KR20130141620A

KR20130141620A - 형상화된 복합재 구조물을 제조하는 방법, 장치 및 그에 의해 생산된 구조물

Info

Publication number: KR20130141620A
Application number: KR1020137016554A
Authority: KR
Inventors: 후안 카를로스 구즈먼; 더글라스 아란 맥카빌; 조셉 엘. 스위틴; 로스 메신저
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-12-26
Also published as: EP2668023B1; CN103402739B; ES2758355T3; KR102027013B1; US20120076973A1; JP2014504566A; WO2012102810A1; JP5882361B2; CN103402739A; CA2823048A1; EP2668023A1; US9278484B2; CA2823048C

Abstract

형상화된 복합재 구조물은 곡률 축과 적어도 하나의 만곡된 다리를 구비한다. 이 구조물은 곡률 축에 대하여 0 도 아닌 섬유 배향(orientations)을 각각 갖는 예비 수지함침된 섬유 겹의 평평한 적층부를 쌓는 단계와, 적층부의 적어도 일부에 분절부로 예비 수지함침된 토우를 배치하고, 0 도 섬유 배향을 갖는 적층부에 예비 수지함침된 섬유 겹을 적층하는 단계에 의하여 제조된다. 상기 0 도 겹을 적층하는 단계는 상기 분절부들을 꼬리에 꼬리를 무는 형태로 배치하는 단계를 포함한다. 상기 적층부는 웹(web)과 만곡된 다리로 형성된다.

Description

형상화된 복합재 구조물을 제조하는 방법, 장치 및 그에 의해 생산된 구조물{METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING CONTOURED COMPOSITE STRUCTURES AND STRUCTURES PRODUCED THEREBY}

본 발명은 일반적으로 복합재 부품을 제조하기 위한 기술에 대한 것으로, 특히 단일방향 예비 침투된 복합재 테이프와 자동화된 테이프 적치 장치를 사용하여 고도로 형상화된 비 데카르트 좌표의 복합재 구조물을 생산하기 위한 방법에 대한 것이다.

고도로 형상화된 복수 다리의 복합재 구조물(multi-leg composite structures)은 항공 우주 비행체와 같은 다양한 용도에 사용될 수 있다. 항공 우주 비행체의 프레임, 날개뼈대(spar), 늑골(rib), 스트링거 및 유사한 구조물들은 구조물의 길이를 따라 형상화된 복수의 다리를 구비할 수 있다. 그러한 구조물을 제조하기 위한 공지된 하나의 기술은 구조물에 하나 이상의 만곡된 다리를 형성하기 위하여 복수의 형상화된 툴(tool) 위로 평평한 복합재 작업물을 형성하는 고온 휘장(drape)을 포함한다. 작업물은 전형적으로 미리 정해진 겹 스케쥴에 따라 적층된 단일 방향 수지함침 섬유의 복수의 겹을 포함한다. 그러나, 구조물의 곡선 축과 실질적으로 평행하게 배치된 섬유 방향을 갖는 겹인 0 도(zero degree) 겹을 포함하는 평평한 작업물을 고온 휘장으로 형성할 때, 어려움이 봉착된다. 이런 어려움은, 탄소섬유들와 같이 실질적으로 늘어나지 않는 0 도(zero degree) 섬유들이 사용되는 경우, 상기 섬유들은 제조공정 동안에 접힘이나, 늘어남 또는 퍼짐과 같은 기하학적으로 변형이 일어나지 않을 수 있다. 결국, 0 도 섬유들은 하나의 평면으로부터 실질적으로 다른 원호 길이를 갖는 다른 평면으로 이동되지 않을 것이다. 만약 다리가 너무 볼록하다면, 상기 섬유들은 주름질 것이고, 반면 상기 다리가 너무 오목한 경우, 상기 섬유들은 제자리에 고정되고 평면에서 돋움을 형성하는 압력에 저항할 것이다.

위에 언급한 문제를 해결하기 위하여, 0 도 겹들은 0 도 아닌(non-zero degree) 겹들이 만곡된 다리로 형성된 후에 작업물 위에 손으로 놓여진다. 다리가 휘장으로 성형된 후에 다리 위에 0 도 겹들을 놓을 필요성은, 0 도 겹이 적층 스케쥴에 의해 필요할 때마다 반복된다. 이러한 복수의 작업은 비용을 증가시키고 툴 사용을 복잡하게 하며, 바닥 공간의 필요성을 증대시키고 제조 공정의 시간에 악영향을 끼친다.

다수의 다리를 가지는 고도로 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 공지 기술의 다른 단점은 각각의 다리를 형성하기 위한 필요성이 다른 세트의 툴(tool)을 사용하면서 각각 개별적인 형성 공정으로 이루어진다는 것이다. 다른 세트의 툴을 사용하면서 구조물의 다리를 형성하는 것은 더 높은 비용과 더 긴 생산 공정 시간이 소요될 것이다.

따라서, 다리를 형성하기 위해 필요한 작업수를 줄여주는 반면 성형 동안에 0 도 겹들의 접힘이나 주름을 피할 수 있는, 하나 이상의 다리를 가지는 형상화된 복합재 구조물을 생산하기 위한 방법 및 장치에 대한 필요성이 제기되었다. 또한 단일 성형 공정으로 단일 툴을 사용하여 구조물에 2 개의 만곡된 다리를 형성할 수 있도록 하는 그런 구조물을 형성하기 위한 장치에 대한 필요성이 제기되었다.

예비 함침된 섬유 테이프와 같은 일방향 복합 재료를 사용하여, 하나 이상의 만곡된 다리를 갖는 고도로 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법 및 장치가 제공된다. 단지 몇 개만 예시하자면, 프레임이나, 날개뼈대(spar), 늑골(rib), 스트링거와 같은 고도로 만곡된, 복수의 다리의 복합재 구조물을 제작하는 동안 극성 섬유 방향(polar fiber orientation)을 유지하기 위하여 일정한 폭의 테이프 세그먼트가 놓여지고 배열된다. 본 발명의 방법은 0 도 겹들이 휘장으로 형성된 후에 다리 위에 0 도 겹들을 개별적으로 놓을 필요가 없게 할 수 있다. 0 도 겹들을 포함하는 평평한 복합재 작업물은, 실질적인 주름이나 다른 섬유 변형 없이 만곡된 다리를 형성하기 위하여 단일 툴의 하나 이상의 형상화된 툴 표면 위에서 긴장력의 작용하에 고온 휘장으로 성형된다. 본 발명의 장치는 단일의 성형 공정으로 구조물의 2 개의 만곡된 다리를 휘장으로 형성하는 데 사용될 수 있는 툴을 포함한다.

하나의 실시예에 따르면, 곡률의 축과 적어도 하나의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법이 제공되어 있다. 상기 방법은 예비 수지함침된(prepreg) 섬유 겹이 평평한 적층부를 적층하는 단계와 이 적층부에 만곡된 다리를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 예비 수지함침된 섬유 겹들은 각각 일방향 섬유 토우(fiber tows)를 포함하고, 상기 적층부는 상기 구조물의 곡률 축에 대하여 상기 토우를 정렬함으로써 그리고 적층부의 부분에 걸쳐 상기 토우의 적어도 일부를 분할함으로써 적층된다. 상기 적층부에 만곡된 다리를 형성하는 단계는 만곡된 툴 위로 토우 분절부(segments)를 갖는 적층부의 부분을 형성함으로써 실행된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 곡률의 축과 적어도 하나의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법이 제공되어 있다. 상기 방법은 곡률 축에 대하여 0 도 아닌 각도의 섬유 배향(orientations)을 각각 갖는 예비 수지함침된 섬유 겹의 평평한 적층부를 쌓는 단계와 0 도 섬유 배향을 갖는 적층부에 예비 수지함침된 섬유 겹을 적층하는 단계를 포함한다. 0 도 겹을 적층하는 단계는 적층부의 적어도 일부에 꼬리에 꼬리를 물고 배열된 분절부로 예비 수지함침된 토우를 놓는 단계를 포함한다. 상기 방법은 0 도 겹을 포함하는 적층부를 웹(web)과 만곡된 다리로 형성하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 다르면, 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치가 제공된다. 상기 장치는 평평한 복합재 작업물이 놓이게 되어 있고 상기 작업물이 각각 제1, 제2 만곡된 다리를 형성하게 될 제1, 제2 만곡된 맨드렐 표면을 갖게 되어 있는 맨드렐(mandrel)을 포함한다. 상기 장치는 상기 제1 만곡된 맨드렐 표면에 대하여 평평한 작업물을 형성하기 위한 툴(tool)을 추가로 포함한다. 상기 장치는 또한 상기 맨드렐을 덮도록 되어 있는 유연한 진공 백과, 상기 제2 만곡된 맨드렐 표면에 대하여 작업물을 형성하기 위한 툴을 구비한다. 상기 맨드렐은 제3 표면을 구비하여 이에 대하여 상기 작업물이 상기 툴에 의하여 지지되는 한편, 상기 작업물이 상기 제1, 제2 맨드렐 표면에 대하여 형성되도록 되어 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 형상화된 복합재 구조물을 제조하는 방법이 제공되어 있다. 상기 방법은 맨드렐에 평평한 복합재 작업물을 배치하는 단계와, 상기 작업물을 만곡된 웹에 의해 연결된 만곡된 한 쌍의 다리로 형성하기 위하여 상기 맨드렐을 사용하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 툴과 맨드렐 표면 사이에 상기 작업물을 고정함으로써 형성하기 위하여 상기 작업물을 준비상태로 안정화시키는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 만곡된 다리를 구비하는 복합재 구조물을 제조하는 장치를 제공한다. 상기 장치는 개방 위치에서 폐쇄된 성형위치 사이로 상대 이동할 수 있는 맞물리는 제1, 제2 툴 절반부를 포함한다. 상기 제1, 제2 툴 절반부는 각각 제1, 제2 맨드렐을 구비하되, 그 위로 평평한 복합재 작업물의 일부가 각각 제1, 제2 만곡된 다리로 형성된다. 상기 제1, 제2 맨드렐은 각각 마주보는 면을 구비하고, 이들 마주보는 면 사이에 상기 작업물의 일부가 상기 다리를 형성하는 동안에 고정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1, 제2 맨드렐 사이에 평평한 복합재 작업물을 고정하는 단계를 포함하는 복합재 구조물을 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 상기 제1 맨드렐에 대해 작업물의 제1부를 형성하기 위하여 제1 진공백을 사용하는 단계와, 상기 제2 맨드렐에 대해 작업물의 제2부를 형성하기 위하여 제2 진공백을 사용하는 단계를 추가로 포함한다.

곡률 축에 대하여 0 도 아닌 섬유 배치를 각각 갖는 수지함침된 섬유의 평평한 층을 적측하는 단계, 0 도 섬유 배치를 갖는 적층부 위에 수지함침된 섬유 겹을 적층하는 단계, 상기 적층부의 적어도 일부에 수지함침된 토우 분절부를 위치시키는 단계, 및 0 도 겹을 구비하는 적층부를 웹과 만곡된 다리로 형성하는 단계를 포함하는, 곡률 축과 적어도 하나의 만곡된 다리를 구비하는 형상화된 복합재 구조물을 제조하는 방법이 제공된다.

상기 방법에서 상기 적층부를 형성하는 단계는 상기 적층부의 일부를 더 큰 반경으로 형성하는 단계를 구비한다.

상기 방법에서 상기 적층부를 형성하는 단계는 상기 적층부의 일부를 더 작은 반경으로 형성하는 단계를 구비한다.

상기 방법에서 상기 수지함침된 토우 분절부를 위치시키는 단계는 토우 분절부들 사이에 갭(gap)을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서 상기 수지함침된 토우 분절부를 위치시키는 단계는 토우 분절부들을 실질적으로 인접하게 하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서 상기 수지함침된 토우 분절부를 위치시키는 단계는 토우 분절부들을 겹쳐놓는 단계를 포함한다.

상기 방법에서 0 도 섬유 배치를 갖는 적층부 위에 수지함침된 섬유 겹을 적층하는 단계는 분절부로 놓인 토우를 갖는 부분에 인접한 적층부에 수지함침된 섬유의 연속하는 토우를 배치하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서 토우를 분절부로 배치하는 단계는 이 분절부들을 꼬리에 꼬리를 무는 형태로 배치하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서 토우를 분절부로 배치하는 단계는 토우 분절부를 서로에 대하여 어긋나게 놓는 단계를 포함한다.

상기 방법에 따라 제조된 형상화된 복합재 구조물이 제공된다.

