KR102577575B1

KR102577575B1 - 복합 구조물들을 접합하기 위한 방법들 및 시스템들

Info

Publication number: KR102577575B1
Application number: KR1020180141978A
Authority: KR
Inventors: 스티븐 도날드 블랜차드; 개리 디. 오크스; 아르네 케이. 루이스
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2023-09-11
Also published as: BR102018071112A2; EP3501806B1; TW201927525A; CN109927314A; TWI797173B; JP2019107884A; CN109927314B; ES2965858T3; CA3021355C; US11040496B2; BR102018071112B1; KR20190074207A; JP7231375B2; US20190184652A1; CA3021355A1; EP3501806A1

Abstract

복합 구조물들을 접합하는 방법은 제1 구조물 상의 접합 위치에 제2 구조물을 위치시키는 단계, 및 제1 진공 백이 접합 위치를 덮도록 제1 진공 백을 제1 구조물에 결합하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한, 제1 진공 백을 통해 제2 구조물에 제1 기계력을 유도하도록 제1 진공 백에 진공을 적용하는 단계를 포함한다. 제2 진공 백이 제2 구조물을 그리고 제1 진공 백의 적어도 일부를 덮도록 제2 진공 백이 제1 구조물에 결합된다. 이 방법은 제2 진공 백을 통해 제2 구조물에 제2 기계력을 유도하도록 제2 진공 백에 진공을 적용하는 단계를 더 포함한다.

Description

복합 구조물들을 접합하기 위한 방법들 및 시스템들{METHODS AND SYSTEMS FOR BONDING COMPOSITE STRUCTURES}

본 개시내용의 분야는 복합 재료들로 구성된 구조물들을 접합하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것으로, 특히 오토클레이브(autoclave) 밖에서 이러한 접합을 수행하기 위한 방법들 및 시스템들에 관한 것이다.

복합 재료들로 구성된 구조물들의 사용은 특히 항공기 기체들과 같은 그러한 애플리케이션들에서 인기가 높아져 왔으며, 여기서 이익들은 증가된 강도 및 강성, 감소된 중량 및 감소된 부품 수를 포함한다. 그러나 복합 구조물들은 손상되었을 때, 항공기를 이륙하지 못하게 할 수 있는 광대한 수리 작업을 종종 요구하며, 이로써 항공기의 지원 비용을 증가시킨다. 현재의 유지보수 프로시저들은 항공기가 비행을 재개할 수 있기 전에, 손상된 컴포넌트가 제거되고 교체될 것을 종종 요구한다.

적어도 일부 공지된 수리 및 접합 방법들은 대기압을 적용하여 경화 프로세스 중에 긴밀한 접촉을 제공하기 위해 진공 백(vacuum bag)의 사용을 이용한다. 복합 플라이(ply)들 사이의 에폭시가 경화될 때, 에폭시는 휘발성 유기 화합물들을 방출한다. 진공 하에서는, 진공 백 아래의 낮은 증기압으로 인해 이러한 탈가스(outgassing)가 증가한다. 추가로, 모재(parent) 복합 구조물인 항공기의 임의의 내재 수분도 또한 증발한다. 이러한 탈가스는 수용 불가능한 수준들의 다공성이 경화된 복합 플라이들 및/또는 접착제 접합 라인에 갇히게 할 수 있다. 너무 큰 다공성이 발생한다면, 경화된 복합재가 구조적으로 수용 불가능할 수 있다. 이후에, 수리 기술자들은 영향을 받은 모든 플라이들을 갈아냄으로써 이러한 모든 플라이들을 물리적으로 제거하고 접합 프로세스를 처음부터 시작해야 한다. 이는 부품의 복잡성 및 크기에 따라 몇 시간 또는 며칠이 소요될 수 있다.

적어도 일부 공지된 수리 및 접합 방법들은 오토클레이브 내의 압력 하에서 부품들을 경화하여 에폭시 수지들의 경화 동안 휘발성 물질들을 용해 상태로 유지하고 이에 따라 복합 부품들의 다공성을 방지한다. 그러나 오토클레이브들은 구입 및 운영 비용이 비싸고, 이들은 크기가 제한적이다. 마찬가지로, 오토클레이브들은 복합 구조물 또는 부품들에 대한 접합 수리들을 수행하는 데에는 거의 사용되지 않는다.

일 양상에서, 구조물을 접합하는 방법이 제공된다. 이 방법은 제1 구조물 상의 접합 위치에 제2 구조물을 위치시키는 단계, 및 제1 진공 백이 접합 위치를 덮도록 제1 진공 백을 제1 구조물에 결합하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한, 제1 진공 백을 통해 제2 구조물에 제1 기계력(mechanical force)을 유도하도록 제1 진공 백에 진공을 적용하는 단계를 포함한다. 제2 진공 백이 제2 구조물을 그리고 제1 진공 백의 적어도 일부를 덮도록 제2 진공 백이 제1 구조물에 결합된다. 이 방법은 제2 진공 백을 통해 제2 구조물에 제2 기계력을 유도하도록 제2 진공 백에 진공을 적용하는 단계를 더 포함한다.

