되어 점선으로 선택적으로 도시되어 있다. 툴(100)의 일부 실시예에서, 부영역(120)은 내장된 전기저항 발열체(118)를 구비할 수 있으나; 그러나, 형상기억합금 구조물 부영역의 단지 일부분만을 선택적으로 가열하기 위한 다른 메커니즘(mechanism)이 또한 사용될 수도 있다.
일부 방법(50)에서, 가열(54)은 형상기억합금 구조물(104)의 부영역을 미리 정해진 순서로 연속적으로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 어떤 실시예에서, 툴(100)의 열원(114)은, 미리 정해진 순서로 형상기억합금 구조물의 미리 정해진 부영역을 연속적으로 가열하도록 형성될 수 있다. 상기 어떤 실시예에서, 부가적으로 툴(100)은 미리 정해진 순서로 부영역을 연속적으로 가열하기 위한 열원을 작동하도록 제어하기 위해 형성된 제어장치(122)를 구비할 수 있다. 상기 방법과 툴은 복잡한 형상, 또는 복잡하지 않은 형상의 형상화된 복합재 구조물(12)을, 복합 재료 시트(102)의 일치 단계(58) 시, 구겨짐 없이 형성하는데 유용할 수 있다. 제어장치(122)가 존재할 경우, 이는 어떤 적절한 형상을 취할 수 있으며 하나 이상의 컴퓨터와 소프트웨어를 구비할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터는 명령이 실행되면, 미리 정해진 순서로 형상기억합금 구조물의 미리 정해진 부영역을 연속적으로 가열하도록 열원을 제어하기 위해 컴퓨터에 지시하는 컴퓨터 실행 명령을 포함하는 저장 매체를 읽을 수 있는 비 일시적 컴퓨터(non-transitory computer)를 사용할 수 있다.
일부 방법(50) 및 일부 툴(100)과 관련되어, 열원(114)은 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 오토클레이브(autoclave) 또는 오븐(124,oven)을 구비할 수 있다. 따라서, 부가적으로 방법(50)은 오토클레이브 또는 오븐에 의해 수행되는 가열(54) 단계를 가진, 복합 재료 시트(102)와 형상기억합금 구조물(104)을 선택사양인 오토클레이브 또는 오븐에 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 방법(50)에서, 가열 단계(54)는 일치된 복합 재료(112) 시트를 경화시키는 단계를 포함하며, 그로 인해 복합 구조물이 경화되는 결과를 야기한다. 따라서, 어떤 툴(100)에서, 열원(114)은 형상기억합금을 활성화된 온도 범위 내로 가열하기 위해 형성되는 것뿐만 아니라, 복합 재료를 경화 온도 범위 내로 가열하도록 형성될 수도 있다. 비배타적 실시예와 같이, 형상기억합금의 일반적인 활성화된 온도 범위는 화씨 약 140도 정도이며, 반면 일반적인 복합 재료의 경화 온도 범위는 화씨 약 350도 정도 범위에 있을 수 있다;그러나, 형상기억합금과 복합 재료의 또 다른 실시예도 본 발명의 범위 내에 있다.
부가적으로 또는 대안으로서, 방법(50)은, 냉각 단계(60) 다음으로, 도 2의 경화 단계(64)에 개략적이고 선택적으로 도시된 바와 같이, 일치된 복합 재료 시트(112)를 경화시켜 결과적으로 경화된 복합 구조물을 형성하는 경화 단계를 추가로 포함할 수 있다. 어떤 상기 방법에서, 경화 단계(64)는 오토클레이브 또는 오븐(124) 내에서 수행될 수 있다. 어떤 방법에서, 형상기억합금 구조물은 일치된 복합 재료 시트와 함께 오토클레이브 또는 오븐 내에 위치할 수 있으며, 반면 다른 방법으로는, 형상기억합금 구조물이 먼저 일치된 복합 재료 시트에서 분리될 수 있으며, 일치된 복합 재료 시트는 형상기억합금 구조물 없이 오토클레이브 또는 오븐 내에 위치될 수 있다.
도 2의 고정 단계(66)로 개략적이고 선택적으로 도시된 바와 같이, 일부 방법(50)은 배치 단계(52) 다음으로 그리고 가열 단계(54) 이전에, 형상기억합금 구조물(104)에 대해 복합 재료 시트(102)를 고정하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 따라서, 툴(100)은 도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 열원이 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 내로 가열할 때, 형상기억합금에 대해 복합 재료 시트를 선택적으로 고정하도록 형성된 고정 구조물(126)을 선택적으로 구비할 수 있다. 비배타적 실시예로서, 고정 구조물(126)은 진공 결속 조립체(128,vacuum bagging assambly)를 구비할 수 있으며, 이를 통해 방법(50)에서의 고정 단계(66)는 복합 재료 시트를 형상기억합금에 진공으로 결속시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 진공 결속 조립체(128)는 복합 재료 시트 위에 작동하도록 배치하기 위한 가스 불침투성 유연한 재료 시트(130)를 구비할 수 있으며, 상기 가스 불침투성 유연한 재료 시트(130)는 형상기억합금 구조물 또는 복합 재료 시트에 대한 다른 구조물 및 형상기억합금 구조물에 대해 밀봉되어 있다. 진공 결속 조립체(128)는 또한 가스 불침투성 유연한 재료 시트와 형상기억합금 구조물 사이로부터 공기를 배출시키고, 따라서 복합 재료 시트와 형상기억합금 구조물 사이로부터 공기가 배출되고, 이를 통해 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물로 흡입시킴으로써 고정되도록 형성된 진공원(132)을 구비할 수 있다. 어떤 방법에서, 고정 단계(66)는 부가적으로 복합 재료 시트를 형상기억합금으로 촘촘히 밀착시키는 것으로 나타낼 수 있다.