각각 일방향 섬유 토우를 갖는 수지 함침된 섬유 겹들의 평평한 적층부를 형성하면서 적층하는 단계를 포함하고, 상기 곡률 축에 대하여 상기 토우를 정렬하고 상기 겹들의 하나의 적어도 일부에 상기 토우의 적어도 일부를 분절하여 토우 분절부를 형성하는 단계를 구비하고, 만곡된 툴 위에 상기 토우 분절부를 포함하는 적층부의 일부를 형성함으로써 적층부 위에 만곡된 다리를 형성하는 단계를 포함하는, 곡률 축과 적어도 하나의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하는 다른 방법이 제공된다.

상기 방법에서 상기 평평한 적층부를 적층하는 단계는 곡률 축에 대하여 0 도 아닌(non-zero degree) 섬유 배향을 각각 갖는 다수의 0 도 아닌(non-zero degree) 겹들을 적층하는 단계와, 상기 곡률 축에 대하여 0 도 섬유 배향을 갖는 0 도 아닌(non-zero degree) 겹들 위에 적어도 하나의 0 도 겹을 적층하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 0 도 겹은 토우 분절부를 포함한다.

상기 방법에서, 토우를 분절하는 단계는 토우를 절단하고 절단된 토우를 상기 겹의 부분에 꼬리에 꼬리를 무는 형태로 배치하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 토우 분절부를 꼬리에 꼬리를 무는 형태로 배치하는 단계는 토우 분절부 사이에 간격을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 토우 분절부를 꼬리에 꼬리를 무는 형태로 배치하는 단계는 토우 분절부 사이에 간격을 실질적으로 동일하게 유지하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 토우를 절단하는 단계는 토우를 실질적으로 일정한 길이로 절단하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 토우 분절부를 꼬리에 꼬리를 무는 형태로 배치하는 단계는 토우 분절부를 겹치게 배치하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 토우 분절부를 배치하는 단계는 토우를 실질적으로 고정된 길이로 절단하는 단계를 포함한다.

상기 방법에서, 상기 토우 분절부를 배치하는 단계는 토우를 다양한 길이로 절단하는 단계를 포함한다.

상기한 방법에 의해 제조된 형상화된 복합재 구조물이 제공된다.

맨드렐 위에 놓이는 평평한 복합재 작업물을 갖도록 되어 있고 제1, 제2 만곡된 맨드렐 표면을 구비하되, 이들에 대해 상기 복합재 작업물이 각각 제1, 제2 만곡된 다리를 형성하도록 되어 있는 맨드렐;과,

상기 제1 만곡된 맨드렐 표면에 대하여 평평한 작업물을 형성하기 위한 툴; 및

상기 제2 만곡된 맨드렐 표면에 대하여 상기 작업물을 형성하기 위하여 상기 맨드렐과 상기 툴을 덮도록 되어 있는 유연한 진공 백;을 포함하는, 만곡된 다리를 갖는 만곡된 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치의 실시예가 제공된다.

상기 장치에 있어서, 상기 맨드렐은 제3 표면에 구비하되, 상기 작업물이 상기 제1, 제2 맨드렐 표면에 대하여 형성되는 동안, 상기 제3 표면에 대하여 상기 작업물이 상기 툴에 의하여 지지된다.

상기 장치에 있어서, 상기 맨드렐은 상기 작업물이 성형되기에 앞서 상기 작업물을 지지하기 위하여 상기 제1 맨드렐 표면에 인접한 제4 맨드렐 표면을 구비한다.

상기 장치에 있어서, 상기 제3 맨드렐 표면 쪽으로 그리고 이로부터 선형 운동을 위하여 상기 툴은 상기 맨드렐에 장착된다.

상기 장치에 있어서, 상기 맨드렐, 상기 툴 및 상기 진공 백은 공통의 베이스에 장착된다.

상기 장치에 있어서, 상기 툴은 만곡된 표면을 구비하고, 이 표면에 상기 진공 백이 일치되고, 상기 표면을 통해 성형 압력이 상기 작업물에 인가될 수 있다.

상기 장치에 있어서, 제1 다리로 형성될 작업물의 일부를 가열하기 위하여 상기 맨드렐에 히터를 추가로 구비한다.

상기 장치는, 상기 작업물을 제2 다리로 형성하는 동안, 상기 진공 백의 이동을 상기 제2 맨드렐 표면으로 안내하기 위하여 상기 제2 맨드렐 표면을 다라 이격되어 있는 다수의 성형 보조물을 추가로 구비한다.

맨드렐 위에 평평한 복합재 작업물을 배치하는 단계; 및

상기 작업물을 만곡된 웹에 의해 연결된 한쌍의 만곡된 다리로 형성하기 위하여 상기 맨드렐을 사용하는 단계;를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 다른 방법이 제공된다.

상기 방법은, 툴과 상기 맨드렐 위의 표면 사이에 상기 작업물을 유지시킴으로써 준비상태의 작업물의 위치를 안정화시키는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법에 있어서, 상기 맨드렐을 사용하는 단계는 맨드렐의 두 개의 표면 위로 상기 평평한 작업물의 제1 부분을 형성하기 위하여 툴을 사용하는 단계를 포함한다.

상기 방법에 있어서, 상기 평평한 작업물의 제1 부분을 형성하기 위하여 툴을 사용하는 단계는 액츄에이터를 사용하여 상기 맨드렐에 대하여 상기 툴을 이동시키는 단계를 포함한다.

상기 방법에 있어서, 상기 맨드렐을 사용하는 단계는 상기 2 개의 표면에 대하여 상기 작업물을 고정하는 단계와,

상기 작업물이 고정되는 동안, 상기 맨드렐 위의 다른 표면에 대하여 상기 작업물의 제2 부분을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 방법에 있어서, 상기 맨드렐 위의 다른 표면에 대하여 상기 작업물의 제2 부분을 형성하는 단계를 포함한다.

상기 방법에 있어서, 상기 작업물의 제2 부분을 형성하는 단계는 진공 백을 사용하여 실행된다.

상기 방법은, 상기 작업물을 형성하기 전에 상기 작업물의 영역을 가열하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법에 있어서, 상기 작업물의 제2 부분을 형성하는 단계는 상기 맨드렐의 다른 표면 쪽으로 그리고 그 위로 상기 작업물의 제2 부분의 이동을 안내하기 위하여 성형 보조물을 사용하는 단계를 포함한다.

상기 방법에 의하여 제조된 형상화된 복합재 구조물이 제공된다.

개방위치로부터 폐쇄된 성형위치로 상대적으로 이동가능한 제1, 제2의 쌍을 이룬 툴 절반부를 구비하되,

상기 툴 절반부는 각각 제1, 제2 맨드렐을 구비하되, 이들 맨드렐 위로 평평한 복합재 작업물의 부분들이 각각 제1, 제2 만곡된 다리로 형성되는, 만곡된 다리들을 갖는 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치가 제공된다.

상기 장치에 있어서, 상기 제1, 제2 맨드렐은 각각 대향하는 표면들을 구비하되, 이 표면들 사이에 상기 작업물의 일부가 상기 다리들을 형성하는 동안 고정되도록 되어 있다.

상기 장치에 있어서, 상기 제1, 제2 맨드렐은 상기 작업물을 상기 다리들 중의 하나로 형성하기 위하여 각각 툴 표면을 구비한다.

상기 장치에 있어서, 상기 제1, 제2의 툴 절반부 각각은, 폐쇄된 위치에 있을 때 반대측 절반부와 함께 진공 체임버를 형성하기 위하여 진공 백을 구비하고, 상기 진공 체임버는 상기 맨드렐에 대하여 상기 작업물을 형성하기 위한 것이다.

상기 장치에 있어서, 상기 제1, 제2 툴 절반부는 상기 작업물의 부분을 가열하기 위한 히터를 각각 구비한다.

상기 장치에 있어서, 상기 제1, 제2의 툴 절반부 각각은, 결합 프레임(mating frames)들을 구비하고, 상기 결합 프레임 내에 상기 맨드렐이 포함되고, 상기 장치는 상기 결합 프레임들 사이에 진공밀봉을 형성하기 위한 수단을 추가로 구비한다.

상기 장치는 개방위치와 폐쇄위치 사이의 이동을 전환하기 위한 상기 제1, 제2 툴 절반부를 안내하기 위한 가이드 세트를 추가로 구비한다.

상기 장치에 있어서, 상기 제1, 제2 툴 절반부는 각각 형성하는 동안 상기 진공 백들의 형상을 조절하기 위하여 보조물을 형성하는 단계를 구비한다.

상기 장치에 있어서, 상기 진공 체임버는, 상기 툴 전반부들이 폐쇄위치에 있을 때, 상기 맨드렐의 양측면에 위치한다.

상기 장치에 있어서, 각각의 맨드렐은 만곡된 툴 표면을 구비하고, 이 표면 위로 상기 평평한 작업물의 일부가 형성된다.

제1, 제2 맨드렐 사이에 평평한 복합재 작업물을 유지하는 단계;

상기 제1 맨드렐에 대하여 작업물의 제1 부분을 형성하기 위하여 제1 진공 백을 사용하는 단계; 및

상기 제2 맨드렐에 대하여 작업물의 제2 부분을 형성하기 위하여 제2 진공 백을 사용하는 단계;를 포함하는, 복합재 구조물을 제공하기 위한 또 다른 방법이 제공된다.

상기 방법에 있어서, 상기 제1, 제2 맨드렐은 각각 만곡되어 있고, 상기 작업물은 만곡된 웹으로 연결된 한 쌍의 만곡된 다리로 형성된다.

상기 방법은, 상기 작업물이 상기 제1, 제2 맨드렐 사이에 유지되어 있는 동안에, 상기 작업물의 제1, 제2 부분을 가열하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법은, 상기 제1, 제2 맨드렐 사이에 상기 작업물을 배치하는 단계와,

상기 제1, 제2 맨드렐을 함께 가져옴으로써 이들 맨드렐 사이에 작업물을 압착하는(clamping)하는 단계를 추가로 포함한다.

상기 방법에 있어서, 상기 작업물의 제1, 제2 부분이 실질적으로 동시에 형성된다.

상기 방법에 의하여 제조된 복합재 구조물이 제공된다.

본 발명의 다른 특징 및 장점들은 첨부된 도면과 청구범위에 따라 고려할 때 이하의 발명의 상세한 설명으로부터 명확할 것이다.

본 발명에 따라 복합 구조물에서 다리를 형성하기 위해 필요한 작업수를 줄여주는 반면 성형 동안에 겹들의 접힘이나 주름을 피할 수 있는, 하나 이상의 다리를 가지는 형상화된 복합재 구조물을 생산하기 위한 방법 및 장치가 제공되고, 단일 성형 공정으로 단일 툴을 사용하여 구조물에 2 개의 만곡된 다리를 형성할 수 있도록 하는 구조물을 형성하기 위한 장치가 달성된다.