다른 양상에서는, 복합 구조물 접합 시스템이 제공된다. 복합 구조물 접합 시스템은 접합 위치를 포함하는 제1 구조물, 및 접합 위치에서 제1 구조물에 결합하도록 구성된 제2 구조물을 포함한다. 복합 구조물 접합 시스템은 또한, 제1 구조물에 결합된 제1 진공 백을 포함한다. 제1 진공 백은 제1 진공 백에 진공이 적용될 때 제2 구조물에 제1 기계력을 가하도록 구성된다. 복합 구조물 접합 시스템은 제2 진공 백이 제2 구조물을 덮도록 제1 구조물에 결합된 제2 진공 백을 더 포함한다. 제2 진공 백은 제2 진공 백에 진공이 적용될 때 제2 구조물에 제2 기계력을 가하도록 구성된다.

논의된 특징들, 기능들 및 이점들은 다양한 실시예들에서는 독립적으로 달성될 수 있거나 또 다른 실시예들에서는 결합될 수 있는데, 이들의 추가 세부사항들은 다음 설명 및 도면들과 관련하여 확인될 수 있다.

본 발명은 다음 조항들에서 추가로 설명된다:

조항 1. 복합 구조물 접합 시스템(100)은: 접합 위치(110)를 포함하는 제1 구조물(102); 상기 접합 위치에서 상기 제1 구조물에 결합하도록 구성된 제2 구조물(104); 상기 제1 구조물에 결합된 제1 진공 백(106) ― 상기 제1 진공 백은 제1 진공 백에 진공이 적용될 때 상기 제2 구조물에 제1 기계력(F1)을 가하도록 구성됨 ―; 및 제2 진공 백(108)을 포함하며, 제2 진공 백은 제2 진공 백이 제2 구조물을 덮도록 상기 제1 구조물에 결합되고, 상기 제2 진공 백은 제2 진공 백에 진공이 적용될 때 상기 제2 구조물에 제2 기계력(F2)을 가하도록 구성된다.

조항 2. 조항 1의 복합 구조물 접합 시스템(100)으로서, 상기 제1 진공 백(106) 및 상기 제2 진공 백(108)은 제1 기계력(F1)과 제2 기계력(F2)을 동시에 가하도록 구성된다.

조항 3. 조항 1 또는 조항 2의 복합 구조물 접합 시스템(100)에서, 상기 제2 진공 백(108)은 상기 제1 진공 백이 적어도 부분적으로 대기로 통기된 후에 상기 제2 구조물(104) 및 상기 제1 진공 백(106)에 제2 기계력(F2)을 유지하도록 구성된다.

조항 4. 조항 1 내지 조항 3 중 어느 한 조항의 복합 구조물 접합 시스템(100)에서, 상기 제2 진공 백(108)은 상기 제2 구조물(104)의 전체 영역에 걸쳐 상기 제1 진공 백(106)과 접촉하여, 상기 제1 진공 백 및 상기 제2 구조물에 제2 기계력(F2)이 가해지도록 구성된다.

조항 5. 조항 1 내지 조항 4 중 어느 한 조항의 복합 구조물 접합 시스템(100)은, 상기 제1 진공 백(106)과 상기 제2 구조물(104) 사이에 위치된 가열 블랭킷(heating blanket)(128)을 더 포함한다.

조항 6. 조항 1 내지 조항 5 중 어느 한 조항의 복합 구조물 접합 시스템(100)에서, 상기 제1 진공 백(106)은 상기 제1 진공 백(106)과 상기 제1 구조물(102) 사이의 제1 체적(112)을 형성하며, 상기 제2 구조물(104)은 상기 제1 체적 내에 위치된다.

조항 7. 조항 1 내지 조항 6 중 어느 한 조항의 복합 구조물 접합 시스템(100)은, 상기 제1 진공 백(106)에 결합된 제1 프로브(116)를 더 포함하고, 상기 제1 프로브는 상기 제1 체적(112)을 진공 소스(118)와 유동 연통(flow communication)하게 선택적으로 결합시킨다.

조항 8. 조항 1 내지 조항 7 중 어느 한 조항의 복합 구조물 접합 시스템(100)에서, 상기 제2 진공 백(108)은 상기 제2 진공 백과 상기 제1 구조물(102) 그리고 상기 제1 진공 백(106) 사이에 제2 체적(122)을 형성하고, 상기 제2 구조물(104)은 상기 제1 진공 백과 상기 제1 구조물 사이에서 상기 제2 체적 외부에 위치된다.

조항 9. 조항 1 내지 조항 8 중 어느 한 조항의 복합 구조물 접합 시스템(100)에서, 상기 제1 프로브(116)는 상기 제2 진공 백(108)이 상기 제1 진공 백(106)에 결합될 때 상기 제2 체적(122) 외부에 위치된다.

조항 10. 조항 1 내지 조항 9 중 어느 한 조항의 복합 구조물 접합 시스템(100)은, 상기 제2 진공 백(108)에 결합된 제2 프로브(126)를 더 포함하고, 상기 제2 프로브는 상기 제2 체적(122)을 진공 소스(118)와 유동 연통하게 선택적으로 결합시킨다.

