KR20100106623A - 항공기용 동체 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 수직 방향의 다수의 횡방향 늑재(7)와 수평 방향의 다수의 종방향 늑재(8)로 강화된 외피(1)를 포함하고, 상기 외피는 창틀(6)을 각각 포함하는 다수의 창(5)들을 구비하는 구성으로 된, 항공기의 동체 구조체에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 동체의 선체(hull)에 마련되는 투시 개구 혹은 접근 개구의 크기와 배치 모두를 자유롭고 융통성 있게 선정할 수 있도록 하기 위해, 적어도 하나의 횡방향 늑재(7)는, 그 횡방향 늑재가 창틀(6)의 상부 부분(9)과 창틀(6)의 하부 부분(10)에서 끝맺음될 수 있도록, 창(5)의 창틀(6)을 거쳐 지나며 연장되게 한 구성이 마련된다.

Description

항공기용 동체 구조체{FUSELAGE STRUCTURE FOR AIRPLANE}

본 발명은 기압 유지 캐빈이 다수의 창 및 또는 접근 개구를 구비하는 항공기의 동체 구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 항공기용 동체 구조체에 관한 것으로, 여기에만 국한되는 것은 아니다.

항공기의 동체 구조체는 기본적으로는 내측이 횡방향 늑재(rib)(틀(former)이라고도 함)와 종방향 늑재(세로보 또는 종재(stringer)라고도 함)로 강화된 쉘 또는 외피로 구성된다. 더 구체적으로는, 기압 유지 캐빈의 경우에 있어서, 항공기의 쉘은 비행 운동에 의한 응력을 겪는 외에도 운항 중의 비행 고도와 지상 압력 간의 차이에 의해서 발생하는 압력 변동에 의한 응력도 겪게 된다. 이에 따라 상기 쉘, 즉 외피는 전체적으로는 다수의 응력 변화를 겪게 된다. 이에 따라 외피는 그 전체가 다수의 응력 변화를 겪게 된다. 쉘에 가해지는 주 응력은 원주 방향으로 발생하고, 그에 따라 이들 힘은 특히 횡방향 늑재가 받아들여야 한다. 따라서, 현재의 항공기 동체에 있어서, 횡방향 늑재는 어떤 지점에서도 중단됨이 없이 항공기 동체의 전체 원주에 걸쳐서 연장된다.

이러한 종류의 항공기 동체의 일례가 독일 특허 DE3900167호에 개시되어 있다. 여기에 개시된 종래 기술에 따른 항공기 동체는 종방향과 횡방향으로 정렬된 힘 요소들에 의해 강화된 쉘로 대표된다. 이 쉘은, 서로 연결되어서 전체 표면적에 걸쳐서 힘을 전달하게 되는 중단되지 않은 외부 부재 및 내부 부재로 구성되고, 여기서 내부 부재는 외부 부재의 형상을 취하도록 하며, 웹(web)들이 힘 요소들을 따라서 놓이게 되는 그리그 구조를 포함하도록 하고 있다.

캐빈 창들이 위치되는 부분은 동체의 또 다른 중요한 영역을 형성한다. 동체 쉘에 창으로 인해 고유하게 야기되는 잘라내어진 부분으로 인해서, 그 지점들에서는 지지 외피의 단면이 감소하고, 그에 따라 그에 상응한 강화가 필요하게 된다. 서두에서 언급한 종류의 공지의 항공기에 있어서, 이음부(seam)는 항상 창 영역의 외측에 배열된다. 이는 다른 한편으로는 창과 같은 투시 또는 접근 개구들이 항상 2개의 횡방향 늑재들 사이에 놓여져야 한다는 것을 의미하는 것이다. 이에 의해 창을 배열하는 여러 가지 가능성들이 감소되고, 창들은 인접하는 2개의 횡방향 늑재들 사이의 거리만큼으로 미리 정해져 있는 소정의 크기를 넘어서는 안 된다. 비용을 절감하고 중량을 줄일 수 있는 여러 가능성들도 소용없다.

따라서, 본 발명의 목적은 동체 쉘에 형성하는 투시 또는 접근 개구들의 크기와 배열 모두가 자유롭고 융통성 있게 선정될 수 있도록, 항공기의 동체 쉘을 설계하는 데 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 특징을 갖는 동체 구조체에 의한 본 발명에 따라서 달성된다. 양호한 실시예들은 종속 청구항들에서의 청구 대상을 형성한다.

