KR20150104085A

KR20150104085A - 복합재 수지함침 테이프를 사용하여 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20150104085A
Application number: KR1020157014303A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 리차드 스미스; 앤드류 이. 모딘; 에도아르도 데파세; 도날드 체스터 다로; 마크 클레위아다
Original assignee: 더 보잉 컴파니
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2015-09-14
Also published as: MX2015008509A; JP6353465B2; CN104903081B; EP2941345A1; MX371351B; RU2631296C2; BR112015013772B1; CA2890761A1; CA2890761C; EP2941345B1; RU2015117413A; WO2014107241A1; CN104903081A; KR102143668B1; BR112015013772A2; JP2016501756A

Abstract

본 발명은 만곡된 웹(web)과 적어도 하나의 만곡된 플랜지를 갖는 복합재 스티프너를 제조하는 방법을 제공한다. 캐리어 필름(32) 위에 직선의 길이를 갖는 단방향 수지함침 테이프(30)가 배치된다. 툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 테이프의 제1 부분을 조종하기 위하여 상기 캐리어 필름을 사용함으로써 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지가 형성된다. 툴의 제2 만곡 표면 위로 테이프의 제2부를 형성하기 위하여 상기 캐리어 필름을 사용함으로써 상기 만곡된 웹이 형성된다.

Description

복합재 수지함침 테이프를 사용하여 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법{METHOD OF FABRICATING A CURVED COMPOSITE STRUCTURE USING COMPOSITE PREPREG TAPE}

본 발명은 일반적으로 만곡 복합재 구조물을 제조하는 공정에 대한 것으로, 특히 복합재 수지함침 테이프 또는 플라이를 사용하여 복합 만곡부를 갖는 스티프너와 같은 복합재 구조물을 제작하기 위한 방법에 대한 것이다.

툴(tool) 위로 수지함침 플라이의 적층 도중에, 섬유가 하중 경로(load path)를 확실히 따라가고 적층이 정확한 수치로 이루어지고 공극이나 주름 및/또는 구부러짐이 생기지 않도록 하기 위하여 상기 공구의 만곡이나 윤곽 및/또는 특징에 상기 플라이를 밀접하게 일치시키는 것을 필요하다. 만곡된 툴 표면에 테이프 또는 플라이를 일치시키기 위한 공지의 기술은 적층 공정 동안에 플라이를 다트 재봉하거나(darting), 절단 및/또는 절개하는 것을 포함하고, 또는 만곡된 툴 표면에 플라이를 일치시키기 위하여 넓게 손으로 쓸어내는 방법이 사용된다. 이러한 기술은 시간이 많이 소요되거나 원하는 기계적 강성을 갖는 경화부를 얻기가 어렵다. 이러한 문제에 대한 다른 해결책은 만곡된 플라이를 형성하기 위하여 상대적으로 좁게 슬릿을 낸 수지함침 테이프를 만곡된 툴 위로 점진적으로 몰아가는 방법을 구비한다. 그러나, 슬릿을 낸 테이프를 적층하는 것은 시간 소모가 더 많기 때문에, 슬릿을 낸 테이프를 사용하는 것은 재료비를 증가시키고 생산능률을 낮추게 된다.

따라서, 실질적으로 직선인 단방향 수지함침 테이프를 사용하여, 만곡된 복합재 플라이 특히 0도 플라이(0 degree plies)를 적층하여 형성하는 방법에 대한 필요성이 제기되고 있다. 또한, 만곡된 툴 주위에 슬릿 테이프(slit tape)의 개별적인 스트립을 점진적으로 조종하는 것에 대한 필요성을 회피하는 만곡된 0도 플라이(curved zero degree plies)를 형성하고 적층하는 방법에 대한 필요성도 제기되었다.