도 1은 제1 구조물, 제2 구조물 및 제1 진공 백을 예시하는 예시적인 복합 구조물 접합 시스템의 평면도이다.
도 2는 제2 진공 백을 추가로 예시하는, 도 1에 도시된 복합 구조물 접합 시스템의 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 복합 구조물 접합 시스템의 측단면도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 복합 구조물 접합 시스템을 사용하여 복합 구조물을 접합하기 위한 방법을 예시한다.

본 명세서에서 설명되는 구현들은 복합 구조물들을 결합하기 위한 방법들 및 시스템들을 포함한다. 이 방법은 제1 구조물 상의 접합 위치에 제2 구조물을 위치시키는 단계, 및 제1 진공 백이 접합 위치를 덮도록 제1 진공 백을 제1 구조물에 결합하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한, 제1 진공 백을 통해 제2 구조물에 제1 기계력을 유도하도록 제1 진공 백에 진공을 적용하는 단계를 포함한다. 제2 진공 백이 제2 구조물을 그리고 제1 진공 백의 적어도 일부를 덮도록 제2 진공 백이 제1 구조물에 결합된다. 이 방법은 제2 진공 백을 통해 제2 구조물에 제2 기계력을 유도하도록 제2 진공 백에 진공을 적용하는 단계를 더 포함한다. 제2 구조물에 기계력들 모두가 동시에 가해진 후, 제1 진공 백이 적어도 부분적으로 통기되어, 제2 구조물 상의 제1 진공 백으로부터 제1 기계력을 제거 또는 감소시키고 제2 구조물을 대기압에 노출시킨다. 제2 진공 백에는 진공이 유지되어, 제2 구조물에 대한 제2 기계력을 유지하면서 여전히 제2 구조물을 제1 체적 내에서 실질적으로 대기압에 노출시킨다. 경화 중에 제2 구조물을 대기압에 노출시키고 제2 진공 백에 의해 제공되는 압축력을 유지함으로써, 적어도 제2 구조물 내에서 경화 중에 형성된 휘발성 유기 화합물들이 용해 상태로 유지되고 증발 없이 제2 구조물로부터 제거될 수 있어, 제2 구조물 내의 다공성을 방지한다.

본 명세서에서 설명되는 복합 구조물 접합 시스템은 2개의 복합 구조물들을 서로 결합하기 위한 2차 접합 프로세스에 또는 손상된 구조물을 수리하는 데 사용된다. 이 시스템은 종래의 진공 백 경화들에서 낮은 증기압과 연관된 문제들 없이 대기 압축 압력의 사용을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 본 명세서에서 설명되는 복합 구조물 접합 시스템은 복합 구조물들을 낮은 증기압에 노출시키지 않고 복합 구조물들에 기계적 압력이 가해질 수 있게 한다. 이에 따라, 복합 구조물들 내의 다공성이 상당히 감소 또는 방지되어, 복합 구조물들의 구조적 무결성을 증가시키거나 유지한다. 추가로, 본 명세서에서 설명되는 복합 구조물 접합 시스템은 오토클레이브의 사용 없이 제1 구조물에 대해 부분적으로 경화된 또는 완전히 경화된 오토클레이브 품질 고온 접합 복합재 수리들을 야기하도록 설계된다. 이에 따라, 본 명세서에서 설명되는 복합 구조물 접합 시스템은 공지된 방법들과 비교하여 단축된 시간 범위 및 감소된 비용으로 임의의 크기 및 형상을 갖는 복합 구조물들의 결합을 야기한다.

도 1은 모재 구조물 또는 제1 구조물(102), 수리 구조물 또는 제2 구조물(104) 및 제1 진공 백(106)을 예시하는 예시적인 복합 구조물 접합 시스템(100)의 평면도이다. 도 2는 제2 진공 백(108)을 추가로 예시하는, 복합 구조물 접합 시스템(100)의 평면도이다. 도 3은 복합 구조물 접합 시스템(100)의 측단면도이다.

예시적인 실시예에서, 제1 구조물(102)은 항공기의 컴포넌트이다. 예를 들어, 제1 구조물(102)은 항공기 동체, 날개 또는 꼬리 날개 중 어느 하나이다. 더욱이, 예시적인 실시예에서, 제1 구조물(102)은 복수의 플라이들을 갖는 복합 재료(예컨대, 에폭시 수지에 매립된 탄소 또는 붕소 섬유들)로 형성되고, 수리를 필요로 하는 접합 위치(110)를 포함한다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 수리는 제1 구조물(102) 상에서 접합 위치(110)에 위치된 제2 구조물(104)을 사용하여 이루어질 것이다. 제1 구조물(102)과 유사하게, 제2 구조물(104)은 또한 소형화되고, 감량되며, 원위치에서 완전히 경화될 복합 재료로 형성된다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 복합 구조물 접합 시스템(100)은 손상된 복합 구조물을 수리하기 위한 수리 시스템으로서 사용될 수 있다. 추가로, 복합 구조물 접합 시스템(100)은 2개의 예비 경화된 복합 구조물들의 2차 접합에 사용될 수 있다.