도 1은 항공기 동체의 배럴 섹션의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 보인 통체에 사용된 고도로 형상화된 복합재 프레임부의 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 선 3을 따라 취한 단면도를 나타낸다.
도 4는 도 2에 보인 프레임부를 위해 적층된 겹을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 2에 보인 프레임부의 제조에 사용된 평평한 겹 적층부(ply stack)의 사시도이다.
도 6은 상기 겹 적층부를 배치하기 위하여 사용된 AFP 로봇 장치의 사시도이다.
도 7은 도 6에 보인 로봇에서 단부 작동체(end effector)로 사용된 AFP 장치의 사시도이다.
도 8은 도 2의 프레임부에서 겹의 배향을 결정하기 위하여 사용된 극좌표 및 테카르트식 좌표계를 도식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는 0 도로 배향된 겹을 포함하는 섬유의 평면도이다.
도 10은 45 도와 90 도로 배향된 섬유를 각각 포함하는 겹들을 도식적으로 나타내고, 토우와 테이프 웨지의 사용을 나타낸다.
도 11은 평평한 겹들 적층부의 사시도이다.
도 12는 도 11에 유사한 사시도로서, 겹 적층부의 테두리를 따라 형성된 절삭부(cut outs)를 나타낸다.
도 13은 상기 프레임부의 내부 코드를 휘장형성(drape form)하기 위해 사용된 휘장형성장치(drape forming apparatus)를 나타내는 단면도이다.
도 14는 도 13의 휘장형성장치의 부분을 포함하는 성형 맨드렐 위에 위치한 평평한 겹 적층부의 사시도를 나타낸다.
도 15는 도 14에 유사한 사시도로서, 성형 맨드렐 주위에 완전히 형성된 내부 코드를 나타낸다.
도 16은 개방위치로 젖혀진 유연한 멤브레인을 갖춘 휘장형성장치의 사시도이다.
도 17은 도 16에 유사한 사시도로서, 상기 유연한 멤브레인이 툴 조립체 주위 아래로 덮여진 상태를 나타낸다.
도 18은 상기 프레임부의 외부 코드를 휘장형성하기 위한 열간 휘장형성장치(hot drape forming apparatus)의 단면을 나타낸다.
도 19는 도 18에 보인 상기 열간 휘장형성장치의 사시도이다.
도 20은 도 18의 휘장형성 툴 조립체의 부분을 포함하는 성형/경화 맨드렐의 사시도이고, 부분적으로 형성된 프레임부를 나타낸다.
도 21은 도 20과 비슷한 사시도로서, 성형/경화 맨드렐 위에 완전히 형성된 외부 코드를 나타낸다.
도 22는 상기 프레임부를 경하시키기 위하여 사용된 성형/경화 맨드렐 백 조립체의 단면도를 나타낸다.
도 23은 연속하는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법을 나타내는흐름도이다.
도 24는 본 발명에 따라 형성될 수 있는 연속하는 복합재 구조물의 단면 형상을 나타낸다.
도 25는 바탕재(substrate)에 배치된 테이프 분절부의 평면도를 그 배열에 대하여 극좌표계로 나타낸 것이다.
도 26은 도 25에서 "A"로 표시된 부분의 확대도이다.
도 27은 선택적인 단부 컷을 나타내는 단일 테이프 분절부의 평면도를 나타낸다.
도 28은 자동 테이프 배치장치의 사시도를 나타낸다.
도 29는 일정한 폭의 테이프 분절부를 사용하는 형상화된 복합재 구조물을 제조하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 30은 구조물 형성에 들어가기 전에 0 도 겹을 갖는 평평한 복합재 작업물을 나타낸다.
도 31은 토우 분절부를 어긋나게 배치하기 위한 하나의 기술을 나타내는 0 도 겹의 부분을 나타내는 평면도이다.
도 32는 도 31과 비슷한 도면이나, 두 개의 분절부를 어긋나게 배치하기 위한 다른 기술을 나타낸다.
도 33은 만곡되고 0 도 겹이 위에 놓이는 성형 툴의 사시도를 나타낸다.
도 34는 도 33과 비슷한 도면이나, 만곡된 다리를 형성하기 위하여 상기 툴의 오목한 표면 위로 형성된 상기 겹의 부분을 나타낸다.
도 35는 도 34에서 '도 35'로 표시한 영역을 나타낸 도면으로, 형성된 다리에서 다양한 길이의 토우 분절부를 나타낸다.
도 36은 도 35와 유사한 도면이나, 토우 분절부들 사이의 다양한 폭 간격을 나타낸다.
도 37은 상기 툴의 볼록한 표면 위로 상기 겹의 부분을 형성하기 위한 준비상태에 있는, 만곡된, 0 도 겹이 놓인 성형 툴의 사시도를 나타낸다.
도 38은 도 37과 유사한 도면이나, 상기 툴의 볼록한 표면 위로 형성된 겹을 나타낸다.
도 39a와 도 39b는 0 도 겹의 내부 다리 부분의 평면도를 나타내고, 형성 동안에 토우 분절부들 사이에 간격을 형성하기 위하여 토우 분절부 사이의 접합부가 어떻게 늘어지는지를 보여준다.
도 40a와 도 40b는 도 39a와 도 39b와 비슷한 도면이나, 0 도 겹의 내부 다리 부분에 대한 다른 분절 전략을 보여준다.
도 40c와 도 40d는 0 도 겹의 외부 다리 부분의 평면도를 나타내고, 0 도 겹의 토우 분절부가 서로에 대하여 어떻게 이격되어 이동하는지 보여준다.
도 41은 0 도 겹을 포함하는 평평한 작업물을 사용하는 적어도 하나의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 형성하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 42는 두 개의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 장치의 사시도를 나타내고 복합재 작업물은 도시되지 않았다.
도 43은 도 42와 비슷한 도면이나, 성형을 위하여 준비되어 있는 툴에 안정화된 평평한 복합재 작업물을 나타낸다.
도 44는 도 43과 비슷한 도면이나, 구조물 위에 하나의 만곡된 다리가 형성된 것을 보여주고, 2 개의 성형 보조물은 잘 볼 수 있도록 제거하였다.
도 45는 도 42 내지 도 44에 보인 장치의 사시도를 나타는데, 작업물의 일부를 제2 만곡된 다리로 형성하기 위해 준비된 툴 위로 진공 백이 덮히는 것을 나타낸다.
도 46은 도 42 내지 도 45에 보인 장치를 사용하여 두 개의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 형성하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 47은 평평한 복합재 작업물을 2 개의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물로 형성하기 위한 장치의 다른 실시예의 사시도이다.
도 48은 도 47에 보인 장치의 평면도이다.
도 49는 도 47에 표시된 선 49-49를 따라 취한 단면도를 나타낸다.
도 50은 도 49와 비슷한 도면이나 성형 공정을 위해 준비된 평평한 복합재 작업물을 압착하기 위하여 상부 및 하부 툴 조립체가 밀착된 상태를 나타낸다.
도 51은 도 50과 유사하나 만곡된 다리가 형성된 것을 나타낸다.
도 52는 도 47 내지 도 51에 나타낸 장치를 사용하여, 2 개의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하는 방법의 흐름도를 나탄낸다.
도 53은 항공기 생산과 운항 및 정비의 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 54는 항공기의 블록 다이아그램(block diagram)을 나타낸다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 배럴(barrel) 형상의 동체부(30)는 프레임 구조체(32) 위에 형성되고 고정된 외측 스킨(34)을 포함한다. 상기 프레임 구조체(32)는 다수의 종방향으로 이격된 배럴 프레임(32a)과 종방향으로 연장되는 스트링거(32b)를 구비하고, 상기 스트링거(32b)는 상기 배럴 프레임(32a)을 통과한다. 각각의 배럴 프레임(32a)은 복수의 만곡된 프레임부(36)의 형태로 될 수 있는, 만곡되거나 형상화된 복합재 부재들을 포함하고, 상기 프레임부(36)는, 제한없이, 스플라이스 플레이트(splice plates, 미 도시)나 고정구(미 도시)와 같은 적절한 수단에 의하여 함께 접합된다. 그러나, 어떤 적용예에서는, 만곡된 절반부 프레임과 전체 프레임(미 도시)으로 제작하는 것이 가능하다. 상기 만곡된 프레임부(36)는 본 발명에 따른 방법과 장치에 의하여 제조될 수 있는 만곡되거나 형상화된 복합재 부재의 다양하고 넓은 범위의 형태 중에서 단순히 예시적으로 나타낸 것이다.

도 3에 잘 나타나 있는 것과 같이, 각각의 프레임부(36)는, 이하에서는 만곡되거나 형상화된 복합재 부재로 나타내기도 할 것이지만, 일반적으로 Z 형상의 단면을 가지고, 만곡된 웹(42)에 의하여 만곡된 내부 코드(40)에 연결된 만곡된 외부 코드(38)를 구비할 수 있다. 내외부 코드(40, 38)는, 단면도(도 3)에서 보았을 때, 상기 웹(42)으로 횡방향으로 연장하는 "다리들(legs)"를 효율적으로 형성한다. 그런데, 용어 "다리(leg)"와 "다리들(leg)"은, 한정되지 않지만, 웹과 같은 형상화된 구조물의 다른 부재로 횡방향으로 연장되는, 한정되지 않지만, 캡(caps)이나 플랜지(flanges)와 같은 하나 이상의 구조적 부재를 지칭한다. 도시된 실시예에서, 상기 웹(42)은 선택적인 보강 패드(44)를 구비할 수 있다. 외부 코드(38)는 상기 스킨(34)이 결합되거나 고정되는 쉬어 타이(shear tie)를 형성한다. 상기 외부 코드(38)는 상기 웹(42)의 주변부와 함께 이격 배치된 다수의 쥐구멍 형태의 절취부(53, cutouts)를 구비할 수 있다. 이하에서 설명될 것이지만, 상기 프레임부(36)는 탄소섬유 에폭시(carbon fiber epoxy)와 같은 섬유보강 합성수지의 층상 겹으로부터 형성된다. 도 4에 보인 바와 같이, 상기 프레임부(36)는, 최대의 구조적 성능을 제공할 수 있도록 배치된 전체 겹(46)들과 부분 겹(48)들을 포함하는 겹의 적층부로 이루어지고, 효율적이고 반복가능한 후술할 제조방법의 사용을 용이하게 한다.

이제 도 5 내지 도 7을 참조하면, 여기서는 평평한 작업물로도 지칭하는 평평한 겹 적층부(50)를 형성하기 위하여 수지 함침 섬유 테이프(fiber pre-preg tape)의 섬유 토우 또는 스트립을 내려놓기 위하여, AFP 장치(58)가 로봇에서 단부 작동체(end effector)로 사용될 수 있다. 상기 AFP 장치(58)는 들어오는 수지함침 토우(62)를 수용하는 빗살부(64, combs)를 구비하고, 상기 수지함침 토우(62)는 토우 절단기(68)에 의해 절단되기 전에 리본 형성기(66)를 통과한다. 절단된 토우(72)는, 바탕재(substrate, 미 도시)나 아래에 놓이는 겹층(미 도시) 위에 상기 토우(62)를 인가하여 밀착시키는 순응하는 롤러(70) 아래를 통과한다. 도 5에 보인 바와 같이, 상기 AFP 장치(58)는 섬유 토우(62)나 테이프를 내려놓는 데 사용될 수 있고, 상기 섬유 토우(62)에서 섬유는 데카르트식 좌표계(47)에서 미리 선택된 각도로 배향된다. 이 실시예에서, 상기 겹 적층부(50)는 0 도로 배향된 섬유 토우(52), +45 도로 배향된 섬유 토우(56) 및 -45 도로 배향된 섬유 토우(54)를 구비한다. 도면에 도시하지 않았지만, 90 도로 배향된 섬유 토우는 겹 적층부(50)에 묻혀진다.

도 8은 일방향 섬유 토우 또는 테이프가 겹 적층부(50)에 놓여지는 데카르트식 좌표계(47)의 배향과, 상기 프레임부(36)의 형상을 정의하는 극좌표계 사이의 관계를 나타낸다. 도면부호 37로 표시한 상기 프레임부(36)의 형상은 극점(39)으로부터 나오고, 0 도로 표시된 기준 좌표에 대하여 극각도(θ)를 형성하는 방사상 좌표 "r"로 정의된다. 그리고, 상기 프레임부(36)에 의한 각각의 형상화된 구성은 극각도(θ)와 방사상 좌표 "r"로 정의된다. 도시된 프레임부(36)가 일정한 반경(곡률)을 갖고 상기 웹(42)이 일정한 수치(두께)를 갖더라도, 상기 프레임부(36)의 곡률과, 상기 웹(42)의 수치, 상기 내부 코드(40)의 수치 및 상기 외부 코드(38)의 수는 각각 상기 프레임부(36)의 길이를 따라 변화될 수 있다.

도시된 실시예에서, 상기 겹 적층부(50)는, 방사상 좌표 "r"과 접선방향으로 정렬된 데카르트식 좌표계(47) 내에서 일방향 수지함침 섬유가 배향된 복수의 겹(52)들에 의해 형성된다. 이하에서 더욱 자세히 설명되듯이, 도시된 실시예에서, 0 도, -45 도, +45 도 및 +90 도의 섬유 배향이 채용되지만, 상기 프레임부의 특별한 용도와 형상을 포함하는 다양한 변수에 따라 다른 각도의 배향도 가능하다.

평평한 겹 적층부(50)의 복수의 겹에서 섬유 배향을 보여주는 도 9 내지 도 12를 참조한다. 도 9는, 상기 프레임부(36)의 전체 길이로 연장하는, 0 도 배향으로 AFP 장치(58)에 의하여 토우 또는 테이프 스트립이 놓여지는 겹(52)을 나타낸다. 여기서 사용되는 "테이프"는 수지함침된 일방향 섬유를 나타내고, "토우"는, 예컨대 3.13, 6.25 또는 12.5cm 폭으로 된 좁은 밴드로 길이를 따라 갈라진 테이프를 포함할 수 있다. "코스"는 AFP 장치(58)에 의해 밴드로서 적용된 토우를 지칭한다. "드롭"은 AFP 장치(58)가 절단하는 하나 이상의 토우를 지칭하고, 인접한 토우 또는 테이프 사이의 거리를 포함한다. 절단 및 부가 수렴 영역은 코스가 동일한 겹 내에서 다른 배향의 코스에서 종결되고, 간격과 겹침의 영역을 생성하는 것을 의미한다.