본 발명의 근간을 이룬 기술 사상은 창틀을 동체 구조체의 왜곡 변형을 방지하는 강화재의 일부로서 사용하고, 원주 방향 힘들의 일부를 창 개구 둘레로 작용하게 하는 것이다. 이에 의하면 하중과 힘이 동체 구조체 안에 최적으로 도입되게 된다.

본 발명에 따른 항공기의 동체 구조체는, 수직 방향으로 정렬된 다수의 횡방향 늑재와 수평 방향으로 정렬된 다수의 종방향 늑재로 강화되는 외피를 구비하는 것으로서, 상기 외피는 창틀을 각각 포함하는 다수의 창들을 구비하되, 적어도 하나의 횡방향 늑재는 창틀의 상부 부분과 창틀의 하부 부분에서 종료되도록 창의 창틀을 거쳐 지나며 연장되는 것을 특징으로 한다.

바람직하기로는, 본 발명에 따른 동체 구조체는 다음과 같은 특징들 중 하나를 추가 특징으로서, 혹은 기술적으로 바람직한 경우에는 다음과 같은 특징들 다수를 추가 특징으로서 취한다.

- 횡방향 늑재와 창틀 사이의 전이부는 횡방향 늑재의 분지부를 포함하고, 상기 분지부에서는 횡방향 늑재와 창틀이 삼각형부를 형성하게 되는 것;

- 횡방향 늑재의 높이가 창틀의 높이에 해당하는 것; 그리고

- 적어도 4개의 경사진 틀(former)이 창틀(window frame)로부터 소정 거리만큼 연장하는 것.

이에 의하면, 창들 사이의 늑재들이 생략될 수 있으면 특히 유리하다. 2개의 인접하는 창들 사이의 사이 공간은 다른 목적을 위해 사용될 수 있는데, 일례로 기후 제어 시스템용의 케이블과 선들을 배치하기 위한 것으로 사용할 수 있다. 더욱이, 본 발명이 적용되면, 제조를 단순화시킬 수 있으며, 구조 중량을 더 적게 하는 것이 가능해진다.

본 발명의 또 다른 특징들과 이점들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 양호한 실시예에 대한 아래의 설명으로부터 명백히 파악될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 배치된 늑재들이 마련된 다수의 창을 구비하는 항공기 동체의 외피의 한 부분을 사시도로 도시하는 도면이다.

도 1은 외피(1)를 갖춘 항공기의 동체 구조체를 도시하고 있다. 도시된 항공기의 동체 구조체는 다수의 세그먼트 또는 구성요소들로 이루진다. 여러 구성요소들 중에서 상부 셀 구성요소(2), 하부 셀 구성요소(3), 및 창 세그먼트(4)가 도시되어 있다. 창틀(6)을 각각 구비하는 다수의 창(5)들은 창 세그먼트(4)에 배치된다.

항공기를 조립할 때에, 창 세그먼트(4)는 하부 쉘 구성요소(3) 상에 배치되고, 결국 상부 쉘 구성요소(2)는 상기 창 세그먼트 위에 배치된다. 구성요소(2, 3, 4) 부분들은 수직 방향으로 정렬된 다수의 횡방향 늑재(7)에 의해 서로 연결된다. 앞에서 설명한 바와 같이, 횡방향 늑재(7)들은 구성요소(2, 3, 4) 부분들을 서로에 대해 고정시키는 역할을 하며, 항공기의 외피(1)에 작용하는 하중력들을 받아들이는 역할을 한다. 항공기의 외피는 상기 횡방향 늑재(7)들 이외에도 수평 방향으로 정렬된 다수의 종방향 늑재(8)들에 의해서도 강화된다.

종래 기술에서는 횡방향 늑재(7)들이 창(5)을 넘어 지나서(past) 측면에서 안내되었는데, 이는 늑재들이 창과 같은 높이에서 중단됨으로 인해서 동체의 기계적 지탱 능력이 열화되지 않도록 한 것이긴 하다. 반면에, 본 발명에 따르면, 늑재(7)들은 창틀(6)이 늑재(7)와 일체가 되도록 창틀(6)을 거쳐 지나며(through) 안내된다. 상세하게 설명하면, 이는 상부 쉘 구성요소(2)로부터 이어져 나온 횡방향 늑재(7)가 창틀(6)의 상부 부분(9)에서 끝맺는다는 것을 의미한다. 마찬가지로, 하부 쉘 구성요소(3)로부터 이어져 나온 늑재(7)는 창틀(6)의 하부 부분(10)에서 끝맺게 된다. 이와 같은 방식에 의하면, 늑재(7)가 창(5)의 창틀(6)을 거쳐 지나며 연장하게 되어, 그 늑재가 하부 쉘 구성요소(2)와 하부 쉘 구성요소(3)를 서로 연결시켜서 창 세그먼트(4)를 완성하게 된다.