도 3에 개략적으로 도시된 바와 같이, 어떤 툴(100)은 형상기억합금 구조물(104)과 지면 사이에서 작동하도록 결합되는 기계적 지연장치(134,mechanical imperder)를 선택적으로 구비할 수 있다. 기계적 지연장치 적용시, 기계적 지연장치는 형상기억합금 구조물의 제1 형태(106)에서 제2 형태로의 변형, 즉 변형된 형태(108)로의 변형에 저항하거나 또는 변형을 지연시킬 수 있다. 상기 툴(100)의 배치는 원하는 형상에 상응하는 제2 형태의 형성을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 비배타적 실시예에 있어서, 형상기억합금이 활성화된 온도 범위 내에서 가열될 때, 형상기억합금은 스프링과 유사하게 제1 더 긴 치수와 제2 더 짧은 치수로 수축될 수 있다. 기계적 지연장치 부재시, 제2 더 짧은 치수는 요구 치수보다 더 작을 수도 있다. 따라서, 기계적 지연장치는 선택, 또는 적용될 수 있으며, 결과적으로 형상기억합금 구조물의 요구되는 제2 형태를 야기할 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로서, 기계적 지연장치는 형상기억합금 구조물을 제1 형태에서 제2 형태로 변형되는 속도 제어를 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 복합 재료가 일치되는 특성에 따라서, 합성 수지의 점성은 변형단계가 적당한 속도로 제어되지 않으면, 형상기억합금 구조물을 알맞게 일치시켜 적층물로 만들어지는 것을 방해할 수 있다. 툴(100)에 활용될 수 있는 기계적 지연 장치의 비배타적 실시예는 유량 조절 밸브를 갖는 공기 실린더(air cylinder)를 구비할 수 있다.
기계적 지연 장치(134)를 선택적으로 구비한 툴(100)에 관련되어, 방법(50)은 복합 재료 시트(102)의 요구 형상(110)에 상응하는 것과 같은, 형상기억합금 구조물의 제2 형태(108)로의 변형을 제어하기 위해 형상기억합금 구조물(104)의 변형을 지연하는 단계가, 가열단계(54)와 동시에 선택적으로 포함되는 것으로 구성될 수 있다.
다음으로 도 6에서 도 8를 참조하면, 부가적으로 툴(100)의 비배타적 실시예가 툴(150)로 개략적으로 도시되어 있다. 툴(150)은 형상기억합금 구조물이 활성화된 온도 범위 내에서 가열되고 이를 통해 형상기억합금 구조물이 제2 형태(108)로 변형될 때, 복합 재료 시트(102)를 원하는 형상으로 협력하여 일치시키도록 형성된 제1 바디와 제2 바디를 구비한 기억형상합금 구조물(104)을 구비할 수 있다. 개략적으로 도시된 실시예에서, 형상기억합금 구조물의 제1 바디와 제2 바디는 복합 재료 시트의 양편에 마주하며 배치되고; 그러나, 상기 배치는 모든 툴(150)의 실시예에 필수적이진 않으며, 제1 바디와 제2 바디의 어떤 적절한 배치가 복합 재료 시트의 원하는 형상에 따라서 사용될 수 있다.
선택적인 툴(150)에 대하여 다시 도 2를 참고하면, 방법(50)의 배치 단계(52)는 가열 단계(43)시 복합 재료 시트를 원하는 형상으로 서로 협력하도록 배치된 제1 바디와 제2 바디 사이에 복합 재료 시트를 배치하는 단계를 포함할 수 있다.
다음으로 도 9에서 도 11를 참고하면, 툴(100)에 대한 추가적인 비배타적 실시예는 일반적으로 툴(160)로 개략적으로 도시되어 있다. 툴(160)은 형상기억합금 구조물이 제2 형태(108)로 변형될 때, 금형 배열로 구성되는 다수의 바디(162)를 구비한 형상기억합금 구조물(104)을 구비할 수 있다. 따라서, 툴(160)은 형상기억합금 구조물이 활성화된 온도 범위 내로 가열될 때, 복합 재료 시트(102)를 원하는 형상(110)으로 서로에 대해 일치시키기 위해 바디(162)를 작동하도록 변형하기 위한 형상기억합금 구조물을 운반하는 지지 구조물(166)을 가진 프레스(164,press)를 구비할 수 있다.
따라서, 선택적인 툴(160)에 대하여, 방법(50)은 다수의 바디(162)를 작동하도록 변형시키는 단계와, 총괄적으로 가열단계(54), 그리고 복합 재료 시트(102)를 원하는 형상으로 일치시켜 결과적으로 일치된 복합 재료 시트(112)로 일치시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 어떤 방법(50)에서, 작동하도록 변형시키는 단계는 가열 단계 다음으로 그리고 냉각 단계 이전에 수행될 수 있다. 다른 방법(50)에서, 작동하도록 변형시키는 단계는 가열 단계 이전에 수행될 수 있다.