0 도 겹(52)은, 갈라진 테이프의 배치를 조종하기 위하여 상기 AFP 장치(58)를 사용하여 형성될 수 있는데, 상기 갈라진 테이프에서 조화와 이탈이 겹(52)의 폭을 결정한다. 전체 겹(52)이 도 9에 도시되어 있으나, 부분적인 겹 또는 이탈부가 있는 겹도 가능하다. 나중에 외부 코드, 내부 코드 및 웹으로 형성된 겹(52)의 단면은 각각 38, 40 및 42로 표시되어 있다. 여기서 어떤 적용예에서는, 외부 코드(38)를 형성하는 겹들은, 상기 AFP 장치(58)를 사용하여 놓여지기 보다는, 정해진 폭으로 절단되고 후술할 툴 위에 놓여질, 토우의 분리된 밴드나 테이프의 층을 사용하여 형성될 수 있다.

0 도 아닌 각도로 배향된 토우나 테이프를 포함하는 겹들은, 테이퍼진 웨지 형태를 가진 토우/테이프의 나란한 그룹이나 분리부(55, 74)에 의해 형성된다. 상기 분리부(55, 74)는 측면을 결정하는 상향각(up angle)과 하강 허용치(drop allowance)를 갖는 테이프를 사용하여 형성될 수 있다. 예컨대, 도 10은, 분리부(55)에 의해 형성된 겹(54)를 나타내는데, 상기 분리부(55)에서는 각각의 분리부(55)에서 섬유 배향은 대체로 45 도이다.

도 11은 나란히 배열된 분리부(74)에 의해 형성된 겹(76)을 나타내는데, 여기서 각 분리부(74)에서 섬유는 대체로 90 도로 배향되어 있고, 상기 프레임부(36)의 형상(37, 도 8)을 정의하는 방사상 좌표 "r"의 각과 실질적으로 정렬되어 있다. 상기 분리부(74)를 형성하기 위하여 토우(72)가 내려지는 경우, 개별적인 토우는 겹(76)의 곡률 방향으로 각도가 배치된다. 각도 배치된 토우는 서로에 대해 나란한 관계로 놓여진다. 다른 예로서, 상기 분리부는 상기 AFP 장치(58) 또는 유사한 장치에 의해 서로에 대해 나란한 관계로 놓인 섬유 테이프의 테이퍼진 웨지(75) 형태로 형성될 수 있다.

이제 도 12를 참조하면, 평평한 겹 적층부(50)가 완전히 놓여진 후에 쥐구멍 형태 절취부(53)가 상기 겹 적층부(50)의 한쪽 주변부를 따라 형성된다. 상기 절취부(53)는, 제한없이 단지 예시적으로, NC 제어 초음파 절단기(미 도시)를 사용하는 것과 같은 여러가지 다양한 기술로 형성될 수 있다.

이 실시예에서, 상기 절취부(53)는 스트링거(32b, 도 1)가 통과하여 연장하는 구멍을 제공한다. 그러나, 다른 적용예에서는, 중량을 감소시키고, 후속 제작 공정 중에 겹이 주름지는 가능성을 낮추기 위하여 유사한 절취부(53)를 제공하는 것도 바람직하다.

이제, 휘장 형성 공정을 사용하여 내부 코드(40)의 구조를 나타내는 도 13 내지 도 17를 참조한다. 겹 적층부(50)는 성형 맨드렐(80)의 상부 평평한 표면(80a) 위에 놓인다. 상기 성형 맨드렐(80)은, 예시된 바와 같이, 상기 상부 평평한 표면(80a)에 대하여 실질적으로 90 도를 이루는 만곡된 또는 형상화된 표면(80b)을 구비한다. 상기 내부 코드(40)을 형성하는 데 사용될 수 있는 어떠한 0 도 겹이라도 상기 형상화된 표면(80b) 위에 바로 놓인다. 상기 겹 적층부(50)의 외측 주변부(50a)는 상기 형상화된 표면(80b)을 지나 연장되고, 도 13에 보인 위치로 실질적으로 이동되는 받침 선반(86, layup shelf)에 의하여 겹 적재 동안에 지지된다. 상기 성형 맨드렐(80)은 유리섬유 통기부(82)에 의하여 분리된 진공 백 툴(84) 위에 지지된다. 진공 백(88)은 상기 겹 적층부(50)와 성형 맨드렐(80) 위에 놓여진다. 통기부(90)와 FEP 층(92, layer of Fluorinated ethylene propylene)이 상기 진공 백(88)과 겹 적층부(50) 사이에 놓여진다. 상기 진공 백(88)은 또한 그 내부면에 채널(미 도시)을 구비할 수 있는데, 이 경우에는 상기 통기부(90)를 필요로 하지 않는다.

상기 툴 표면(80b) 위로 덮여진 상기 겹 적층부(50)의 주변부(50a)와 함께, 상기 진공 백(88)에 진공이 흡인되어, 상기 겹 적층부(50)에 압력이 작용되고, 상기 주변부(50a)가 상기 성형 맨드렐(80)의 만곡된 표면(80b)의 형상에 대하여 실질적으로 평평하게 놓여 그 형상을 따를 때까지, 상기 주변부(50a)가 도 13에 화살표(94) 방향으로 아래쪽으로 굽혀지게 한다. 겹 적층부의 주변부(50a)는 상기 만곡된 툴 표면(80b)의 반경(R)과 실질적으로 동일한 반경을 가지는 내부 코드(40)로 형성된다.

위에 설명한 성형 공정은 도 16과 도 17에 도시한 휘장 형성 장치(96)로 수행될 수 있다. 상기 진공 백(88)은, 다리(100) 위에 지지된 진공 테이블(98)에 선회가능하게 부착된 프레임(102)에 장착된, 이에 한정되지는 않고 예컨대, 실리콘으로 형성된 기밀성 막을 포함한다. 상기 진공 테이블(98)은 이 테이블을 통해 공기를 뽑아낼 수 있도록 하는 포트 또는 구멍(미 도시)을 구비한다. 상기 성형 맨드렐(80)은 상기 겹 적층부(50) 및 상기 받침 선반(86)과 함께, 상기 프레임(102)이 상기 진공 테이블(98)에 밀착된 채로 상기 진공 테이블(98) 위에 놓여진다.

도 17에 도시된 바와 같이, 진공 시스템(미 도시)이 프레임(102)과 진공 테이블(98)로 형성된 기밀된 공동부 내에서 공기를 뽑아내어 진공화하기 위해 사용될 수 있다. 이런 공동부의 진공화는 상기 진공 백(88)이 상기 성형 맨드렐(80) 위로 밀착되게 하고, 상기 주변부(50a)가 아래로 눌려져 상기 성형 맨드렐(80)의 앞쪽 표면(80b)으로 밀착되게 한다. 상기 받침 선반(86)은, 상기 성형공정 동안에 부분적으로 상기 성형 진공 백(80)을 지지하여, 상기 겹 적층부의 주변부(50a)에 작용된 힘을 제어하고 방향을 잡아준다.

내부 코드(40)가 완전히 형성되면, 상기 제조 방법에서 그 다음 단계가 도 18 내지 도 21에 도시되어 있는데, 여기서는 외부 코드(38)가 형성된다. 상기 외부 코드(38)는, 어떠한 제한 없이 예컨대, 도 19에 보인 휘장 형성장치(124)를 사용하여 인장, 열간 휘장성형(tension, hot drape forming)으로 제조될 수 있다. 상기 휘장 형성장치(124)는 다리(134)로 지지되는 하부 프레임(128)에 고정된 가열된 진공 테이블(130)을 구비한다. 상부의, 선회하는 프레임(126)은 예컨대 실리콘을 포함하는 기밀성 막(132)을 구비한다. 성형/경화 맨드렐(106) 형태의 툴과 형상화된 블럭(112)은 상기 진공 테이블(130) 위에 지지되고, 상기 프레임(126)이 상기 하부 프레임(128)에 대해 기밀되고 밀폐될 때 상기 기밀성 막(132)에 의해 덮여진다.

도 18에 잘 도시된 바와 같이, 상기 성형/경화 맨드렐(106)은 상기 겹 적층부(50)를 지지하는 평평한 상부 툴 표면(106a)을 구비한다. 상기 성형/경화 맨드렐(106)의 제2 평평한 표면(106b)는 상기 툴 표면(106a)으로부터 상방으로 연장하고 내부 코드(40)와 결합된다. 상기 성형/경화 맨드렐(106)은 상기 툴 표면(106a)으로부터 하방으로 연장하고 상기 외부 코드(38)를 형성하기 위하여 사용되는 제3 표면(106c)를 추가로 구비한다.

상기 성형/경화 맨드렐(106)은 상기 진공 테이블(130) 위에 지지된다. 유리섬유나 다른 적절한 재료로부터 형성된 선택적인 통기부(110)가 상기 진공 테이블(130)과 상기 성형/경화 맨드렐(106) 사이에 놓여질 수 있다. 반경(122)이 상기 내부 코드(40) 인근에서 충분히 유지되도록 하기 위하여 형상화된 강화기(120, intensifier)가 상기 겹 적층부(50) 위에 놓여질 수 있다. 통기부(118)와 함께, 제한되지는 않지만 예컨대 테플론^®과 같은 재료로 된 하나의 겹(116)이 상기 강화기와 상기 겹 적층부(50) 사이에 놓여질 수 있다. FEP의 추가적인 층(123)이 상기 성형/경화 맨드렐(106)의 주변부와 상기 겹 적층부(50) 사이에 놓여질 수 있다. 상기 FEP 층(123)은, 휘장 형성 공정 동안에 상기 겹 적층부(50)의 바깥 주변부(50b)로 상기 기밀성 막(132)이 압력을 인가하는 각도를 함께 제어하는 기능을 하는 상기 블럭(112) 위로 휘장이 덮여진다.

상기 외부 코드(38)는, 오븐이나 적외선 램프와 같은 다른 수단 내에서, 미리 선택된 온도 예컨대 약 60도로 가열될 상기 성형/경화 맨드렐(106) 위로 열간 휘장형성이 될 수 있다. 상기 기밀성 막(132) 내에서 진공이 흡인되고 미리 선택된 시간동안 유지된다. 인장이 제어되는 열간 휘장 형성 공정 동안에, 가열에 의해 매트릭스 수지의 점성이 감소하는 결과로 상기 섬유는 겹 내에서 미끄러질 수 있다. 이것은 상기 섬유가 다발화되거나 펴질 수 있도록 하고, 그렇지 않으면 필요에 따라 재배열될 수 있게 한다. 상기 겹 적층부(50) 아래에서 인장을 유지하는 것은 주름을 최소화한다. 상기 반경 강화기(120)는 상기 외부 코드(38)를 형성하는 동안 내부 코드 반경(122, 도 3에서 40a)을 유지한다.

도 20은 상기 툴 표면(106a)에 대하여 고정되어 형성된 내부 코드(40)와 함께 상기 성형/경화 맨드렐(106) 위에 놓여진 부분적으로 형성된 겹 적층부(50)를 나타낸다. 상기 겹 적층부(50)의 바깥 주변부(50b)은 상기 툴 표면(106b) 위로 드러나 연장된다. 도 21에 보인 바와 같이, 기밀성 막(132)이 상기 성형/경화 맨드렐(106) 위로 빨아 내려질 때, 상기 기밀성 막(132)은, 상기 바깥 주변부(50b)에 블럭(112)에 의해 부분적으로 제어되는 각도로 압력을 인가한다. 상기 겹 적층부(50)의 주변부(50b)는, 상기 툴 표면(106c)에 대하여 완전히 형성되어 상기 외부 코드(38)를 형성할 때까지 상기 화살표(114) 방향으로 아래로 굽혀진다.

프레임부(36)의 상기 외부 및 내부 코드(38, 40)가 형성되고 나서, 상기 프레임부(36)를 경화시킬 필요가 있고, 이와 관련하여 도 22를 참조한다. 형성된 상기 프레임부(36)와 성형/경화 맨드렐(106)은 열간 휘장 형성 장치(124)로부터 제거된다. 카울 플레이트(139, caul plate)가, 상기 반경(141)이 밀착되는 것을 돕기 위하여 상기 외부 코드(38) 위에 놓일 수 있다. 비슷하게, 강화기(142)가 반경(122)의 밀착을 돕기 위하여 설치될 수 있다. 통상적인 진공 백(138)이 상기 프레임부(36) 위에 놓이고 밀봉부(140)에 의하여 상기 경화 맨드렐(106)에 밀봉될 수 있다. 통기부(미 도시)와 FEP의 겉 겹(미 도시)도 상기 성형 경화 맨드렐(106)과 상기 진공 백(138) 사이에 놓여질 수 있다.