도 1 - 도 3을 참조하면, 복합 구조물 접합 시스템(100)은 제1 진공 백(106)이 제2 구조물(104) 및 접합 위치(110) 전체를 덮도록 제1 구조물(102)에 결합된 제1 진공 백(106)을 포함한다. 보다 구체적으로, 제1 진공 백(106)은 제1 진공 백(106) 및 제1 구조물(102)에 의해 (도 3에 도시된) 제1 체적(112)이 형성되도록 제1 구조물(102)에 결합된다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제2 구조물(104)이 제1 체적(112) 내에 수용된다. 제1 진공 백(106)의 둘레는 제1 밀봉 메커니즘(114)에 의해 제1 구조물(102)에 밀봉되는데, 제1 밀봉 메커니즘(114)은 제2 구조물(104) 및 접합 위치(110)를 둘러싼다. 더욱이, 예시적인 실시예에서, 복합 구조물 접합 시스템(100)은 제1 진공 백(106)에 결합된 제1 프로브(116)를 포함한다. 제1 프로브(116)는 제1 진공 백(106)의 개구를 관통하며 제1 진공 백(106)의 제1 체적(112)을 호스(120)를 통해 진공 소스(118)와 유동 연통하게 선택적으로 결합시킨다.

예시적인 실시예에서, 복합 구조물 접합 시스템(100)은 또한, 제2 진공 백(108)이 제2 구조물(104)과 접합 위치(110) 전체 그리고 제1 진공 백(106)의 적어도 일부를 덮도록 제1 구조물(102)에 결합된 제2 진공 백(108)을 포함한다. 보다 구체적으로, 제2 진공 백(108)은 제2 진공 백(108), 제1 구조물(102) 및 제1 진공 백(106)에 의해 (도 3에 도시된) 제2 체적(122)이 형성되도록 제1 구조물(102)에 결합된다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제2 진공 백(108) 그리고 이에 따라 제2 체적(122)이 제2 구조물 전체를 덮는다. 그러나 제2 체적(122)은 제2 구조물(104)에 중첩하지만, 제2 구조물(104)은 제1 진공 백(106)과 제1 구조물(102) 사이에서 제2 체적(122) 외부에 위치된다. 보다 구체적으로, 제2 구조물(104)은 제1 진공 백(106)에 의해 제2 체적(122)으로부터 분리된다.

제2 진공 백(108)의 둘레는 제2 밀봉 메커니즘(124)에 의해 제1 구조물(102)에 밀봉되는데, 제2 밀봉 메커니즘(124)은 제2 구조물(104) 및 접합 위치(110)를 둘러싼다. 도 2 및 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 제2 밀봉 메커니즘(124)은 제1 진공 백(106)의 일부가 제2 진공 백(108)으로 덮이지 않은 채로 있도록 제1 진공 백(106)을 가로질러 부분적으로 연장한다. 보다 구체적으로는, 제2 진공 백(108)으로 덮이지 않은 채로 있는 제1 진공 백(106)의 일부는, 제2 진공 백(108)이 제1 구조물(102) 및 제1 진공 백(106)에 결합될 때 제1 프로브(116)가 제2 체적(122) 외부에 위치되도록 제1 프로브(116)를 포함한다.

더욱이, 예시적인 실시예에서, 복합 구조물 접합 시스템(100)은 제2 진공 백(108)에 결합된 제2 프로브(126)를 포함한다. 제2 프로브(126)는 제2 진공 백(108)의 개구를 관통하며 제2 진공 백(108)의 제2 체적(122)을 호스(120)를 통해 진공 소스(118)와 유동 연통하게 선택적으로 결합시킨다. 선택적으로, 제1 진공 백(106)과 제2 구조물(104) 사이에 가열 블랭킷(128)이 위치되어, 경화 중에 제1 구조물(102) 및 제2 구조물(104)에 열을 제공한다. 2차 접합 프로세스 중에 복합 구조물 접합 시스템(100)이 사용되는 상황들에서, 구조물들(102, 104) 및 진공 백들(106, 108)은 가열을 제공할 오븐 내부에 위치될 수 있다.

동작시, 제1 프로브(116)가 진공 소스(118)에 결합되며, 제1 체적(112)으로부터 공기를 제거하도록 제1 진공 백(106)에 진공을 적용하는 것을 가능하게 한다. 이러한 구성에서, 제1 진공 백(106)에 진공이 적용될 때, 제1 진공 백(106)은 제2 구조물(104)에 제1 기계력(F1)을 유도한다. 보다 구체적으로는, 제1 진공 백(106)이 제2 구조물(104)을 완전히 덮기 때문에, 제1 진공 백(106)은 제2 구조물(104)의 전체 영역에 제1 기계력(F1)을 가하는데, 즉 제1 진공 백(106)은 제2 구조물(104)의 전체 영역에 제1 기계력(F1)을 가하도록 제2 구조물(104)의 형상을 따른다. 예시적인 실시예에서, 제1 기계력(F1)은 제2 구조물(104)의 다공성 및 그에 따른 팽창을 방지하도록 제2 구조물(104)을 제1 구조물(102)로 가압하는 압축 또는 압밀력이다. 도 3은 제1 진공 백(106)과 제2 구조물(104) 사이의 갭을 예시하지만, 이는 단지 예시를 위한 것이며, 동작시 제1 진공 백(106)은 제2 구조물(104)과 직접(또는 선택적인 가열 블랭킷(128)을 통해 간접적으로) 접촉하여 제1 기계력(F1)을 가한다.