어떤 툴(100)에서, 형상기억합금 구조물(104)은, 형상기억합금으로 구성되지 않은 기판(170,substrate)과 같이, 기판(170) 내에 작동하도록 배치될 수 있다. 도 12에서 도 13의 비배타적 실시예에서, 형상기억합금 구조물(104)의 네 개의 별개의 바디가 일반적으로 기판의 폭에 걸쳐있는 두 개의 바디와 기판 내에서 일정하게 이격되어 있는 두 개의 바디와 함께, 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 이러한 선택적인 배치는 단지 설명을 목적으로 적용된 것이며, 어떤 필요한 적절한 배치가 툴(100)에서의 실시예가 될 수 있다. 형상기억합금 구조물을 기판 내에서 작동하도록 배치하는 것은 형성된 형상화된 복합재 구조물의 원하는 형상에 따라 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 복잡하고 심지어 매우 복잡한 형상을 포함한, 다양한 형상은 기판(170) 내에서 형상기억합금의 선택적인 배치, 크기, 형태, 그리고 선정에 근거하여 복합 재료 시트에 주어질 수 있다. 형상기억합금이 활성화된 온도 범위 내에서 가열될 때, 형상기억합금은, 도 13에 도시된 바와 같이, 변형된 제2 형태(108)로 변형될 것이며, 반면 기판(170)은 변형되지 않는다.
부가적으로 또는 대안으로, 형상기억합금 구조물(104)은 하나 이상의 면에 형상기억합금으로 구성되지 않은, 고분자 재료와 같은 재료로 코팅될 수 있다. 예를 들어, 재료는 일치 단계(58)에서, 요구될 수 있는 바와 같이, 복합 재료 시트가 형상기억합금 구조물에 대해 적절하게 부착되거나, 부착되지 않거나, 또는 미끄러지거나, 미끄러지지 않는 것을 보장하는 것과 같이, 재료의 표면 특성을 위해 선정될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 형상기억합금 구조물(104)은 고분자 매트릭스(polymer matrix) 내에 포함되어, 그로 인해 스스로 섬유 강화 복합 재료를 구성하는, 섬유 구조로 구성될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 어떤 툴(100)과 방법(50)에서, 열원(114)은 형상기억합금 구조물 부영역을 활성화된 온도 범위 내로 선택적으로 가열하도록 형성될 수 있다. 상기 어떤 툴과 방법에서, 부영역은 요구되는 순서로 선택적으로 가열될 수 있다. 상기 어떤 툴과 방법에서, 모든 부영역보다 적은 것은 선택적으로 가열될 수 있다. 어떤 적절한 메커니즘(mechanism)이 이러한 기능성을 얻을 수 있도록 사용될 수 있다. 도 14에는 형상기억합금 구조물에서의 가능한 가열 위치의 매트릭스(matrix), 또는 그리드(grid)를 형성하는 열원을 가진, 형상기억합금 구조물과 관련된 열원(114)이 개략적으로 도시된다. 어떤 실시예에서, 전기저항 발열체의 그리드는 형상기억합금 구조물 내에 포함되거나, 또는 적어도 부분적으로 포함될 수 있다. 부가적으로 또는 대안으로, 가열판 또는 가열 패드(pad)는 형상기억합금 구조물에 대해 작동하도록 배치될 수 있으며, 상기 가열판 또는 가열 패드는 미리 정해진 패턴 및/또는 순서에 따라 형상기억합금 구조물을 선택적으로 가열하도록 형성된다. 또 다른 배치 또한 본 발명의 범위 내에 있다.
다음으로 도 15에서 도 16에서, 본 발명의 실시예는 도 15에 도시된 바와 같은 항공기 생산 및 서비스 방법(300) 단계와 도 16에 도시된 것처럼 항공기(10)로 나타내질 수 있다. 제작 준비 단계에서, 전형적인 방법(300)은 항공기(10)의 사양 및 설계(304)와 자재 조달(306)을 포함할 수 있다. 제작 단계에서, 구성요소 및 서브어셈블리 제조(308)와 항공기(10)의 시스템 통합(310)이 구성된다. 그 후, 항공기(10)는 인증 및 인도(312)를 거쳐, 서비스 중(314) 단계로 이어질 수 있다. 운영자에 의해 서비스 중일 때, 항공기(10)는 규칙적인 유지보수 및 점검(316)이 예정된다(또한 수정, 재구성, 재정비 등과 같은 것들이 포함될 수 있다).
방법(300)의 각각의 과정은 시스템 인테그레이터(system integrator), 제3자, 및/또는 운영자(예, 고객) 등에 의해 실행되거나 수행될 수 있다. 이러한 설명의 목적을 위해, 시스템 인테그레이터에는 많은 항공기 제조사와 주요 시스템 하청업체가, 제한 없이, 포함될 수 있으며;제3자에는 많은 판매업체와 하청업체 및 공급자가, 제한 없이, 포함될 수 있고;그리고 운영자에는 항공사, 임대차 회사, 군사 기업, 서비스 기관 등이 포함될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 전형적인 방법(300)에 의해 생산된 항공기(10)는 다수의 시스템(320)을 구비한 기체(318)와 내부(322)를 구비할 수 있다. 고수준 시스템의 예시는 하나 이상의 추진 시스템(324), 전기 시스템(326), 유압 시스템(328) 및 환경 시스템(330)이 포함된다. 다수의 다른 시스템이 또한 포함될 수 있다. 비록 항공우주 산업의 예시로 표현되었지만, 본 발명의 원리는 자동차 산업과 같은 다른 사업에 적용될 수 있다.
이곳에 개시된 장치 및 방법은 생산 및 서비스 방법(300) 단계 중 어느 하나 이상에 채용될 수 있다. 예를 들어, 생산 과정(308)에 상응하는 구성요소 또는 하위조립체는 항공기(10)가 서비스 중일 때, 구성요소 또는 생산된 하위조립체에 유사한 방식으로 제조 또는 제작될 수 있다. 또한, 공지된 이송 시스템과 방법은 기체(318)에 지지 구조물을 결합하는데 활용될 수 있다. 또한, 하나 이상의 장치의 실시예, 방법의 실시예, 또는 장치와 방법의 조합은 생산 단계(308,310), 예를 들어, 실질적으로 항공기(10)의 신속한 조립 또는 비용 절감에 활용될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 장치의 실시예, 방법의 실시예, 또는 장치와 방법의 조합은 항공기(10)가 운영중에, 예를 들어, 제한 없이, 유지보수 및 서비스(316)에도 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 발명 주제에 대한 비배타적 실시예는 다음의 열거된 단락들에서 설명된다.