이제, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법에 사용된 전체 단계를 나타내는 도 23을 참조한다. 수지 함침된 섬유 토우 및/또는 테이프를 포함하는 원재료가 단계(144)에서 수용되고 검사된다. 단계(146)에서, 앞에서 설명한 성형 맨드렐(80)과 성형/경화 맨드렐(106)이 세정되고 준비된다. 다음으로, 단계(148)에서, 외부 유리섬유 겹이 상기 성형 맨드렐(80) 위에 배치된다.

단계(150)에서, 하나 이상의 AFP 장치(58)를 사용하여 여러가지 겹이 상기 겹 적층부(50)에 놓여진다. 평평한 상기 겹 적층부(50)가 형성되고 나서, 단계(152)에서 쥐구멍 절취부(53)이 상기 겹 적층부(50)에 형성된다. 다음으로, 단계(154)에서 상기 겹 적층부(50)가 상기 성형 맨드렐(80)과 받침 선반(86) 위에 배치된다. 그리고 단계(156)에서, 상기 받침 선반(86)이 이어지는 성형 공정에 사용될 위치로 이동된다. 단계(158)에서, 상기 내부 코드(40)가 전술한 상기 휘장 형성 기술을 사용하여 형성된다.

단계(160)에서, 부분적으로 형성된 겹 적층부(50)가 상기 성형/경화 맨드렐(106)에 배치된다. 단계(162)에서는, 외부 코드(38)가 상기 성형/경화 맨드렐(106) 위에서 열간 휘장 성형된다. 다음으로 단계(164)에서, 상기 형성된 프레임부(36)가 경화 맨드렐(106)로 이송되고 내부 유리섬유 겹이 프레임부 위에 놓여진다. 다음으로 단계(166)에서는, 상기 카울 플레이트(139)와 상기 강화기(142)가 설치되고, 그 다음으로 조립체가 압력장치 경화의 준비로 진공 백으로 처리된다. 단계(168)에서는, 상기 프레임부(36)가 압력장치(미 도시)에서 경화되고, 그 이후 단계(170)에서 경화되고 완전히 형성된 상기 프레임부(36)에서 진공 백이 제거되고 디플래시(deflashed)된다. 상기 프레임부(36)는 수치제어 절단기를 사용하여 단계(172)에서 다듬어지고, 다듬어진 프레임부(36)는 단계(174)에서 통상적인 비파괴 평가기술을 사용하여 검사된다.

설명된 실시예는 Z 형상 단면을 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법의 사용을 예시하고, 여러가지 다양한 다른 형상화된 구조물이 가능하며, 하나 이상의 다리가 웹과 같은 구성요소로부터 밖으로 연장된다. 예를 들어, 도 24에 보인 바와 같이, 예시된 실시예는, 한정되지는 않지만 C자형(176), J자형(178), L자형(180), I자형(182), 변형된 L자형(184) 및 하나 이상의 U자형(186)의 형상과 같은 여러가지 다리 구조 또는 단면 형상을 가지는 형상화된 연속 구조물을 제조하는 데 채용될 수 있다.

이제, 실질적으로 일정한 폭의 일방향 수지함침 섬유 테이프로 형성된 겹 분절부(188)를 중첩하는 것을 사용하여 형상화된 겹(201)을 적층하는 다른 방법을 예시하는 도 25와 도 26을 참조한다. 상기 일정한 폭의 겹 분절부(188)는 표준 또는 비표준 테이프의 스풀(미 도시)로부터 풀려진 테이프로부터 절단될 수 있다. 도 25와 도 26에 보인 실시예에서, 상기 겹 분절부(188)는 실질적으로 직사각형 형태로 되어 있으나, 상기 겹 분절부(188)가 실질적으로 동일한 폭을 하지는 한, 어떠한 다른 형태도 가능하다. 상기 겹 분절부(188)는 바탕재(미 도시) 위에 놓여지고 적층될 형상화된 겹(201)의 형상화된 중앙선(192)을 따라 배치된다. 각각의 겹 분절부(188)는 나중에 다듬어질 연장부(200)를 형성하기 위하여 내부 코드(40)와 외부 코드(38)를 넘어 방사상으로 연장되어 상기 겹 분절부(188)에 의해 형성된 전체 겹(201)이 구조물인 상기 프레임부(36, 도 2)의 형상과 실질적으로 동일하다.

각각의 상기 겹 분절부(188)는 배치 공정 중에 극좌표계(190)에서 극점(39)으로부터 방사좌표 "r"을 갖도록 배열된 종방향 중앙선(194)을 구비한다. 각각의 중앙선(194)은, 여기서 때로는 곡률 축으로 지칭되기도 하는데, 도 25에서 "0°"로 표시된 기준선에 대하여 각도 "θ"를 형성한다. 극좌표계(190)는 구조물인 상기 프레임부(36, 도 2)의 하나 이상의 형상을 정의하기 위하여 사용된다. 본 실시예에 따르면, 일정한 폭의 테이프 분절부(188)는 서로에 대해 중첩되는 관계(191)로 놓여져서 중첩의 양이 바람직하게는 실질적으로 일정하게 유지된다. 각각의 겹 분절부(188)가 놓여질 때, 먼저 놓여진 인접한 분절부(188)로부터 약간의 각도(193, 도 26)만큼 배향된다. 상기 겹 분절부(188)를 중첩하는 관계(191)로 놓으면, 인접한 겹 분절부(188a, 188b)들이 내부 코드(40) 가까이에서 파이 형태의 겹침(196)이, 그리고 외부 코드(38) 가까이에서는 파이 형태의 간격(198)이 형성된다. 상기 겹침(196)과 간격(198)은 상기 테이프 분절부(188)의 폭을 변경함으로써 특별한 적용상의 구조적 요구를 맞추도록 조절될 수 있다. 이상에서 설명한 일정한 폭의 적층 방법은 비교적 빠른 속도로, 심지어 작고 심하게 형상화된 복합재 구조물에 대해서도 0 아닌 겹들의 적층을 가능하게 한다.

도 26에 잘 도시된 바와 같이, 상기 겹침(196)은 일반적으로 겹(201)의 중앙선(192)으로부터 이어지고 겹침(196)의 폭(204)은 상기 중앙선(192)으로부터 거리가 증가함에 따라 점점 커진다. 비슷하게, 인접한 겹 분절부(188a, 188b) 사이의 상기 간격(198)의 폭(202)은 상기 중앙선(192)으로부터 거리가 증가함에 따라 점점 커진다. 본 실시예에 따르면, 상기 겹침(196)과 간격(198)은 실질적으로 최소화된다. 도 11에 보인 실시예에 사용된 원주 절단 테이프 분절부(74)와 대조적으로, 일정한 폭의 단순 단부 절단 겹 분절부(188)의 사용은 상기 겹침(196)과 간격(198)을 최소화하는 미리 정해진 방식으로 겹 분절부(188)를 배치하기 위하여 (후술할) 자동화된 장치의 사용을 편리하게 한다.

위에 설명한 바와 같이 일정한 폭의 겹 분절부(188)를 중첩 배치하는 것은 상기 겹침(196)과 간격(198)에 의해 정의된 실질적으로 균일하게 변위된 불연속성을 갖는 겹(201)을 생성한다.

상기 테이프 분절부(188)를 위해 선택된 폭은 적용예에 따라 달라진다. 겹침(196)이나 간격(198)을 줄이기 위하여 더 좁은 테이프 분절부(188)가 사용될 수 있을 것이다. 비슷하게, 적층 속도를 증가시키기 위하여 더 넓은 테이프 폭이 채택될 수 있을 것이다. 45 도 겹(201)을 위한 겹침(196)과 간격(198)은 겹 분절부(188)를 +/- 60 도 배향으로 변경시킴으로써 감소될 수 있다.

도 27을 참조하면, 각 테이프 분절부(188)의 중첩되는 단부(200)는 각각 내부 코드(40)과 외부 코드(38)의 바깥 윤곽과 실질적으로 일치시키기 위하여 각도 'Φ'로 절단 단부(206)에서 절단될 수 있다. 따라서 상기 분절부(188)의 절단 단부(206)는 실질적으로 상기 프레임부(36, 도 2)의 윤곽을 따르고 상기 분절부(188)는 일반적으로 사다리꼴 형상이 된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 겹 분절부(188)는, 상기 프레임부(36, 도 2)의 형상에 관련된 극좌표 상의 배향으로 상기 중앙선(194)을 정렬시키는 도 28에 도시된 자동 테이프 배치 장치(208)를 사용하여 바탕재(미 도시) 위에 배치될 수 있다. 도 28을 참조하면, 상기 자동 테이프 배치장치(208)는, 툴이 될 수 있는 바탕재(213)의 형상에 대하여 선회 운동을 위한 갠트리(214, gantry) 위에 장착된 선회식 테이프 배치 헤드(210, 212)는, 상기 테이프를 정해진 길이로 절단하고 절단된 테이프를 상기 바탕재(213) 위에 배치하는 절단 및 배치장치(미 도시)와 함께 복합재 테이프(미 도시)의 공급을 제공한다. 상기 테이프 헤드(210, 212) 및/또는 상기 바탕재(213)는 서로에 대하여 이동하여 상기 테이프 헤드(210, 212)가 상기 바탕재(213)를 가로지르고 자동적으로, 통상 CNC 제어기(미 도시)의 제어 하에 복합재 테이프를 배치한다. 적절한 자동 테이프 배치장치(208)에 대한 자세한 사항은 미국특허 US7,137,182호에 기재되어 있다.

이제, 하나 이상의 다리를 구비하는 형상화된 복합재 구조물을 제조하는 방법의 전 단계를 나타내는 도 29를 참조한다. 겹(201)이 일련의 단계(26) 속에 놓이게 되는데, 이 단계는 일정한 폭의 일방향 수지함침 섬유 테이프를 원하는 길이로 절단함으로써 상기 겹 분절부(188)를 제조하면서 단계(218)로 시작한다. 다음으로 단계(220)에서, 상기 분절부(188)는 상기 복합재 구조물의 형상을 따라 중첩되는 관계로 나란하게 바탕재 위에 배치된다. 이러한 배치 공정 중에, 상기 겹 분절부(188)의 종방향 중앙선(194)은 상기 복합재 구조물의 형상과 관련하여 극좌표 배향으로 정렬된다. 단계(222)에서, 인접한 분절부(188a, 188b) 사이의 상기 겹침(196)과 간격(198)은 제어된다. 통상적으로, 이 제어는, 도 28에 보인 형태인 자동화된 테이프 배치 장치를 사용할 때, 자동적으로 실행된다.

단계(224)에서, 각각 완전한 겹(201), 또는 겹(201) 적층은 필요에 따라 최종적인 형태로 마무리된다. 단계(226)에서, 하나 이상의 다리를 형성하는 단계를 구비하는, 앞에서 설명한 기술을 사용하여, 완성된 겹 적층부(50, 도 8)은 정해진 형상으로 성형될 수 있다. 최종적으로, 단계(228)에서는, 형상화된 상기 겹 적층부(50)가 밀착되고 경화된다.

앞에서 설명한 바와 같이, 도 1과 도 2에 보인 상기 프레임부(36)와 같은 형상화된 복합재 구조물이 상대적으로 실질적인 곡률을 가지는 어떤 적용예에서는, 내부 다리와 외부 다리 즉, 내부 코드(40)와 외부 코드(38)가 형성된 후에 이 내부 코드(40)와 외부 코드(38) 위에 0 도 겹(52, 도 9)를 배치하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 공정 요건은 0 도 겹(52, 도 9)에서의 섬유가 실질적으로 비연성(inextensible) 즉, 작은 반경에서 더 큰 반경으로 형성하는 도중에 늘림에 의하여 길이가 실질적으로 변하지 않는다는 사실로부터 기인된다. 비슷하게, 0 도 겹(52)들에서의 섬유는 큰 반경으로부터 작은 반경으로 형성되는 도중에 압축을 통해 길이가 실질적으로 변하지 않을 것이다. 그리하여, 큰 반경에서 작은 반경으로 형성될 때, 0 도 섬유들이 서로들 위로 쉽게 미끄러지지 않아 성형 동안에 섬유들이 실질적으로 평면 내에 유지될 수 있게 하기 때문에, 상기 0 도 겹들은 찌그러지거나 굽혀지거나 주름지고 웨이브질 수 있다. 결국, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 상술한 제조 방법은, 0 도 아닌 겹들을 배치하고 형성하는 것과 달리, 0 도 겹(52)들을 배치하기 위한 다단계 공정을 요구한다.