마찬가지로, 제2 프로브(126)가 진공 소스(118)에 결합되며, 제2 체적(122)으로부터 공기를 제거하도록 제2 진공 백(108)에 진공을 적용하는 것을 가능하게 한다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제2 진공 백(108)에 진공이 적용되는 한편, 제1 진공 백(106)은 또한 진공 하에 있다. 이러한 구성에서, 제2 진공 백(108)에 진공이 적용될 때, 제2 진공 백(108)은 제2 구조물(104)에 제2 기계력(F2)을 유도한다. 보다 구체적으로는, 제2 진공 백(108)이 제2 구조물(104)을 완전히 덮고 제1 진공 백(106)의 대부분을 덮기 때문에, 제2 진공 백(108)은 제1 진공 백(106)에 그리고 제2 구조물(104)의 전체 영역에 제2 기계력(F2)을 가하는데, 즉 제2 진공 백(108)은 제2 구조물(104)의 전체 영역에 제2 기계력(F2)을 가하도록 제2 구조물(104)의 형상을 따른다. 제1 기계력(F1)과 유사하게, 제2 기계력(F2)은 제2 구조물(104)의 다공성 및 그에 따른 팽창을 방지하기 위해 제2 구조물(104)을 제1 구조물(102)로 가압하도록 제1 기계력(F1)과 동일한 방향으로 작용하는 압축 또는 압밀력이다. 도 3은 제2 진공 백(108)과 제1 진공 백(106) 사이의 갭을 예시하지만, 이는 단지 예시를 위한 것이며, 동작시 제2 진공 백(108)은 제1 진공 백(106)과 직접 접촉하여 제2 구조물에 제2 기계력(F2)을 가한다.

예시적인 실시예에서, 제1 진공 백(106) 및 제2 진공 백(108)은 미리 결정된 양의 시간 동안 제1 기계력(F1) 및 제2 기계력(F2)을 각각 제2 구조물(104)에 동시에 적용한다. 시간 지속기간이 경과한 후에, 제1 체적(112) 및 제2 구조물(104)이 대기압에 노출되도록, 제1 진공 백(106)에 적용된 진공이 적어도 부분적으로 제거되어 제1 체적(112)을 통기시킨다. 이에 따라, 제1 기계력(F1)이 제2 구조물(104)로부터 적어도 부분적으로 제거된다. 일부 실시예들에서는, 제1 진공 백(106)이 대기압으로 완전히 통기된다. 다른 실시예들에서는, 제2 구조물(104)로부터 복수의 휘발성 유기 화합물들을 제거하는 것을 가능하게 하도록, 제1 진공 백(106)에 감소된 진공이 적용된다.

제2 진공 백(108)에 적용된 진공은 제1 진공 백(106)에 적용된 진공이 제거된 후에 유지된다. 이러한 구성에서, 제2 진공 백(108) 상에 진공을 유지하는 것은 제2 구조물(104)에 제2 기계력(F2)을 유지하면서 여전히 제2 구조물(104)을 제1 체적(112) 내의 대기압에 노출시킨다. 이에 따라, 제2 진공 백(108)이 압축 압력을 가하여 제2 구조물(104)의 다공성을 방지한다. 보다 구체적으로는, 경화 중에 제2 구조물(104)을 대기압에 노출시키고 제2 진공 백(108)에 의해 제공되는 압축력을 유지함으로써, 적어도 제2 구조물(104) 내에서 경화 중에 형성된 휘발성 유기 화합물들이 용해 상태로 유지되고 증발 없이 제2 구조물(104)로부터 제거될 수 있어, 제2 구조물(104) 내의 다공성을 방지한다.

도 4는 (도 2 및 도 3에 도시된) 복합 구조물 접합 시스템(100)을 사용하여 제1 구조물(102)과 같은 복합 구조물들을 접합하기 위한 방법(200)을 예시한다. 방법(200)은 제1 구조물(102)과 같은 제1 구조물 상의 접합 위치(110)와 같은 접합 위치에 제2 구조물(104)과 같은 제2 구조물을 위치시키는 단계(202)를 포함한다. 방법(200)은 제1 진공 백(106)과 같은 제1 진공 백이 접합 위치를 덮도록 제1 진공 백을 제1 구조물에 결합하는 단계(204)를 또한 포함한다. 결합하는 단계(204)는 제1 밀봉 메커니즘(114)과 같은 제1 밀봉 메커니즘으로 제1 진공 백을 제1 구조물에 밀봉하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 제1 진공 백과 제1 구조물이 결합하여 제1 체적(112)과 같은 제1 체적을 형성하는데, 이러한 제1 체적은 제1 진공 백이 제2 구조물을 덮도록 제2 구조물을 수용한다.

예시적인 실시예에서, 일단 제1 진공 백이 제1 구조물에 결합되면(204), 제1 진공 백을 통해 제2 구조물에 제1 기계력(F1)과 같은 제1 기계력을 유도하도록 제1 진공 백에 진공이 적용된다(206). 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제1 기계력은 제2 구조물을 제1 구조물 내로 또는 제1 구조물 쪽으로 압축시키는 압축력이다. 진공 적용 단계(206)는 소스(118)와 같은 진공 소스를 제1 프로브(116)와 같은 제1 프로브와 유동 연통하게 결합하는 단계를 포함한다. 제1 프로브는 제1 체적을 진공 소스와 유동 연통하게 결합하여, 제1 체적 내에서부터 공기를 제거하고 제2 구조물에 제1 기계력을 유도하는 것을 가능하게 한다.