A. 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법에는,
활성화된 온도 범위 내로 가열시 제1 형태와 제2 형태 사이에서 변형되도록 형성된 형상기억합금 구조물과 작동 관계에 있는 복합 재료 시트를 배치하는 단계와;
상기 배치 단계 다음으로, 형상기억합금을 활성화된 온도 범위 내로 가열시키는 단계로서, 가열 단계를 통해 형상기억합금이 제1 형태에서 제2 형태로 변형되며, 또한 이를 통해 복합 재료 시트가 적어도 부분적으로 제2 형태에 상응하는 원하는 형태에 일치되어 결과적으로 일치된 복합 재료 시트를 형성하는 가열단계; 및
상기 가열 단계 다음으로, 형상기억합금을 활성화된 온도 범위 아래로 냉각시키는 단계로서, 냉각 단계를 통해, 복합 재료 시트가 원하는 형상을 유지한 상태로, 형상기억합금이 제2 형태에서 제1 형태로 변형되는 냉각 단계를 포함하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A1. 단락 A의 방법에 있어서,
상기 형상기억합금 구조물에 제1 바디(body)와 제2 바디가 포함되고;
상기 배치 단계는 복합 재료 시트를 제1 바디와 제2 바디 사이에 배치하는 단계를 포함하며; 및
상기 제1 바디 및 제2 바디는 가열시 복합 재료 시트를 원하는 형상으로 협조적으로 일치시키도록 서로에 대해 배치시키는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A1.1. 단락 A1의 방법에 있어서, 상기 가열 단계가 오토클레이브(autoclave) 또는 오븐(oven)의 외부에서 수행되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A2. 단락 A에서 A1.1 중의 어느 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물에는 다수의 바디가 포함되며, 형상기억합금이 제2 형태로 변형될 때 상기 다수의 바디가 금형 배열을 형성하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A2.1. 단락 A2의 방법에 있어서, 상기 다수의 바디를 작동하도록 변형시키는 단계와, 가열 단계와 집합적으로, 복합 재료 시트를 원하는 형상에 일치시켜 일치된 복합 재료 시트를 형성하는 일치 단계가 추가로 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A2.1.1. 단락 A2.1의 방법에 있어서, 작동하도록 변형시키는 단계가 가열단계와 동시에 수행되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A2.1.2. 단락 A2.1의 방법에 있어서, 작동하도록 변형시키는 단계가 가열 단계 다음으로 그리고 냉각 단계 이전에 수행되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A2.1.3. 단락 A2.1의 방법에 있어서, 작동하도록 변형시키는 단계가 가열 단계 이전에 수행되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A3. 단락 A에서 A2.1.3 중의 어느 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물은 기판 내에 작동하도록 배치되며, 상기 기판이 선택적으로 형상기억합금으로 구성되지 않는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A4. 단락 A에서 A3 중의 어느 방법에 있어서, 가열 단계가 적어도 부분적으로 일치된 복합 재료 시트를 원하는 형상으로 형성시키는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A5. 단락 A에서 A4 중의 어느 방법에 있어서, 가열 단계에, 형상기억합금 구조물에 작동하도록 결합된 하나 이상의 가열판을 구비한, 형상기억합금 구조물을 가열하는 단계가 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A6. 단락 A에서 A5 중의 어느 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물은 내장된 전기저항 발열체를 포함하며, 상기 가열 단계가 하나 이상의 내장된 전기저항 발열체에 의해 수행되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A7. 단락 A에서 A6 중의 어느 방법에 있어서;
상기 복합 재료 시트와 형상기억합금 구조물을 오토클레이브 또는 오븐 내에 배치하는 단계와, 오토클레이브 또는 오븐에 의해 수행되는 상기 가열 단계를 추가로 포함하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A8. 단락 A에서 A7 중의 어느 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물에는 다수의 부영역이 구비되며, 가열 단계에 상기 모든 다수의 부영역보다 더 적게 가열하는 단계가 포함되는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A9. 단락 A에서 A8 중의 어느 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물에는 다수의 부영역이 구비되며, 상기 가열 단계에서 상기 다수의 부영역의 제1 일부분은 활성화된 온도 범위 내로 가열되지만, 다수의 부영역의 제2 일부분이 활성화된 온도 범위 내로 가열되지 않는 결과를 야기하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A10. 단락 A에서 A9 중의 어느 방법에 있어서, 상기 가열단계에는 형상기억합금의 부영역을 미리 정해진 순서로 연속적으로 가열하는 단계가 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A11. 단락 A에서 A10 중의 어느 방법에 있어서, 상기 가열 단계에 일치된 복합 재료 시트를 경화시켜, 경화된 복합재 구조물을 형성하는 단계가 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A12. 단락 A에서 A11 중의 어느 방법에 있어서:
냉각 단계 다음으로, 일치된 복합 재료 시트를 경화시켜, 경화된 복합재 구조물을 형성하는 단계가 추가로 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A12.1. 단락 A12의 방법에 있어서, 경화 단계는 일치된 복합 재료 시트를 경화 온도 범위 내로 가열하도록 형성된 오토클레이브 또는 오븐 내에서 수행되고, 상기 복합 재료가 경화 온도 내에서 경화되도록 형성된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A12.1.1. 단락 A12.1의 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물이 경화 단계시 오토클레이브 또는 오븐 내에 있지 않은 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A12.1.2. 단락 A12.1의 방법에 있어서:
경화 단계시 오토클레이브 또는 오븐 내에 일치된 복합 재료 시트와 형상기억합금을 배치하는 단계가 추가로 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A13. 단락 A에서 A12.1.2 중의 어느 방법에 있어서:
배치 단계 다음으로 그리고 가열 단계 이전에, 형상기억합금 구조물에 대해 복합 재료 시트를 고정하는 단계가 추가로 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A13.1. 단락 A13에 있어서, 고정 단계에 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물에 진공 결속하는 단계가 포함되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A13.2. 단락 A13에서 A13.1 중의 어느 방법에 있어서, 고정 단계에 복합 재료 시트와 형상기억합금 구조물 사이에 진공을 적용하는 단계가 포함되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A14. 단락 A에서 A13.2 중의 어느 방법에 있어서:
가열 단계와 동시에, 원하는 형상에 상응하는 제2 형태로의 변형 단계를 지연시키는 단계가 추가로 포함되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A15. 단락 A에서 A14 중의 어느 방법에 있어서, 제2 형태가 복잡한 형상을 형성하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A16. 단락 A에서 A15 중의 어느 방법에 있어서, 제1 형태가 대체로 평면이며, 선택적으로 평면인 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A17. 단락 A에서 A16 중의 어느 방법에 있어서, 일치된 복합 재료 시트가 복잡한 형상을 형성하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A18. 단락 A에서 A17 중의 어느 방법에 있어서, 복합 재료 시트가 하나 이상의 수치 침투 가공제(pre-preg) 복합 가닥을 구비하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A19. 단락 A에서 A18 중의 어느 방법에 있어서, 복합재 구조물이 항공기 구조물인 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
A20. 상기 항공기 구조물이 단락 A에서 A19 중의 어느 방법에 따라 형성된 형상화된 복합재 구조물을 포함하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
B. 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 툴에 있어서:
활성화된 온도 범위 내로 가열될 때, 제1 형태에서 복합 재료 시트의 원하는 형상에 상응하는 제2 형태로 변형되도록 형성되며, 상기 복합 재료 시트를 수용하도록 형성된 형상기억합금 구조물; 및
형상기억합금 구조물을 제1 형태에서 제2 형태로 변형시키고 따라서 복합 재료 시트를 적어도 부분적으로 형상기억합금의 제2 형태에 상응하는 원하는 형상에 일치시기 위해 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 내로 가열하도록 형성된 열원으로 구성된 툴.
B1. 단락 B의 툴에 있어서, 상기 형상기억합금 구조물과 작동하는 관계로 복합 재료 시트와 결합하는 툴.
B2. 단락 B에서 B1 중의 어느 툴에 있어서, 형상기억합금 구조물에는 제1 바디와 제1 바디에 관하여 배치된 제2 바디가 구비되며, 상기 제1 바디 및 제2 바디는, 형상기억합금 구조물이 활성화된 온도 범위 내로 가열되고 따라서 형상기억합금 구조물이 제2 형태로 변형될 때, 복합 재료 시트를 원하는 형상에 협조적으로 일치시키도록 형성된 툴.
B3. 단락 B에서 B2 중의 어느 툴에 있어서, 형상기억합금 구조물에는 다수의 바디가 구비되며, 형상기억합금 구조물이 제2 형태로 변형될 때 상기 다수의 바디가 금형 배열을 형성하는 툴.
B3.1. 단락 B3의 툴에 있어서, 형상기억합금 구조물이 활성화된 온도 범위 내로 가열될 때 복합 재료 시트를 원하는 형상에 일치시키기 위해 다수의 바디의 바디가 서로에 대해 변형되도록 형성된 툴.
B4. 단락 B에서 B3.1 중의 어느 툴에는:
기판이 추가로 구비되며, 상기 기판 내에는 형상기억합금 구조물이 작동하도록 배치되며, 상기 기판이 선택적으로 형상기억합금으로 구성되지 않은 툴.
B5. 단락 B에서 B4 중의 어느 툴에 있어서, 상기 열원에 형상기억합금 구조물과 결합된 하나 이상의 가열판이 구비된 툴.
B6. 단락 B에서 B5 중의 어느 툴에 있어서, 상기 열원에 형상기억합금 구조물에 내장되거나 또는 적어도 내부에 부분적으로 포함된 하나 이상의 전기저항 발열체가 구비된 툴.
B7. 단락 B에서 B6 중의 어느 툴에 있어서, 열원에 오토클레이브 또는 오븐이 포함되는 툴.
B8. 단락 B에서 B7 중의 어느 툴에 있어서, 형상기억합금 구조물에는 다수의 부영역이 포함되며, 상기 열원이 모든 다수의 부영역보다 더 적게 가열하도록 형성된 툴.
B9. 단락 B에서 B8 중의 어느 툴에 있어서, 형상기억합금 구조물에는 다수의 부영역이 포함되며, 상기 열원이 상기 다수의 부영역의 제1 일부분은 활성화된 온도 범위 내로 가열하고, 상기 다수의 부영역의 제2 일부분은 활성화된 온도 범위 내로 가열하지 않도록 형성된 툴.
B10. 단락 B에서 B9 중의 어느 툴에 있어서, 상기 열원이 형상기억합금의 부영역을 미리 정해진 순서로 연속적으로 가열하는 툴.
B11. 단락 B에서 B10 중의 어느 툴에 있어서:
상기 형상기억합금의 부영역을 미리 정해진 순서로 연속적으로 가열하기 위한 열원을 제어하도록 구성된 제어장치가 추가로 구비된 툴.