그러나, 이하에서 설명할 형상화된 복합재 구조물인 프레임부(36, 도 1 및 도 2)를 제조하기 위한 다른 방법에 따르면, 하나 이상의 0 도 겹(52)을 포함하는 평평한 겹 적층부(50) 또는 작업물(도 5 및 도 21)은 단일 성형 고정으로 하나 이상의 만곡된 다리인 내부 코드와 외부 코드(40, 38)로 형성될 수 있고, 그리하여 상기 내부 코드와 외부 코드(40, 38)가 형성된 후에 별도의 단계로 상기 내부 코드와 외부 코드(40, 38) 위에 0 도 겹들을 놓을 필요성을 회피할 수 있게 된다. 도 30을 참조하면, 평평한 복수 겹의 수지함침 섬유 작업물로서 때로 여기서는 적층부(230)는 그 위에 놓여진 0 도 겹(231)을 구비한다. 앞에 설명한 평평한 작업물과 비슷하게, 작업물인 적층부(230)는 다수의 0 도 아닌 겹들(도 30에 도시 안됨)을 구비할 수 있는데, 상기 겹들은, 곡률반경(R)에 의하여 정의된 형상화된 구조물인 프레임부(36)의 곡률(250)의 축에 대하여 각각의 겹들의 부분을 정렬하기 위하여 전술한 방법에 따라 극좌표계를 사용하여 적층된다.

상기 평평한 작업물인 적층부(230)는 중앙 웹 부분(232), 내부 다리부분(234) 및 외부 다리부분(236)을 구비하는데, 이들은 도 2에 보인 형상화된 복합재 구조물 즉 프레임부(36)의 웹(42), 내부 다리인 내부 코드(40) 및 외부 다리인 외부 코드(38)로 각각 형성된다. 상기 적층부(230)는 스트링거(32, 도 1)나 다른 구조물을 수용하기 위한, 앞에서 설명한 절취부(235)를 구비하거나 구비하지 않을 수도 있다. 이 실시예에서, 0 도 겹(231) 위의 상기 웹 부분(232)과 외부 다리부분(236)은 여기서 연속된 토우(238)라 칭하는 연속된 슬릿 테이프 토우(238, slit tape tows)에 의하여 형성된다. 그러나, 상기 0 도 겹(231)의 상기 내부 다리부분(234)은, 연속된 토우 재료를 "작동 중에(on-the-fly)" 수작업으로 또는 AFP 장치(58, 도 7)를 사용하여 꼬리물기식으로 배치된 토우 분절부(240)로 선택적으로 절단함으로써 형성된 토우 분절부(240)의 일련의 나란한 스트립(233)에 의하여 형성된다. 이 실시예에서, 인접한 토우 분절부(240)의 단부(241)는 약간 떨어져서 각각의 스트립(23)에서 토우 분절부(240) 사이에 간격(24)을 형성한다. 그러나, 아래에서 후술하듯이, 인접한 토우 분절부(240)의 단부(241)는 서로 밀접하거나, 상기 적층부(230)가 형성되기 전에 서로 겹쳐질 수 있다. 배치 동안에, 상기 연속된 토우(238)와 토우 분절부(240)의 스트립(233)은 놓여질 때 조종되어서 상기 곡률 축(250)과 정렬될 수 있도록 한다.

도 31은, 각각의 스트립(233)에서 토우 분절부(240)의 인접한 단부(241)가 엇갈린 패턴으로 배치되어 인접한 단부(241)들의 만남이 연속적으로 더 큰 거리로 일어나는 방식으로 되어 있는 0 도 겹(231)을 나타낸다. 이런 식으로 상기 분절부를 엇갈리게 배치하는 것은 경화된 구조물의 압력, 인장 및 전단 강성에 대한 어떠한 부정적인 영향도 감소시킨다. 도 32는, 상기 토우 분절부(240)의 인접한 단부의 만남이 스트립에서 스트립(233)으로 어느정도 불규칙하게 배치되었으나 인접한 단부(241)들 사이의 만남이 서로에게 정렬되지 않은 상태에 있는 다른 엇갈림 패턴을 나타낸다.

이제, 도 33과 도 34를 참조하면, 만곡된 성형 툴(244)은 만곡된 상부 툴 표면(246)과, 곡률 반경(R)과 아크 길이(254)를 갖는 연속되고 오목한 툴 표면(248)을 구비한다. 단순하게 도시하기 위하여, 단일 0 도 겹(231)이 상기 툴(244)에 형성되는 것으로 나타나 있으나, 상기 겹(231)은 도 30에 도시한 것과 유사한 복수 겹의 적층부(230)의 일부를 형성학, 외부 다리부분(236)이나 절취부(235)를 갖지 않는다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 상기 겹(231)의 웹 부분(232)은 상기 툴(244)의 곡률 축(250)에 대하여 0 도 배향을 갖는 연속된 토우(238)를 포함한다. 상기 겹(231)의 내부 다리부분(234)은 토우 분절부(240)의 일련의 나란한 스트립(233)을 포함하고 화살표(252)로 표시된 방향으로 상기 오목한 툴 표면(248)을 향해 아래로 성형된다.

상기 성형 공정 동안에, 상기 내부 다리부분(234) 내의 토우 분절부(240)의 섬유는 서로에 대해 미끄러져 최적하게 밀착되는 형태로 되어, 실질적으로 찌그러짐이나 휨이니 구겨짐 또는 웨이빙 현상이 없이 상기 내부 다리부분(234)을 상기 오목한 툴 표면(248)에 맞추어지도록 된다. 상기 적층부(230)의 상기 내부 다리부분(234)에서 상기 토우를 토우 분절부(240)로 절단하는 것은 상기 내부 다리부분(234)에서의 섬유가 분리 또는 겹침에 의하여 효과적으로 길이를 변경할 수 있도록 하여, 상기 평평한 적층부(230)가 평평한 형태에서 상기 오목한 툴 표면(248)에 상응하는 형상화된 형태로 기하학적인 변형을 할 때 상기 섬유 내에서 유발된 압축 및/또는 인장을 완화하게 된다. 일반적으로, 상기 토우 재료를 꼬리물기식으로 놓이는 토우 분절부(240)로 선택적으로 절단하는 기술은 평평한 적층부(230)의 어떠한 부분에 0 도 겹을 적치하기 위하여 사용될 수 있는데, 상기 섬유는 성형하는 동안 이론적으로 그 길이는 변화되고 평평하게 평면 내에서 유지되도록 요구된다.

도 35에 잘 나타나 있는 것처럼, 상기 토우 분절부는 성형 동안에 상기 토우 분절부(240) 사이에서 최대의 미리 선택된 간격(242)을 성취하기 위하여 변화될 수 있는 아크 길이(L)를 가질 수 있다. 구조물의 반경(R)을 알고 아크 길이(248, 도 33)을 알면, 가장 짧은 토우 분절부의 아크 길이(L)을 계산할 수 있다. 형상화된 구조물의 반경(R, 도 34)이 증가할 때, 상기 웹 부분(232)에서 형성된 상기 내부 다리부분(234)으로의 섬유 길이의 차이는 줄어들고, 상기 섬유는 인장과 압축력에 의하여 덜 영향받는다. 결과적으로, 더 큰 구조물의 반경(R)이 사용될 때, 더 큰 분절부 아크 길이(L)가 사용될 수 있다. 다른 예로서, 도 36에 보인 바와 같이, 성형 동안에 토우 분절부(240)가 확실하게 겹치지 않도록 하기 위하여 상기 내부 다리부분(234)가 형성되는 곡률 축(250)으로부터 거리가 증가할수록 간격이 증가하면서, 실질적으로 일정한 길이를 가지나 변화되는 분절부 사이의 간격(G1, G2, G3)을 갖는 토우 분절부(240)를 적용하는 것이 가능하다. 미리 결정되는 상기 토우 분절부의 길이(L)는, 형상화된 구조물의 곡률 반경(R)과, 분절부 사이 간격(G)의 최대 허용치, 상기 내부 다리부분(234)의 오목성 또는 볼록성, 다리 불연속성 즉, 겹침과 경사의 정도, 사용되는 토우의 폭, 및 수지 시스템의 층간 전단 능력을 바탕으로 결정된다. 상기 0 도 이음부 분리가 경화된 구조물의 구조적 하중 수용능력을 해치지 않으면서 충전물의 성형성을 최대화하도록 분절된 토우 전략이 선택될 것이다.

도 37과 도 38은 툴(256)의 오목한 표면 위로 0 도 겹(231)의 외부 다리부분(236)을 성형하기 위한 툴(256)을 도시한다. 이 실시예에서, 상기 0 도 겹(231)의 상기 외부 다리부분(236)은 고정된 아크 길이(L, 도 35)와 분절부 사이 간격(242)을 갖는 토우 분절부(240)를 포함한다. 상기 툴(256)의 오목한 표면 위로 큰 반경으로부터 작은 반경으로 상기 외부 다리부분(236)의 형성 동안에, 상기 분절부(240)는 상기 외부 다리부분(236)의 압축에 의해 서로에 대하여 이동하게 되고, 그리하여 상기 간격의 크기를 줄이거나 인접한 분절부(240)를, 도 38에 보인 바와 같이, 서로에 대해 맞닿게 하거나 거의 맞닿는 관계로 가져간다. 상기 툴의 표면으로 상기 외부 다리부분(236)을 형성한 다음에, 상기 간격(242)의 크기는, 상기 외부 다리부분(236)이 형성될 축(265)으로부터 상기 분절부(240)의 거리에 따라 변할 수 있다.

성형에 이어서 다리부분(234, 236)에서 상기 토우 분절부(240)의 인접한 단부(241)들 사이의 상기 간격(242)의 크기는, 상기 분절부가 상기 평평한 작업물 적층부(230)인 충전물 위에 절단되어 놓여질 때, 상기 분절부(240) 사이의 간격이나 겹침에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 도 39a는 0 도 겹(231)의 내부 다리부분(234)을 나타내는데, 테이프 분절부(240)의 인접한 단부(241)들이 결합부(258)에서 맞닿거나 거의 맞닿아 있으나, 도 39B에 보인 바와 같이, 작은 반경으로부터 더 큰 반경으로 상기 다리부분(234)이 이동할 때, 인접한 단부(241)들 사이에 간격(242)을 생성하기 위하여 형성하는 도중에 벌어질 것이다. 특별한 적용예에 대하여 사용된 분절부 형성 전략에 따라, 상기 토우 분절부(240)의 상기 단부(241)들 사이의 맞닿음, 간격 또는 겹침이 내외부 다리부분(234, 236)의 어느 쪽에 생성될 수 있다.

도 40A는 내부 다리부분(234) 위의 토우 분절부 간격(242)을 최소화할 수 있는 다른 분절 전략을 나타낸다. 이 전략을 사용하면서, 상기 토우 분절부(240)들의 상기 단부(241)들은 성형하기 전에 초기에 지점(243)에서 겹치도록 놓여진다. 그러나, 성형 동안에, 인접한 토우 분절부의 단부 (241)들은, 도 40B에 보인 것처럼, 떨어져 이동하거나 맞닿은 결합부(258)를 형성할 수 있다.

도 40c는 0 도 겹의 외부 다리부분(236)을 나타내는데, 테이프 분절부(240)의 인접한 단부(241)들이 그 사이에 분절부 간격(243)을 갖고 놓여진다. 큰 반경에서 더 작은 반경으로 상기 외부 다리부분(236)의 성형 동안에, 상기 테이프 분절부(240)는, 도 40d에 보인 결합부(258)에서, 서로를 향하여 맞닿거나 거의 맞닿은 관계로 이동한다. 도면에 도시되지는 않았지만, 분절부 사이 간격(243)은, 상기 외부 다리부분(236)의 성형에 이어서 상기 테이프 분절부(240)의 인접한 단부(241)들이 서로 겹치도록 선택될 수 있다.