방법(200)은 또한, 제2 진공 백(108)과 같은 제2 진공 백이 제2 구조물을 그리고 제1 진공 백의 적어도 일부를 덮도록 제2 진공 백을 제1 구조물에 그리고 제1 진공 백의 일부에 결합하는 단계(208)를 포함한다. 결합하는 단계(208)는 제2 밀봉 메커니즘(124)과 같은 제2 밀봉 메커니즘으로 제2 진공 백을 제1 구조물에 밀봉하는 단계를 포함한다. 더욱이, 결합하는 단계(208)는 제1 진공 백 상의 제1 프로브가 제2 진공 백으로 덮이지 않은 채로 계속 노출되도록 제2 진공 백을 제1 진공 백에 결합하는 단계(208)를 포함한다. 이에 따라, 제2 진공 백, 제1 구조물 및 제1 진공 백은 결합하여 제2 체적(122)과 같은 제2 체적을 형성한다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제2 진공 백은 제2 구조물 전체를 덮는다. 그러나 제2 구조물은 제2 체적 외부에 위치된다. 보다 구체적으로, 제2 구조물은 제1 진공 백에 의해 제2 체적으로부터 분리된다. 예시적인 실시예에서, 제2 진공 백이 제1 구조물에 결합되고(208) 제1 진공 백에 진공이 적용되는(206) 순서는 상호 교환 가능하다.

예시적인 실시예에서, 일단 제2 진공 백이 제1 구조물에 결합되면(208), 제2 진공 백을 통해 제2 구조물에 제2 기계력(F2)과 같은 제2 기계력을 유도하도록 제2 진공 백에 진공이 적용된다(210). 본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제2 기계력은 제2 구조물을 제1 구조물 내로 또는 제1 구조물 쪽으로 압축시키는 압축력이다. 진공 적용 단계(210)는 소스(118)와 같은 진공 소스를 제2 프로브(126)와 같은 제2 프로브와 유동 연통하게 결합하는 단계를 포함한다. 제2 프로브는 제2 체적을 진공 소스와 유동 연통하게 결합하여, 제2 체적 내에서부터 공기를 제거하고 제2 구조물에 제2 기계력을 유도하는 것을 가능하게 한다.

본 명세서에서 설명되는 바와 같이, 제2 진공 백이 제2 구조물뿐만 아니라 제1 진공 백도 덮기 때문에, 제2 기계력이 또한 제1 진공 백에도 적용된다. 추가로, 진공 적용 단계(210)는 두 진공 백들 모두에 동시에 진공이 적용되어 미리 결정된 양의 시간 동안 제2 구조물에 두 기계력들 모두를 동시에 가하도록, 제1 진공 백에 진공이 적용(206)된 후에만 수행된다.

방법(200)은 또한, 제2 구조물 상의 제1 진공 백으로부터 제1 기계력을 제거 또는 철회시키기 위해 제1 진공 백을 적어도 부분적으로 통기시키는 단계(212)를 포함한다. 통기시키는 단계(212)는 제1 진공 백의 제1 체적 내로의 공기가 제2 구조물을 대기압에 노출시킬 수 있게 하여, 휘발성 물질들이 용해 상태인 동안 제2 구조물로부터 복수의 휘발성 유기 화합물들을 제거하는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 통기시키는 단계(212)는 제2 진공 백에 진공이 적용(210)된 후에만 수행된다. 방법(200)은 또한, 제2 구조물에 제2 기계력을 유지하도록 제1 진공 백을 적어도 부분적으로 통기시킨 후에 제2 진공 백 상에서 진공을 유지하는 단계(214)를 포함한다. 이에 따라, 제1 진공 백이 적어도 부분적으로 통기되면(212), 제2 구조물로부터 제1 기계력이 제거된다. 그러나 제1 진공 백에 적용된 진공이 제거된 후에 제2 진공 백 상에서 진공을 유지하는 단계(214)는 제2 구조물에 대한 제2 기계력을 유지하면서 여전히 제2 구조물을 제1 체적 내에서 대기압에 노출시키게 한다. 경화 중에 제2 구조물을 대기압에 노출시키고(212) 제2 백에 의해 제공되는 압축력을 유지(214)함으로써, 적어도 제2 구조물 내에서 경화 중에 형성된 휘발성 유기 화합물들이 용해 상태로 유지되고 증발 없이 제2 구조물로부터 제거되어, 제2 구조물 내의 다공성을 방지한다.