B12. 단락 B에서 B11 중의 어느 툴에 있어서:
상기 열원이 활성화된 온도 범위 내로 형상기억합금 구조물을 가열할 때, 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물에 대해 선택적으로 고정하도록 형성된 고정 구조물이 추가로 구비된 툴.
B12.1. 단락 B12에 있어서, 고정 구조물이 진공 결속 조립체를 구비한 툴.
B13. 단락 B에서 B12.1 중의 어느 툴에 있어서:
형상기억합금 구조물의 제1 형태에서 제2 형태로의 변형에 저항하도록 구성되며, 형상기억합금 구조물에 작동하도록 연결된 기계적 지연장치가 추가로 구비된 툴.
B14. 단락 B에서 B13 중의 어느 툴에 있어서, 제2 형태가 복잡한 형상을 형성하는 툴.
B15. 단락 B에서 B14 중의 어느 툴에 있어서, 제1 형태가 대체로 평면이며, 선택적으로 평면인 툴.
B16. 단락 B에서 B15 중의 어느 툴에 있어서, 복합 재료 시트가 하나 이상의 수치 침투 가공제(pre-preg) 복합 가닥을 구비하는 툴.
B17. 단락 B에서 B16 중의 어느 툴에 있어서, 형상화된 복합재 구조물이 항공기 구조물인 툴.
B18. 단락 B에서 B17 중의 어느 툴은 단락 A에서 A19 중의 어느 방법을 수행하도록 형성된다.
이곳에 사용된 바와 같이, 동작, 움직임, 구성, 또는 장치의 하나 이상의 구성요소 또는 특성의 다른 활동을 수정할 때, "선택적인(selective)" 그리고 "선택적으로(selectively)"의 용어는, 특정한 동작, 움직임, 구성, 또는 다른 활동이 장치의 하나의 실시예, 또는 하나 이상의 구성요소의 사용자 조작에 대한 직접적 또는 간접적 결과를 의미한다.
이곳에 사용된 바와 같이, "적합한(adapted)" 및 "형성된(configured)"의 용어는 요소, 구성요소, 또는 다른 주제가 주어진 기능을 수행하도록 계획되거나 및/또는 의도된 것을 의미한다. 따라서, "적합한" 및 "형성된"의 용어의 사용은 주어진 요소, 구성요소, 또는 다른 주제가 단순히 주어진 기능을 수행 "할 수 있는" 것이라는 의미가 아니라 요소, 구성요소, 및/또는 다른 주제가 기능 수행 목적을 위해 특정하게 선정되며, 창조되고, 시행되며, 활용되고, 프로그램되며, 및/또는 계획된 것으로 해석되어야 한다. 또한 부가적으로 또는 대안적으로 기능, 및 그 반대의 기능을 수행하도록 구성된 것으로 설명될 수 있는 특정 기능을 수행하도록 적용된 것으로서 인용된 요소, 구성요소, 및/또는 다른 인용된 주제는 본 발명의 범위 내에 있다. 유사하게, 주제는 부가적으로 또는 대안적으로 기능을 수행하도록 작동하는 것으로서 설명될 수 있는 특정 기능을 수행하도록 구성된 것으로서 인용된다.
또한, 본 발명은 다음 조항에 따르는 실시예를 포함한다.
조항 1. 형상화된 복합재 구조물을 형성하는 방법에는:
활성화된 온도 범위 내로 가열시 제1 형태와 제2 형태 사이에서 변형되도록 형성된 형상기억합금 구조물과 작동 관계에 있는 복합 재료 시트를 배치하는 단계와;
배치 단계 다음으로, 형상기억합금을 활성화된 온도 범위 내로 가열시키는 단계로서, 가열 단계를 통해 형상기억합금이 제1 형태에서 제2 형태로 변형되며, 또한 이를 통해 복합 재료 시트가 적어도 부분적으로 제2 형태에 상응하는 원하는 형태에 일치되어 결과적으로 일치된 복합 재료 시트를 형성하는 가열단계; 및
가열 단계 다음으로, 형상기억합금을 활성화된 온도 범위 이하로 냉각시키는 단계로서, 냉각 단계를 통해 복합 재료 시트가 원하는 형상을 유지한 상태로, 형상기억합금이 제2 형태에서 제1 형태로 변형되는 냉각 단계를 포함하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 2. 조항 1의 방법에 있어서,
상기 형상기억합금 구조물에 제1 바디와 제2 바디가 포함되고;
상기 배치 단계에는 복합 재료 시트를 제1 바디와 제2 바디 사이에 배치하는 단계가 포함되며; 및
상기 제1 바디 및 제2 바디가 가열시 복합 재료 시트를 원하는 형상으로 협조적으로 일치시키도록 서로에 대해 배치되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 3. 형상기억합금 구조물에 다수의 바디가 구비되며, 형상기억합금이 제2 형태로 변형될 때 상기 다수의 바디가 금형 배열을 형성하는 조항 1의 방법에 있어서:
상기 다수의 바디를 작동하도록 변형시키는 단계와, 가열 단계와 집합적으로, 복합 재료 시트를 원하는 형상에 일치시켜 일치된 복합 재료 시트를 형성하는 일치 단계가 추가로 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 4. 조항 1의 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물은 기판 내에 작동하도록 배치되며, 상기 기판이 선택적으로 형상기억합금으로 구성되지 않는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 5. 조항 1의 방법에 있어서, 가열 단계에서 일치된 복합 재료 시트를 적어도 부분적으로 원하는 형상으로 형성시키는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 6. 조항 1의 방법에 있어서, 가열 단계에 형상기억합금 구조물에 작동하도록 결합된 하나 이상의 가열판을 구비한 형상기억합금 구조물을 가열하는 단계가 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 7. 조항 1의 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물은 내장된 전기저항 발열체를 포함하며, 상기 가열 단계가 하나 이상의 내장된 전기저항 발열체에 의해 수행되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 8. 조항 1의 방법에 있어서:
가열 단계가 수행되는 오토클레이브 또는 오븐 내에 상기 복합 재료 시트와 형상기억합금 구조물을 배치하는 단계가 추가로 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 9. 조항 1의 방법에 있어서, 형상기억합금 구조물에는 다수의 부영역이 구비되며, 가열 단계에 상기 모든 다수의 부영역보다 더 적게 가열하는 단계가 포함되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 10. 조항 1의 방법에 있어서, 상기 가열단계에는 형상기억합금 구조물의 부영역을 미리 정해진 순서로 연속적으로 가열하는 단계가 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 11. 조항 1의 방법에 있어서, 상기 가열 단계에 일치된 복합 재료 시트를 경화시켜, 경화된 복합재 구조물을 형성하는 단계가 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 12. 조항 1의 방법에 있어서:
냉각 단계 다음으로, 일치된 복합 재료 시트를 경화시켜, 경화된 복합재 구조물을 형성하는 단계가 추가로 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 13. 조항 1의 방법에 있어서:
배치 단계 다음으로 그리고 가열 단계 이전에, 형상기억합금 구조물에 대해 복합 재료 시트를 고정하는 단계가 추가로 포함된 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 14. 조항 1의 방법에 있어서, 고정 단계에 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물에 진공 결속하는 단계가 포함되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 15. 조항 1의 방법에 있어서:
가열 단계와 동시에, 원하는 형상에 상응하는 제2 형태로의 변형 단계를 지연시키는 단계가 추가로 포함되는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 16. 조항 1의 방법에 있어서, 제2 형태가 복잡한 형상을 형성하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 17. 조항 1의 방법에 있어서, 제1 형태가 대체로 평면인 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 18. 조항 1의 방법에 있어서, 일치된 복합 재료 시트가 복잡한 형상을 형성하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 19. 형상화된 복합재 구조물을 형성하는 방법에 있어서:
활성화된 온도 범위 내로 가열시 제1 형태와 제2 형태 사이에서 변형되도록 형성된 형상기억합금 구조물과 작동 관계에 있는 복합 재료 시트를 배치하는 단계와;
배치 단계 다음으로, 형상기억합금 구조물에 복합 재료 시트를 진공 결속하는 단계가 포함된, 형상기억합금에 관하여 복합 재료 시트를 고정하는 단계;
배치 단계 다음으로, 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 내로 가열시키는 단계로서, 가열 단계를 통해 형상기억합금이 제1 형태에서 제2 형태로 변형되며, 또한 복합 재료 시트가 적어도 부분적으로 제2 형태에 상응하는 요구되는 형태에 일치되어 결과적으로 일치된 복합 재료 시트로 형성되며, 가열 단계에 적어도 부분적으로 일치된 복합 재료 시트를, 복잡한 형상의, 원하는 형상으로 형성시키는 가열 단계;
가열 단계 다음으로, 형상기억합금을 활성화된 온도 범위 이하로 냉각시키는 단계로서, 냉각 단계를 통해, 복합 재료 시트가 원하는 형상으로 유지된 상태로, 형상기억합금이 제2 형태에서 제1 형태로 변형되는 냉각 단계; 및
냉각 단계 다음으로, 일치된 복합 재료 시트를 경화시키는 단계로, 이를 통해 경화된 복합재 구조물을 형성하는 경화 단계를 포함하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
조항 20. 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 툴에:
활성화된 온도 범위 내로 가열될 때, 제1 형태에서 복합 재료 시트의 원하는 형상에 상응하는 제2 형태로 변형되도록 형성되며, 상기 복합 재료 시트를 수용하도록 형성된 형상기억합금 구조물과;
형상기억합금 구조물을 제1 형태에서 제2 형태로 변형시키고 따라서 복합 재료 시트를 적어도 부분적으로 형상기억합금의 제2 형태에 상응하는 원하는 형상에 일치시기 위해 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 내로 가열하도록 형성된 열원; 및
상기 열원이 활성화된 온도 범위 내로 형상기억합금 구조물을 가열할 때, 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물에 대해 선택적으로 고정하도록 형성된 고정 구조물이 구비된 툴.
이곳에 참고로 인용된 어떤 특허 문서가 본 출원의 인용되지 않은 발명이나 어떤 다른 인용된 특허 문서와 상반되는 의미로서 용어를 정의하는 경우, 인용되지 않은 본 출원의 발명은 본 출원에 대하여 제한할 것이며, 용어 또는 인용된 출원 문서에 사용된 것과 같은 용어는 오직 용어 또는 용어가 정의하는 문서에 대해 제한할 것이다.
이곳에 개시된 장치들의 다양한 개시된 구성요소와 방법의 단계는 본 발명에 따른 모든 장치와 방법에 요구되지 않으며, 본 발명은 이곳에 개시된 다양한 구성요소와 단계의 모든 새롭고 명확하지 않은 조합들 및 하위 조합들을 포함한다. 또한, 이곳에 개시된 하나 이상의 다양한 구성요소 및 단계는 모든 개시된 장치 또는 방법에서 분리되고 떨어진 독립된 발명 주제를 정의할 수 있다. 따라서, 상기 발명 주제는 특별히 이곳에 개시된 특정 장치와 방법과 관련되도록 요구되지 않으며, 상기 발명 주제는 특별하게 이곳에 개시되지 않은 장치 및/또는 방법의 유용성을 발견할 수 있을 것이다.