본 발명은, 직선의 단방향 수지함침 테이프(플라이)를 지지하고, 위치시키고 변형하는 방법을 제공하는데, 상기 수지함침 테이프는 툴의 복잡한 형상, 만곡이나 특징부에 일치되도록 되어 있다. 단방향 수지함침 테이프의 직선 길이가 복합 만곡부를 갖는 구조물을 형성하기 위하여 사용된다. 적층될 때 플라이가 주름지거나 구부러지는 것을 방지하기 위하여,상기 방법은, 적층 공정 동안에 상기 테이프로부터 형성된 플라이를 지지하기 위하여 변형가능한 캐리어 필름을 사용한다. 상기 캐리어 필름의 사용은 상기 수지함침 플라이가 만곡된 툴 표면에 일치하기 위하여 필요에 따라 정확하게 위치되고 균일하게 변형될 수 있도록 한다. 상기 캐리어 필름은 또한 취급되고 이송되는 동안 복합재 플라이를 안정화시키기 위하여 사용될 수 있다. 상기 방법은 좁은 슬릿 테이프를 사용할 필요가 없게 하고, 0도 플라이를 점진적으로 적층할 상대적으로 비싼 자동화된 슬릿 테이프 배치 설비의 사용도 필요없게 한다. 상기 방법은 또한 적층 공정 동안에 플라이를 수작업하거나 다트 재봉하고, 절단 또는 절개하는 작업의 필요성을 감소시키거나 제거한다. 추가로, 상기 방법은 전체 폭의 복합재 수지함침 테이프를 사용함으로써 복합 만곡 구조물을 적층하고 형성하는 데 필요한 시간을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 방법은 플라이 경계부의 정확도를 향상시킬 수 있고, 필요한 경우 플라이 재료에 더 균일한 변형을 제공할 수 있어서 경화된 복합재 부품의 강성과 외관에 향상을 가져온다.

본 발명에 따른 방법은 실질적으로 직선 방향으로 변형가능한 캐리어 필름 위에 0도 플라이(0 degree fly)를 배치하는 단계를 포함한다. 상기 0도 플라이는 수지함침 테이프의 복수의 폭을 포함하거나, 다른 층으로 또는 오프셋 또는 이격된 세그먼트로 배치된 테이프의 단일 폭을 포함할 수 있다. 원하는 플라이 길이를 생성하기 위하여 연속적인 형성 작업에서 상기 플라이 세그먼트는 시차를 두고 배치될 수 있고 중첩될 수 있다.