이제, 적어도 하나의 0 도 겹(231)을 구비하는 복합재 겹의 평평한 적층부(230)를 사용하여 적어도 하나의 만곡된 다리인 내외부 코드(40, 38)를 갖는 형상화된 복합재 구조물(36, 도 2)을 제조하는 방법의 단계를 개략적으로 나타내는 도 41를 참조한다. 단계(260)에서, 0 도 아닌 겹들의 평평한 적층부(230)를 일방향 수지함침된 분전부(188, 도 25)를 사용하여 쌓으며, 여기서 각각의 상기 분절부(188)는 극좌표계(190, 도 25) 내에서 정의될 수 있는 구조물의 곡률축(250)과 정렬된다. 단계(262)에서, 적어도 하나의 0 도 겹(231)이 상기 평평한 적층부(230) 위에 놓여지는데, 만곡된 내외부 코드(40, 38, 도 2)로 성형될 상기 적층부(230)의 내외부 다리부분(234, 236)에 꼬리물기식으로 놓이는 일방향 수지함침 토우의 분절부를 쌓는 단계를 포함한다. 단계(263)에서, 상기 토우 분절부(240)를 포함하는 적층부의 상기 내외부 다리부분(234, 236)은 상기 구조물 즉, 프레임부(36)의 만곡된 다리인 내외부 코드(40, 38)로 형성된다.

이제, 도 2에 보인 프레임부(36)와 같은 2 개의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 형성하기 위한 장치(264)의 한 형태를 나타내는 도 42 내지 도 45를 참조하는데, 여기서 상기 다리는 만곡된 내부 다리인 내부 코드(40)와 만곡된 외부 다리인 외부 코드(38)를 구비한다. 상기 충전물인 적층부(230)는, 앞에서 설명한 것과 유사하고, 0 도 아닌 겹들과 하나 이상의 0 도 겹(231)을 구비하며, 상기 하나 이상의 0 도 겹은 실질적으로 찌그러짐이나 휨이니 구겨짐 또는 웨이빙 현상이 없이 다리부분(234, 236)을 형성하는 것을 돕는 토우 분절부(240)를 포함한다. 이하에서 자세히 설명되듯이, 상기 형성 장치(264)는 단일 성형 공정으로 실질적으로 동시에 상기 적층부(230)의 상기 내외부 다리부분(234, 236)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 상기 장치(264)는 실질적으로 평평한 베이스(268) 위에 장착된 툴 조립체(266)와, 공기주머니 형태의 진공 백(270)을 구비한다. 상기 진공 백(270)은 상기 베이스(268)에 선회가능하게 고정된 둘레 프레임(272)에 장착된다. 상기 백(270)은, 상기 프레임(272)이 상기 베이스(268)로 아래로 선회될 때 상기 백(270)과 상기 베이스(268) 사이에 진공 밀봉을 형성하는 주변부 밀봉(275)을 구비한다. 상기 툴 조립체(266)는, 선형 액츄에이터(280)에 의하여 맨드렐(274) 위에서 선형 운동을 위하여 양단부에 장착된 만곡된 성형 툴(276)과 만곡된 정지 툴 맨드렐(274)을 구비한다. 상기 성형 툴(276)은 내외부 다리부분(234, 236)을 성형하는 동안 상기 적층부(230)의 웹 부분(232)을 지지하는 안정화 장치로서 작용을 한다.

상기 맨드렐(274)은 세 개의 연속된 표면(284, 286, 288)을 구비하는데, 이에 대하여 평평한 적층부(230, 도 43)이 성형될 수 있다. 상기 맨드렐(274)은 만곡된 상부의 평평한 표면(282)을 추가로 구비하며, 그 위에 아래에서 후술할 목적을 위한 전기 히터 스트립(290)을 구비한다. 상기 성형 툴(276)은 두 개의 만곡된 표면(276a, 276b, 도 43)을 구비하는데, 이들은 각각 상기 맨드렐(274)의 툴 표면(284, 286)과, 2차원으로 만곡된 외부 표면을 향한다. 상기 선형 액츄에이터(280)는 상기 성형 툴(276)을 도 43에 보인 상승된 적재/하역 위치에서 도 44에 도시된 닫힌 성형 위치로 이동시키기 위하여 동력으로 작동될 수 있다. 도 43에 보인 상승된 위치에 있는 성형 툴(276)로 상기 평평한 복합재 적층부(230)가 도 43에 보인 것과 같이, 상기 맨드렐(274)의 상부 표면(282) 위와 상기 성형 툴(276) 위의하부 표면(276b) 아래로 배치된다.

상기 툴 조립체(266)는 추가로 전면 툴 표면(288)의 바닥 테두리를 따라 다수의 미끄럼 지지대(292)를 구비한다. 각각의 지지대(292)는 도 43에 보인 것과 같이 베이스 툴인 상기 맨드렐(274) 내부의 수축된 위치로부터 도 44에 보인 바와 같은 연장된 위치로 미끄러진다. 충전물인 적층 성형 블럭(296)은 각각의 지지대(292)에 착탈가능하게 부착되어 상기 적층부(230)의 외부 다리부분(236)을 성형하는 것과, 상기 진공 백이 상기 툴 표면(288) 위로 상기 외부 다리부분(236)을 눌러 성형할 때 상기 진공 백(270)의 변형을 안내하는 것을 돕게 된다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 확장가능한 방출 재료가 상기 적층부(230)가 성형되도록 미끄러지게 하고, 상기 맨드렐(274)이나 상기 성형 툴(276)에 달라붙지 않도록 도우는 데 사용될 수 있을 것이다.

이제, 한 쌍의 만곡된 다리인 내외부 코드(40, 38)을 갖는 만곡된 복합재 구조물인 프레임부(36)를 제조하는 단계를 나타내는 도 46을 참조한다. 개략적으로, 상기 방법은 맨드렐(274) 위에 평평한 적층부(230)를 배치하는 단계(298)와, 상기 적층부(230)를 만곡된 웹(42)에 의해 연결된 한 쌍의 만곡된 다리인 내외부 코드(40, 38)로 형성하기 위하여 상기 맨드렐(274)을 사용하는 단계(300)를 포함한다. 더욱 특별하기로는, 평평한 적층부(230)를 상기 맨드렐(274)에 배치하는 단계(302)에서 시작하여 상기 적층부를 상기 성형 툴(276)과 상기 맨드렐(274)의 각각의 표면(276b, 282) 사이에서 안정화시키게 된다. 다음으로, 가열 단계(304)에서, 상기 내부 다리부분(234)이 성형 전에 함침된 수지의 점성을 낮추기 위하여 상기 히터 스트립(290)을 사용하여 정해진 성형 온도로 가열된다.

도면에 도시되지 않았지만, 추가의 전기 가열부재가 상기 진공 백(270) 위나 아래에 그리고 성형될 내외부 다리부분(234, 236)에 대해서 설치되어, 이들 영역을 성형전에 가열할 수 있게 한다. 다음으로, 선형 액츄에이터(280)를 활성화하는 단계(306)가 실행되어 상기 성형 툴(276)을 아래로 이동시켜 상기 평평한 적층부(230)를 맨드렐 표면(284, 286) 위로 압착시킨다. 상기 성형 툴(276)을 아래로 이동시킬 때, 상기 평평한 적층부(230)가 상기 툴 표면(284, 286)에 대하여 인장 하에서 열간 휘장성형되어, 상기 웹(42, 도 1)과 제1, 내부 코드(40)을 형성하는 단계(308)가 수행된다. 그 다음의 단계(310)에서, 상기 적층부(230)의 상기 웹 부분(232)과 상기 내부 다리부분(234, 도 30)이 상기 성형 툴(276)과 상기 맨드렐(274) 사이에서 계속 고정된다. 그 다음으로 단계(312)에서, 상기 프레임(272)이 상기 베이스(268) 위로 내려져 상기 진공 백(270)과 상기 베이스(268) 사이에 진공 밀봉을 생성하는 단계(312)가 실행된다. 이어서 단계(314)에서, 상기 진공 백(270)에 진공이 인가되는 단계(314)가 실행된다. 단계(316)에서, 상기 진공 백(270)에 인가된 진공이 상기 진공 백(270)이 상기 적층부(230)의 외부 다리부분(236)으로 누르도록 작용시키는 단계(316)가 실행된다. 상기 진공 백(270)의 하방 이동은 부분적으로 상기 성형 툴(276)의 만곡된 표면(278)에 의하여 안내되고, 상기 적층부(230)의 상기 외부 다리부분(236)에 압력을 인가하기 위하여 진공 백(270)을 안내하고 상기 맨드렐(274)의 전면 툴 표면(288) 위에 외부 다리부분(236)을 성형하는 성형 블럭(296)에 의하여 안내된다. 도 46에는 도시되지 않았지만, 상기 툴 조립체(266)는 성형된 적층부를 경화시키기 위하여 경화 툴로서 사용될 수도 있다.

이제 도 47과 도 48을 참조하면, 성형 셀(318)이 평평한 복합재 겹 적층부 또는 충전물인 적층부(230)를 복수의 내외부 코드(40, 38)를 갖는 도 1에 도시된 것과 같은 형상화된 복합재 구조물로 열간 휘장성형(hot drape form)하는데 사용될 수 있는데, 여기서 내외부 코드(40, 38)는 단일 성형 공정으로 실질적으로 동시에 형성된다. 상기 적층부(230)는 도 30 내지 도 41과 관련하여 앞에서 설명한 것과 유사하다. 상기 성형 셀(318)은, 예컨대, 이에 한정되지는 않고, 다양한 배향과 아크 길이 및 전체적인 기하형태를 가지는 C, J, L, Z, V, 및 I자형 단면을 갖는 복수의 코드 또는 다리로 형상화된 복합재 구조물을 형성하는 데 사용될 수 있다. 도 42 내지 도 45에 예시된 상기 성형 장치(264)와 같이, 상기 성형 셀(318)을 사용하면 쌓음과 성형 단계들 사이에 상기 적층부(230)를 옮기거나 이송할 필요성을 제거할 수 있다. 또한, 도 42 내지 도 45에 예시한 성형 장치(264)와 같이, 상기 성형 셀(318)은 웹 섬유가 성형 공정 중에 직접 성형되도록 놓이게 되고, 보조적인 성형이나 가열 공정을 필요로 하지 않는다.

상기 성형 셀(318)은 프레임(324)에 지지된 한 쌍의 매치된 툴 절반부(320, 322)를 포함한다. 상부 툴 절반부(320)는, 상부 절반부(320)에 결합된 샤프트를 구비하는 선형 액츄에이터(328)에 의하여 하부 툴 절반부(322) 쪽으로 및 이로부터 멀어지는 선형운동을 하도록 장착된다. 상기 상하부 툴 절반부(320, 322)는 진공 연결부(330)가 구비되는데, 이 진공 연결부는 아래에서 설명될 것인데, 상기 평평한 복합재 적층부(230)에 만곡된 다리 또는 코드를 형성하기 위하여 진공을 인가하기 위한 진공원(미 도시)에 결합된다.

이제, 도 49를 참조하면, 상기 상하부 툴 절반부(320, 322)는 각각 상하부의 둘레 프레임(332,333)를 구비한다. 상기 프레임(332, 333)들은 측면벽(332b, 333b)에 연결된 단부벽(332a, 333a)을 각각 구비한다. 상기 측면벽(332b)은 상기 하부 프레임(333)의 측면벽(333b)에 있는 주변 홈(334) 내부에 배치된 주변 밀봉(336)과 정렬된다. 아래에서 설명되듯이, 상기 상부 프레임의 측면벽(332b)는, 상기 상하부 툴 절반부(320, 322)가 닫혀질 때, 상기 홈(334) 내에 수용되어, 진공 밀봉을 형성한다. 상기 상하부 툴 절반부(320, 322)는 각각, 결합되는 상하부의 맨드렐(338, 340)을 구비한다. 상기 맨드렐(338, 340)은 각각 마주보는 툴 표면(338a, 340a)을 구비하는데, 이들 사이에 상기 적층부(230)의 웹 부분(232)이, 아래에서 설명되듯이, 클램핑될 수 있다. 상기 상부 맨드렐(338)은 성형 표면(338b)을 구비하여, 그 위에서 상기 적층부(230)의 외부 다리부분(236)이 성형된다. 비슷하게, 상기 하부 맨드렐(340)은 성형 표면(340b)을 구비하여, 그 위에서 상기 적층부(230)의 내부 다리부분(234)이 성형된다.