선택적으로, 방법(200)은 또한, 제2 구조물을 덮도록 가열 블랭킷(128)과 같은 가열 블랭킷을 제1 진공 백 아래에 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 추가로, 방법(200)은 간결하게 하기 위해 여기서는 명시적으로 기술되지 않는 다른 단계들을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 이러한 단계들은 제2 구조물을 위치시키기 전에 접합 위치를 준비하는 단계, 제2 구조물 및 제1 구조물을 접합 위치에서 미리 결정된 시간 기간 동안 미리 결정된 온도로 경화하는 단계, 및 필요하다면 접합 위치에서 임의의 표면 마무리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 더욱이, 위치시키는 단계(202), 결합하는 단계(204), 적용하는 단계(206), 결합하는 단계(208), 적용하는 단계(210), 통기시키는 단계(212) 및 유지하는 단계(214) 각각은 오토클레이브 외부에서 수행되고 비행 라인 상의 항공기에 대해 직접 수행될 수 있다.

본 명세서에서 설명한 복합 구조물 접합 시스템은 종래의 진공 백 경화들에서 낮은 증기압과 연관된 문제들 없이 대기 압축 압력의 사용을 가능하게 한다. 보다 구체적으로, 본 명세서에서 설명되는 복합 구조물 접합 시스템은 제2 구조물 및 제1 구조물을 낮은 증기압에 노출시키지 않고 제2 구조물 및 제1 구조물에 기계적 압력이 가해질 수 있게 한다. 이에 따라, 복합 구조물들 내의 다공성이 상당히 감소 또는 방지되어, 복합 구조물들의 구조적 무결성을 증가시키거나 유지한다. 보다 구체적으로, 경화 중에 제2 구조물을 대기압에 노출시키고 제2 백에 의해 제공되는 압축력을 유지함으로써, 적어도 제2 구조물 내에서 경화 중에 형성된 휘발성 유기 화합물들이 용해 상태로 유지되고 증발 없이 제2 구조물로부터 제거될 수 있어, 제2 구조물 내의 다공성을 방지한다.

추가로, 본 명세서에서 설명되는 복합 구조물 접합 시스템은 오토클레이브의 사용 없이 제1 구조물에 대해 부분적으로 경화된 또는 완전히 경화된 오토클레이브 품질 고온 접합 복합재 수리들을 야기하도록 설계된다. 이에 따라, 본 명세서에서 설명되는 복합 구조물 접합 시스템은 공지된 방법들과 비교하여 단축된 시간 범위 및 감소된 비용으로 임의의 크기 및 형상을 갖는 복합 구조물들의 접합을 야기한다.

본 발명의 다양한 실시예들의 특정 특징들이 일부 도면들에 도시되고 다른 도면들에는 도시되지 않을 수 있지만, 이는 단지 편의를 위한 것이다. 본 발명의 원리들에 따라, 도면의 임의의 특징은 임의의 다른 도면의 임의의 특징과 결합하여 참조 및/또는 청구될 수 있다.

이러한 서면 기술은 최선 모드를 포함하는 다양한 실시예들을 개시하기 위해 그리고 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 임의의 자가 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제작하여 사용하고 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 포함하여 그러한 실시예들을 실시할 수 있게 하기 위해 예들을 사용한다. 특허 가능 범위는 청구항들에 의해 정의되고, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 생각나는 다른 예들을 포함할 수 있다. 그러한 다른 예들은, 그 예들이 청구항들의 문언들과 다르지 않은 구조적 엘리먼트들을 갖는다면, 또는 그 예들이 청구항들의 문언과 사소한 차이들을 갖는 동등한 구조적 엘리먼트들을 포함한다면, 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims

복합 구조물들을 접합하는 방법(200)으로서,
제1 구조물(102) 상의 접합 위치(110)에 제2 구조물(104)을 위치시키는 단계(202);
제1 진공 백(vacuum bag)(106)이 상기 접합 위치를 덮도록 상기 제1 진공 백을 상기 제1 구조물에 결합하는 단계(204);
상기 제1 진공 백을 통해 상기 제2 구조물에 제1 기계력(mechanical force)(F1)을 유도하도록 상기 제1 진공 백에 진공을 적용하는 단계(206);
제2 진공 백(108)이 상기 제2 구조물을 그리고 상기 제1 진공 백의 적어도 일부를 덮도록 상기 제2 진공 백을 상기 제1 구조물에 결합하는 단계(208);
상기 제2 진공 백을 통해 상기 제2 구조물에 제2 기계력(F2)을 유도하도록 상기 제2 진공 백에 진공을 적용하는 단계(210); 및
상기 제2 구조물(104) 상에서 상기 제1 기계력(F1)의 적어도 일부를 제거하기 위해 상기 제1 진공 백(106)을 적어도 부분적으로 통기시키는 단계(212)를 포함하는,
복합 구조물들을 접합하는 방법(200).
삭제
제1 항에 있어서,
상기 제1 진공 백(106)을 적어도 부분적으로 통기시키는 단계(212)는, 상기 제2 진공 백(108)에 진공을 적용하는 단계(210) 후에 상기 제1 진공 백을 적어도 부분적으로 통기시키는 단계를 포함하는,
복합 구조물들을 접합하는 방법(200).
제1 항에 있어서,
상기 제1 진공 백(106)을 적어도 부분적으로 통기시키는 단계(212)는, 상기 제2 구조물(104)을 대기압에 노출시키는 단계를 포함하는,
복합 구조물들을 접합하는 방법(200).
제1 항에 있어서,
상기 제2 구조물(104) 상에 상기 제2 기계력(F2)을 유지하도록, 상기 제1 진공 백(106)을 적어도 부분적으로 통기시키는 단계(212) 이후에 상기 제2 진공 백(108)의 진공을 유지하는 단계(214)를 더 포함하는,
복합 구조물들을 접합하는 방법(200).
제5 항에 있어서,
상기 제2 기계력(F2)을 유지하도록 상기 제2 진공 백(108)의 진공을 유지하는 단계(214)는, 상기 제1 진공 백(106)에 그리고 상기 제2 구조물(104)에 압축력을 유지하도록 상기 제2 진공 백(108)에 진공을 유지하는 단계를 포함하고,
상기 제1 진공 백을 적어도 부분적으로 통기시키는 단계(212)는, 상기 제2 구조물로부터 복수의 휘발성 유기 화합물들을 제거하는 것을 가능하게 하도록 상기 제2 구조물을 대기압에 노출시키는 단계를 포함하는,
복합 구조물들을 접합하는 방법(200).
제1 항에 있어서,
상기 제1 진공 백(106)을 상기 제1 구조물(102)에 결합하는 단계(204)는, 제1 밀봉 메커니즘(114)으로 상기 제1 진공 백을 상기 제1 구조물에 밀봉하는 단계를 포함하고,
상기 제2 진공 백(108)을 상기 제1 구조물(102)에 결합하는 단계(208)는, 제2 밀봉 메커니즘(124)으로 상기 제2 진공 백을 상기 제1 구조물에 밀봉하는 단계를 포함하는,
복합 구조물들을 접합하는 방법(200).
제1 항에 있어서,
상기 제1 진공 백(106)의 적어도 일부를 덮도록 상기 제2 진공 백(108)을 결합하는 단계(208)는, 상기 제1 진공 백 상의 제1 프로브(116)가 상기 제2 진공 백으로 덮이지 않도록 상기 제2 진공 백을 상기 제1 진공 백에 결합하는 단계를 포함하는,
복합 구조물들을 접합하는 방법(200).
제1 항에 있어서,
상기 제1 진공 백(106)과 상기 제2 구조물(104) 사이에 가열 블랭킷(heating blanket)(128)을 위치시키는 단계를 더 포함하는,
복합 구조물들을 접합하는 방법(200).
복합 구조물 접합 시스템(100)으로서,
접합 위치(110)를 포함하는 제1 구조물(102);
상기 접합 위치에서 상기 제1 구조물에 결합하도록 구성된 제2 구조물(104);
상기 제1 구조물에 결합된 제1 진공 백(106) ― 상기 제1 진공 백은 제1 진공 백에 진공이 적용될 때 상기 제2 구조물에 제1 기계력(F1)을 가하도록 구성됨 ―; 및
제2 진공 백(108)을 포함하며,
상기 제2 진공 백은 상기 제2 진공 백이 상기 제2 구조물을 덮도록 상기 제1 구조물에 결합되고,
상기 제2 진공 백은 제2 진공 백에 진공이 적용될 때 상기 제2 구조물에 제2 기계력(F2)을 가하도록 구성되며,
상기 제2 진공 백(108)은 상기 제1 진공 백이 적어도 부분적으로 대기로 통기된 후에 상기 제2 구조물(104) 및 상기 제1 진공 백(106)에 상기 제2 기계력(F2)을 유지하도록 구성되는,
복합 구조물 접합 시스템(100).
삭제
제10 항에 있어서,
상기 제2 진공 백(108)은 상기 제2 구조물(104)의 전체 영역에 걸쳐 상기 제1 진공 백(106)과 접촉하여, 상기 제1 진공 백 및 상기 제2 구조물에 상기 제2 기계력(F2)이 가해지도록 구성되는,
복합 구조물 접합 시스템(100).
제10 항에 있어서,
상기 제1 진공 백(106)은 상기 제1 진공 백(106)과 상기 제1 구조물(102) 사이의 제1 체적(112)을 형성하며,
상기 제2 구조물(104)은 상기 제1 체적 내에 위치되고,
상기 복합 구조물 접합 시스템(100)은 선택적으로, 상기 제1 진공 백(106)에 결합된 제1 프로브(116)를 더 포함하고,
상기 제1 프로브는 상기 제1 체적(112)을 진공 소스(118)와 유동 연통(flow communication)하게 선택적으로 결합시키는,
복합 구조물 접합 시스템(100).
제13 항에 있어서,
상기 제2 진공 백(108)은 상기 제2 진공 백과 상기 제1 구조물(102) 그리고 상기 제1 진공 백(106) 사이에 제2 체적(122)을 형성하고,
상기 제2 구조물(104)은 상기 제1 진공 백과 상기 제1 구조물 사이에서 상기 제2 체적 외부에 위치되며,
선택적으로, 상기 제1 프로브(116)는 상기 제2 진공 백(108)이 상기 제1 진공 백(106)에 결합될 때 상기 제2 체적(122) 외부에 위치되는,
복합 구조물 접합 시스템(100).
제14 항에 있어서,
상기 제2 진공 백(108)에 결합된 제2 프로브(126)를 더 포함하고,
상기 제2 프로브는 상기 제2 체적(122)을 진공 소스(118)와 유동 연통하게 선택적으로 결합시키는,
복합 구조물 접합 시스템(100).