10 : 항공기 14 : 동체
16 : 섹션 18 : 날개
20 : 수평 안전판 22 : 수직 안전판
50 : 방법 52 : 배치 단계
54 : 가열 단계 56 : 변형 단계
58 : 일치 단계 60 : 냉각 단계
62 : 변형 단계 64 : 경화 단계
66 : 고정 단계 100 : 툴
102 : 복합 재료 시트 104 : 형상기억합금 구조물
106 : 제1 형태 108 : 제2 형태
110 : 형상 112 : 일치된 복합 재료 시트
114 : 열원 116 : 가열판
118 : 전기저항 발열체 120 : 부영역
122 : 제어장치 124 : 오토클레이브 또는 오븐
126 : 고정 구조물 128 : 진공 결속 조립체
130 : 가스 불침투성 유연한 재료 시트 132 : 진공원
134 : 기계적 지연장치 150 : 툴
160 : 툴 162 : 바디
164 : 프레스 166 : 지지 구조물
170 : 기판
300 : 항공기 생산 및 서비스 방법 304 : 사양 및 설계
306 : 자재 조달
308 : 구성요소 및 서브어셈블리 제조 310 : 시스템 통합
312 : 인증 및 인도 314 : 서비스 중
316 : 유지보수 및 점검 318 : 기체
320 : 시스템 322 : 내부
324 : 추진 시스템 326 : 전기 시스템
328 : 유압 시스템` 330 : 환경 시스템

Claims (15)

  1. 형상화된 복합재 구조물을 형성하는 방법에 있어서:
    활성화된 온도 범위 내로 가열시 제1 형태와 제2 형태 사이에서 변형되도록 형성된 형상기억합금 구조물과 작동 관계에 있는 복합 재료 시트를 배치하는 단계와;
    상기 배치하는 단계의 다음으로, 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 내로 가열시키는 단계로서, 가열시키는 단계를 통해 형상기억합금 구조물이 제1 형태에서 제2 형태로 변형되며, 또한 이를 통해 복합 재료 시트가 적어도 부분적으로 제2 형태에 상응하는 원하는 형태에 일치되어 결과적으로 일치된 복합 재료 시트를 형성하는, 가열시키는 단계; 및
    상기 가열시키는 단계의 다음으로, 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 이하로 냉각시키는 단계로서, 냉각시키는 단계를 통해 복합 재료 시트가 원하는 형상을 유지한 상태로, 형상기억합금 구조물이 제2 형태에서 제1 형태로 변형되는, 냉각시키는 단계를 포함하고,
    상기 형상기억합금 구조물은 기판 내에 작동하도록 배치되며, 상기 기판은 형상기억합금으로 구성되지 않은, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 형상기억합금 구조물에 제1 바디(first body)와 제2 바디(second body)가 포함되고;
    상기 배치하는 단계는 복합 재료 시트를 제1 바디와 제2 바디 사이에 배치하는 단계를 포함하며; 및
    상기 제1 바디 및 제2 바디가 가열시 복합 재료 시트를 원하는 형상으로 협조적으로 일치시키도록 서로에 대해 배치시키는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열시키는 단계에서 일치된 복합 재료 시트를 적어도 부분적으로 원하는 형상으로 형성시키는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열시키는 단계가 수행되는 오토클레이브 또는 오븐 내에 상기 복합 재료 시트와 형상기억합금 구조물을 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 형상기억합금 구조물에 다수의 부영역(sub-regions)이 구비되며, 상기 가열시키는 단계에 모든 다수의 부영역보다 더 적게 가열하는 단계가 포함되는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 가열시키는 단계는 형상기억합금 구조물의 부영역을 미리 정해진 순서로 연속적으로 가열하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 가열시키는 단계는 일치된 복합 재료 시트를 경화시켜, 경화된 복합재 구조물을 형성하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉각시키는 단계의 다음으로, 일치된 복합 재료 시트를 경화시켜, 경화된 복합재 구조물을 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배치하는 단계의 다음으로 그리고 상기 가열시키는 단계의 이전에, 상기 형상기억합금 구조물에 대해 복합 재료 시트를 고정하는 단계를 추가로 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 고정하는 단계는 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물에 진공 결속하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가열시키는 단계와 동시에, 원하는 형상에 상응하는 제2 형태로의 변형 단계를 지연시키는 단계를 추가로 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 제2 형태가 복잡한 형상으로 이루어져 있는, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1 형태가 평면인, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 방법.
  15. 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 툴에 있어서:
    활성화된 온도 범위 내로 가열될 때, 제1 형태에서 복합 재료 시트의 원하는 형상에 상응하는 제2 형태로 변형되도록 형성되며, 상기 복합 재료 시트를 수용하도록 형성된 형상기억합금 구조물과;
    상기 형상기억합금 구조물을 제1 형태에서 제2 형태로 변형시켜서 복합 재료 시트를 적어도 부분적으로 형상기억합금의 제2 형태에 상응하는 원하는 형상에 일치시키기 위해 형상기억합금 구조물을 활성화된 온도 범위 내로 가열하도록 형성된 열원; 및
    상기 열원이 활성화된 온도 범위 내로 형상기억합금 구조물을 가열할 때, 복합 재료 시트를 형상기억합금 구조물에 대해 선택적으로 고정하도록 형성된 고정 구조물을 포함하고,
    상기 형상기억합금 구조물은 기판 내에 작동하도록 배치되며, 상기 기판은 형상기억합금으로 구성되지 않은, 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 툴.
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