상기 상부 툴 절반부(320)는 클램프(352)와 맨드렐(338) 사이에 뻗어 있는 진공 백(346)을 구비한다. 진공 백(346)은 상기 적층부(340)의 다리 부분(234) 위에 놓여져, 도 50에 보인 바와 같이, 상기 상하부 툴 절반부(320, 322)가 닫혀질 때, 제1 진공 체임버(347)를 형성한다. 비슷하게, 제2 진공 백(348)은 클램프(350)와 하부 맨드렐(340) 사이에 뻗어 있다. 상기 진공백(348)은 상기 적층부(340)의 다리 부분(236) 아래에 놓여져, 도 50에 보인 바와 같이, 상기 상하부 툴 절반부(320, 322)가 닫혀질 때, 제2 진공 체임버(345)를 형성한다. 전기 히터 스트립(342, 344)이 상기 적층부의 다리부분을 성형온도까지 가열하기 위하여 각각 다리부분(234, 236) 위치에 대응하게 상기 진공 백(346, 348) 위에 놓일 수 있다. 상기 상부 툴 절반부(320)의 부분을 성형하는 성형 보조부재(354)와 같은 하나 이상의 성형 보조물이, 진공 백들이 성형 공정 동안 진공압 하에서 변형할 때, 진공 백(346, 348)의 형상화를 돕기 위해 채용될 수 있다.

도 50은, 상기 진공 체임버(345, 347)에 진공이 인가되기 전에, 닫히고 밀봉된 상기 상하부 툴 절반부(320, 322)를 나타낸다. 상기 상하부 툴 절반부(320, 322)가 닫혀졌을 때, 상기 적층부(230)의 웹 부분(232)이 클램프되고 상기 상하부 맨드렐(338, 340) 사이에서 고정된다. 이 점에 있어서, 상기 히터 스트립(342, 344)이 상기 적층부(230)의 다리부분(234, 236)을 적절한 성형 온도까지 가열하기 위하여 활성화될 수 있다.

도 51은 진공이 진공 체임버(345, 347)에 인가되고 나서 상기 진공 백(346, 348)의 위치를 나타낸다. 인가된 진공은 상기 진공 백(346, 348)을 각각 진공 체임버(347, 345) 쪽으로 빨아들이고, 다리부분(234, 236)에 압력을 가하고, 다리부분(234, 236)을 각각 맨드렐(338, 340)의 툴 표면(338b, 340b) 위로 눌려져 형성되도록 한다. 하나 이상의 상기 성형 보조부재(354)가, 성형 공정 중에 상기 적층부의 상기 다리부분(236)에 대하여 상기 진공 백(348)을 빨아내리는 것을 보조하고 안내하기 위하여 채용될 수 있다. 단일의 성형 공정으로 실질적으로 동시에 또는 순차적으로 상기 다리부분(234, 236)을 성형하기 위하여 진공이 상기 진공 체임버(345, 347)에 순차적으로 또는 동시에 걸릴 수 있다. 상기 적층부(230)가 완전히 성형되었을 때, 상기 진공은 상기 진공 체임버(345, 347)에서 해제될 수 있고, 이어서 상기 진공 백은 도 50에 보인 위치로 되돌아 오게 되고, 제1, 제2 툴 절반부인 상하부 툴 절반부(320, 322)는 열려져서 성형된 부품을 꺼낼 수 있도록 한다.

도 52는, 도 47 내지 도 51에 보인 형태의 성형 셀(318)을 사용하여 두 개의 만곡된 다리인 내외부 코드(40, 38)을 갖는 형상화된 복합재 프레임부(36, 도 2)를 성형하는 방법의 전체 단계를 보여준다. 단계(356)에서 시작하여, 평평한 적층부(230)의 웹 부분(232)을 제1 툴 절반부의 맨드렐(340)에 배치한다. 그리고 단계(358)에서, 제1, 제2 툴 절반부(320, 322)가 닫혀지고 밀봉된다. 단계(360)에서, 상기 적층부(230)의 상기 웹 부분(232)이 상기 제1, 제2 툴 절반부(320, 322)의 두 개의 맨드렐(338, 340) 사이에서 클램프되어, 연속되는 성형 작업 동안에 상기 적층부를 고정하고 안정화시킨다. 단계(362)에서, 상기 적층부(230)의 상기 다리부분(234, 236)의 하나 또는 둘 모두는 가열되고, 이어서, 단계(364)에서, 진공이 각각의 진공 체임버(345, 347)에 걸리게 되고, 각각 제1, 제2 툴 절반부(320, 322)의 부분을 성형하게 된다. 단계(366)에서, 상기 진공 백(346, 348)에 걸린 진공은 각각 상기 진공 백(346, 348)이 상기 적층부(230)의 상기 다리부분(234, 236)을 맨드렐 툴 표면(338b, 340b) 위로 쓸어 눌러서 도 2에 보인 형상화된 복합재 프레임부(36)의 두 개의 다리인 내외부 코드(40, 38)을 형성하도록 한다. 단계(368)에서, 하나 이상의 성형 보조부재(354)가 성형 공정 동안에 진공 백(348)이 상기 적층부(230)에 인장을 유지하는 데 도우기 위하여 사용될 수 있다. 단계(370)에서, 진공이 해제되고, 이어서, 단계(372)에서, 상기 툴 절반부(320, 322)들이 개방되어, 성형된 부품을 단계(374)에서 꺼낼 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예는 다양한 잠재적인 적용예에 사용될 수 있는데, 특히 예컨대, 항공우주 산업, 선박 및 철도 등을 포함하는 수송 산업에 적용될 수 있다. 이제 도 53과 도 54를 참조하면, 본 발명의 실시예는 도 53에 보인 바와 같이 항공기 제조 및 운항 정비 방법의 전반에 사용될 수 있고, 도 54에 보인 바와 같이 항공기(378)에 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예의 항공기에 적용은, 예를 들어, 이에 제한되지 않고, 일부만 거론해 보면 스티프너(stiffeners), 빔(beams), 및 스트링거(stringers)와 같은 복합 보강부재를 포함한다. 예비 생산 동안에, 예시적인 방법(376)은 항공기(378)의 시방서 작성과 디자인 단계(380)과, 공개된 형상화된 구조물이 항공기(378)에 사용되기 위해 특정되는 재료 구입단계(382)를 포함한다. 생산 동안에, 구성부재와 소조립체를 제조하는 단계(384)와 항공기(378)의 시스템 통합 단계(386)가 수행되고, 여기서 여러가지 구성부재와 소조립체들이 공개된 방법을 사용하여 제조된다. 그 이후에, 항공기(378)는 운항 서비스(390)에 투입되기 위하여 증명과 인도단계(388)를 거치게 된다. 고객에 의하여 운항 서비스 동안에, 항공기(378)는 통상정인 정비 보수 서비스 단계(392)가 계획되고 (여기에는 개량, 재구성, 재정비 등을 포함한다), 공개된 형상화된 구조물의 사용을 포함한다.

상기 방법(376)의 각각의 공정은 시스템 통합자, 제3자, 및/또는 오퍼레이터(예컨대 고객) 등에 의하여 실행되거나 수행될 수 있다. 이런 설명의 목적을 위해, 시스템 통합자는 어떠한 한정이나 제한없이, 항공기 제조사, 주요 시스템 하청업자를 포함하고; 제3자는 어떠한 제한없이 판매회사, 하청업자, 및 공급업자를 포함하고; 오퍼레이터는 항공사, 대여회사, 군대, 서비스 단체 등을 포함할 수 있다.

도 54에 보인 바와 같이, 실시예의 방법(376)에 의해 제조된 상기 항공기(378)는 다수의 시스템(396)과 인테리어(398)를 구비한 에어프레임(394)를 구비한다. 하이 레벌의 시스템(396)의 예는 하나 이상의 추진 시스템(400)과, 전기 시스템(402), 유압 시스템(404) 및 환경 시스템(406)을 구비한다. 더 다른 시스템이 얼마든지 구비될 수 있다. 항공 우주관련 실시예가 보여졌지만, 본 발명의 원칙은 선박해양과 철도관련 산업과 같은 다른 산업에도 적용될 수 있다.

여기에 예시된 시스템과 방법은 제조 및 서비스 방법(376)의 하나 이상의 어떠한 단계에서도 적용될 수 있다. 예를 들어, 생산 공정(384)에 상응하는 구성부재 또는 소조립체는, 항공기(38)가 서비스 투입되는 동안에, 생산된 구성부재나 소조립체와 유사한 방식으로 제조되고 조립될 수 있다. 또한, 생산단계(384, 386) 동안에, 예컨대 항공기의 조립을 실질적으로 촉진하거나 항공기(378)의 제조 비용을 감소시킴으로써, 하나 이상의 장치 실시예, 방법 실시예 또는 이들의 결합이 사용될 수 있다. 비슷하게, 하나 이상의 장치 실시예, 방법 실시예 또는 이들의 결합이, 예컨대, 어떤 한정없이, 유지보수와 서비스(392)에 사용될 수 있다.

본 발명은 어떤 예시적인 실시예에 관하여 설명되었으나, 구체적인 실시예는 발명의 개시나 이해를 위하여 제공된 것이며, 거기에 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 다른 여러가지 변형이 가능하다는 것을 익히 이해할 수 있을 것이다.

30: 동체부 32: 프레임 구조체
36: 프레임부 38: 외부 코드
40: 내부 코드 42: 웹

Claims

곡률 축에 대하여 0 도 아닌 섬유 배향(orientations)을 각각 갖는 예비 수지함침된 섬유 겹의 평평한 적층부를 쌓는 단계;와,
적층부의 적어도 일부에 분절부로 예비 수지함침된 토우를 배치하고, 0 도 섬유 배향을 갖는 적층부에 예비 수지함침된 섬유 겹을 적층하는 단계; 및
0 도 겹을 포함하는 적층부를 웹(web)과 만곡된 다리로 형성하는 단계;를 포함하는, 곡률의 축과 적어도 하나의 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 적층부를 형성하는 단계는 상기 적층부의 일부를 더 큰 반경으로 형성하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 적층부를 형성하는 단계는 상기 적층부의 일부를 더 작은 반경으로 형성하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지함침된 토우 분절부를 배치하는 단계는 토우 분절부 사이에 간격을 형성하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지함침된 토우 분절부를 배치하는 단계는 토우 분절부를 실질적으로 맞닿게 배치하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 수지함침된 토우 분절부를 배치하는 단계는 토우 분절부를 서로 겹치게 배치하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 0 도 섬유 배치를 갖는 적층부 위에 수지함침된 섬유 겹을 적층하는 단계는 분절부로 놓인 토우를 갖는 부분에 인접한 적층부에 수지함침된 섬유의 연속하는 토우를 배치하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 분절부로 예비 수지함침된 토우를 배치하는 단계는 이 분절부들을 꼬리에 꼬리를 무는 형태로 배치하는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
제1항에 있어서, 상기 토우를 분절부로 배치하는 단계는 토우 분절부를 서로에 대하여 어긋나게 놓는 단계를 포함하는, 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 방법.
평평한 복합재 작업물이 놓이게 되어 있고, 상기 작업물이 각각 제1, 제2 만곡된 다리를 형성할 수 있도록 된 제1, 제2 만곡된 맨드렐 표면을 갖는 맨드렐(mandrel);
상기 제1 만곡된 맨드렐 표면에 대하여 평평한 작업물을 성형하기 위한 툴(tool);
상기 제2 만곡된 맨드렐 표면에 대하여 작업물을 성형하기 위하여 상기 맨드렐과 상기 툴을 덮도록 되어 있는 유연한 진공 백;을 포함하는, 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치
제10항에 있어서, 상기 맨드렐은 제3 표면에 구비하되, 상기 작업물이 상기 제1, 제2 맨드렐 표면에 대하여 형성되는 동안, 상기 제3 표면에 대하여 상기 작업물이 상기 툴에 의하여 지지되도록 되어 있는, 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치.
제11항에 있어서, 상기 맨드렐은 상기 작업물이 성형되기에 앞서 상기 작업물을 지지하기 위하여 상기 제1 맨드렐 표면에 인접한 제4 맨드렐 표면을 구비하는, 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치.
제11항에 있어서, 상기 제3 맨드렐 표면 쪽으로 그리고 이로부터 이동하는 선형 운동을 위하여 상기 툴은 상기 맨드렐에 장착되어 있는, 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치.
제10항에 있어서, 상기 툴은 만곡된 표면을 구비하고, 이 표면에 상기 진공 백이 일치되고, 상기 표면을 통해 성형 압력이 상기 작업물에 인가될 수 있게 되어 있는, 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치.
제10항에 있어서, 제1 다리로 형성될 상기 작업물의 일부를 가열하기 위하여 상기 맨드렐에 히터를 추가로 구비하는, 만곡된 다리를 갖는 형상화된 복합재 구조물을 제조하기 위한 장치.