더 상세하게 설명하면, 횡방향 늑재(7)와 창틀(6) 사이의 전이부(transition)는 횡방향 늑재의 분지부(11)를 포함한다. 상기 분지부(11)의 2개의 암은 창틀(6)에 고착되고, 그에 따라 상기 분지부(11)의 암들과, 창틀의 상부 부분(9)과, 창틀의 하부 부분(10)에 의해서 삼각형부(12)가 형성된다. 이와 같은 방식에 의하면, 늑재(7)에 의해 작용되는 힘들은 창틀에 최적으로 도입될 수 있게 된다. 상부 쉘 구성요소(2)와 같은 높이의 늑재(7) 및 하부 쉘 구성요소(3)와 같은 높이의 늑재(7) 각각과 창틀(6) 간의 전이부의 정확한 형상은 인체 공학적 최적화 과정을 통해서 결정될 수 있다.

외피(2) 위의 횡방향 늑재(7)의 높이는 외피 위의 창틀(6)의 높이와 대응된다는 것은 분명하다. 이는 2개의 구성요소들의 높이가 동일 또는 일치해야 하는 것을 자동적으로 의미하는 것은 아니다. 늑재(7)와 창틀에 의해 취해지는 힘들이 동일해지도록 하는 것만큼은 필요하다. 창틀(6)의 두께와 늑재(7)의 두께 각각은 늑재의 높이 및 창틀의 높이를 결정하는 데 영향을 미칠 수 있다.

특히 창틀(6)의 두께가 어떤 방식으로든지 증가되어서는 안 되고 그래서 늑재(7)의 하중 지지 능력에 부합될 수 없는 경우에, 본 발명의 특별한 실시예에 있어서는, 경사진 늑재(rib), 경사진 틀(frame), 또는 강화 지주(stay)(13)들이 창틀(6)을 지지하도록 마련된다. 이들 경사진 틀(13)들은 또한 전단 하중을 전달하는 데에도 도움이 된다. 그 틀들의 길이는 그들이 취할 하중에 따라서, 그리고 상기 경사진 틀 아래의 외피의 두께에 따라서 달라지는데, 이러한 것은 상기 파라미터들에 따라서 마찬가지로 달라지는 경사진 틀의 형상과 폭에 대해서도 적용된다. 도 1의 도면에서 중간 창을 예로 보이고 있는 경우에 있어서, 경사진 틀(13)은 끝을 예리하게 가늘게 한 형태로 도시되어 있다. 창틀과 관련한 경사진 틀(13)의 개수와 위치도 역시 힘 도입과 관련된 상태에 따라 달라지는 것이고, 그러므로 4개 이상의 많은 경사진 틀(13)들을 마련할 수도 있다. 개수, 두께, 위치와 같은 3개의 파라미터들 모두도 마찬가지로 인체 공학적 최적화 과정의 대상이 된다.

본 발명은 쉘 구성요소(2, 3) 및 창 세그먼트용으로 특정 재료를 국한시키지 않는다. 따라서, 구성요소 부재들의 재료는 알루미늄이 될 수 있고, 늑재(7, 8)와 창틀(6)은 바람직하기로는 리벳 연결에 의해 쉘 구성요소(2, 3)에 고정되게 연결시킬 수 있는 것이 좋다. 그러나 그 재료들은, 마찬가지로 바람직하기로는, 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP: carbon fibre reinforced plastic) 또는 유리 섬유 강화 플라스틱(GFP: glass fibre reinforced plastic)과 같은 섬유 강화 플라스틱으로 할 수도 있다. 당해 기술 분야의 숙련인들이라면 이와 다른 변경에도 익숙할 것이다.

사용된 재료에 따라서, 늑재(7)의 각 부분들 사이의 전이부에서의 연결 형태도 바꿀 수 있다. 도 1에는 3개의 다른 형태의 전이부들이 도시되어 있다.

도 1의 좌측에 있는 제1 실시예의 창에 있어서, 창 세그먼트(4) 위의 늑재(7)와, 상부 쉘 구성요소(2) 위의 늑재 부분 및 하부 쉘 구성요소(4) 위의 늑재 부분 각각과의, 사이의 경사진 전이부는 늑재(7)가 일례로 알루미늄으로 구성된 경우에 선택된 것으로, 그 늑재 부분들은 서로 용접된다. 도 1의 중간에 있는 창에 있어서, 창 세그먼트(4) 상의 늑재(7)는 상부 쉘 구성요소(2)와 하부 쉘 구성요소(4) 상의 늑재 부분에 각각 리벳(14)으로 고정된다. 이 기술은 늑재(7)들이 섬유 강화 플라스틱으로 만들어진 경우에 바람직하게 사용될 수 있다. 더욱이 늑재(7)는 2개의 평행한 개별 부품들로 만들어져서 하나의 완성된 유닛으로서 외피 상에 배치될 수 있다. 이에 의하면 창틀(6)은, 도 1에서 우측에 예시한 창에서 도시한 바와 같이, 늑재의 2개의 평행한 개별 부품들 사이의 한 지점에 형성된다. 이 기술도 늑재가 섬유 강화 플라스틱으로 만들어진 경우에 특히 적합하다.

대형 항공기가 층층이 다수의 객실 층을 갖추고 그에 대응하는 창 열을 구비하는 경우에도, 그 모든 열의 창에 본 발명을 유리하게 적용시킬 수 있다.

본 발명의 특별한 이점은 창들 사이에 늑재를 없앰으로써 얻어진 공간을 서플라이 라인(supply line) 배치용 공간으로 사용할 수 있다는 것이다. 따라서, 종래에 늑재에 의해 서로 분리되어 있던 2개의 서플라이 튜브(supply tube)의 경우를 예로 들어 보면, 그 2개의 서플라이 튜브 모두에 대해서 절연부를 공동으로 사용할 수 있고, 이에 의해 또 다른 추가 이점들이 생긴다. 혹은, 일례를 들자면 특히 환기에 유리할 수 있게 더 많은 체적의 유량이 도달할 수 있도록 서플라이 튜브의 단면을 확장시키는 것도 가능하다.

이상의 설명으로부터 바로 명백히 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 매 창마다 하나의 늑재로 한정하는 것이 아니다. 나란히 연장되는 2개의 늑재가 하나의 동일 창의 창틀에서 끝맺음되거나 혹은 그 늑재들의 연장 경로에서 일체가 되게 할 수 있다는 것도 명백히 알 수 있다. 이에 따라, 종래 기술에서는 2개의 인접한 늑재들 사이의 거리에 의해서 창들의 최대 너비가 미리 결정되는 제한이 있었지만, 본 발명에서는 그러한 제한이 더 이상 없게 되는 바람직한 결과가 달성된다. 본 발명에서는 창의 너비가 늑재의 경로와 무관하게 선정될 수 있어서, 창의 너비가 일례로 2개의 늑재 간격 또는 심지어는 3개의 늑재 간격에까지 이를 수 있다.

1: 외피
2: 상부 쉘 구성요소
3: 하부 쉘 구성요소
4: 창 세그먼트
5: 창
6: 창틀
7: 횡방향 늑재
8: 종방향 늑재
9: 창틀의 상부 부분
10: 창틀의 하부 부분
11: 횡방향 늑재의 분지부
12: 삼각형부
13: 경사진 틀, 또는 강화 지주
14: 리벳

Claims (4)

1. 수직 방향으로 정렬된 다수의 횡방향 늑재(7)와 수평 방향으로 정렬된 다수의 종방향 늑재(8)로 강화되는 외피(1)를 구비하고, 상기 외피는 창틀(6)을 각각 포함하는 다수의 창(5)들을 구비하는 구성으로 된, 항공기의 동체 구조체에 있어서,
   적어도 하나의 횡방향 늑재(7)는, 그 횡방향 늑재가 창틀(6)의 상부 부분(9)과 창틀(6)의 하부 부분(10)에서 끝맺음될 수 있도록, 창(5)의 창틀(6)을 거쳐 지나며 연장된 것을 특징으로 하는 항공기의 동체 구조체.
2. 제1항에 있어서,
   횡방향 늑재(7)와 창틀(6) 사이의 전이부는 횡방향 늑재의 분지부(11)를 구비하고, 상기 분지부(11)에서는 횡방향 늑재(7)와 창틀(6)이 삼각형부(12)를 형성하게 되는 것을 특징으로 하는 항공기의 동체 구조체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 횡방향 늑재(7)의 높이는 창틀(6)의 높이에 해당하는 것을 특징으로 하는 항공기의 동체 구조체.
4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
   적어도 4개의 경사진 틀(13)이 창틀(6)로부터 소정 거리만큼 연장된 것을 특징으로 하는 항공기의 동체 구조체.

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