본 발명의 하나의 실시예에 따르면, 툴 위에 복합재 부품을 적층하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 실질적으로 0도 섬유 배향을 갖는 단방향 섬유로 보강된 소정 길이의 복합재 수지 테이프를 제공하는 단계와, 변형가능한 캐리어 필름 위에 상기 테이프를 배치하는(placing) 단계를 포함한다. 상기 방법은 성형 툴의 제1 만곡 표면 위에서 상기 테이프와 상기 캐리어 필름을 형성하는 단계와, 그러고 나서 상기 성형 툴 위의 제2 만곡 표면 위에서 만곡된 축 주위로 상기 테이프와 상기 캐리어 필름을 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 성형된 수지함침 테이프로부터 상기 캐리어 필름을 제거하는 단계를 포함한다. 상기 캐리어 필름 위에 상기 테이프를 배치하는 단계는 상기 테이프를 상기 캐리어 필름에 면대면 접촉(face-to-face contact)으로 배치하는 단계와 상기 테이프를 상기 캐리어 필름에 대하여 밀착하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 테이프의 길이를 따라 테이프의 적어도 하나의 주변부를 윤곽화(contouring)하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 테이프는 상기 성형 공정 동안에 상기 캐리어 필름을 변형함으로써 상기 툴의 제2 만곡 표면 위에서 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 적어도 2 개의 만곡 다리부를 갖는 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 실질적으로 0도 섬유 배향을 갖는 단방향 보강 섬유를 갖는 소정 길이의 복합재 수지함침 테이프를 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 상기 테이프를 필름에 부착하는 단계와, 성형 툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 테이프의 폭의 제1 부분과 필름을 형성함으로써 상기 구조물의 제1 다리부를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 상기 성형 툴의 제2 만곡 표면 위로 상기 테이프의 폭의 제2 부분과 필름을 형성함으로써 상기 구조물의 제2 다리부를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 또한 형성된 테이프로부터 상기 필름을 제거하는 단계와 형성된 수지함침 테이프를 경화시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 만곡된 웹(web)과 적어도 하나의 만곡된 플랜지를 갖는 복합재 스티프너를 제조하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 캐리어 필름 위에 직선의 길이를 갖는 단방향 수지함침 테이프를 배치하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 테이프의 제1 부분을 조종하기 위하여 상기 캐리어 필름을 사용함으로써 플랜지를 형성하는 단계와, 툴의 제2 만곡 표면 위로 테이프의 제2부를 형성하기 위하여 상기 캐리어 필름을 사용함으로써 상기 웹을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 만곡 표면을 갖는 툴 위에 복수 플라이(multi-ply) 복합재 부품을 적층하는 방법을 제공한다. 상기 방법은 변형가능한 캐리어 필름을 제공하는 단계와, 상기 캐리어 필름 부분에 보강 섬유를 함침하여 상기 캐리어 필름 부분을 변형에 대하여 보강하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 캐리어 필름의 표면 위에 복합재 이중재(composite doubler)를 배치하는 단계와, 상기 캐리어 필름의 표면 위에 해제 필름(release film)의 스트립을 배치하는 단계를 포함한다. 상기 이중재와 상기 해제 필름의 스트립을 덮으면서 상기 캐리어 필름의 표면 위에 복합재 플라이가 배치된다. 상기 방법은 상기 캐리어 필름 표면 위에 다수 코스의 단방향 수지함침 섬유 테이프를 나란하게 적층하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 실질적으로 0도 섬유 배향을 갖는 단방향 섬유로 보강된 소정 길이의 복합재 수지 테이프를 제공하는 단계와, 변형가능한 캐리어 필름 위에 상기 복합재 수지 테이프를 배치하는 단계, 성형 툴 위의 제1 만곡 표면 위로 상기 복합재 수지 테이프와 상기 캐리어 필름을 형성하는 단계, 상기 성형 툴 위의 제2 만곡 표면 위로 만곡된 축 주위로 상기 복합재 수지 테이프와 상기 캐리어 필름을 형성하는 단계, 및 상기 복합재 수지 테이프로부터 상기 캐리어 필름을 제거하는 단계를 포함하는, 툴 위에 복합재 부품을 적층하는 방법이 제공된다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 캐리어 필름 위 상기 복합재 수지 테이프를 배치하는 단계는 상기 캐리어 필름에 대하여 상기 복합재 수지 테이프를 압착하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 상기 복합재 수지 테이프의 길이를 따라 상기 복합재 수지 테이프의 적어도 하나의 모서리를 만곡화하는(contouring) 단계를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 복합재 수지 테이프의 모서리를 만곡화하는 단계는 상기 모서리를 따라 상기 복합재 수지 테이프를 절단함으로써 실행된다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 복합재 수지 테이프와 상기 캐리어 필름을 형성하는 단계는 상기 캐리어 필름을 변형하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 캐리어 필름을 변형하는 단계는 상기 복합재 수지 테이프와 상기 캐리어 필름이 상기 툴의 제2 만곡 표면 위에서 형성될 때 실행된다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 실질적으로 0도 섬유 배향을 갖는 단방향 섬유로 보강된 소정 길이의 복합재 수지 테이프를 제공하는 단계와, 변형가능한 캐리어 필름 위에 상기 테이프를 배치하는(placing) 단계, 성형 툴의 제1 만곡 표면 위에서 상기 테이프와 상기 캐리어 필름을 형성하는 단계, 상기 성형 툴 위의 제2 만곡 표면 위에서 만곡된 축 주위로 상기 테이프와 상기 캐리어 필름을 형성하는 단계, 및 상기 성형된 수지함침 테이프로부터 상기 캐리어 필름을 제거하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 적층된 복합재 부품이 제공된다.

본 발명에 따른 추가의 실시예에 따르면, 적어도 2 개의 만곡 다리부를 갖는 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 실질적으로 0도 섬유 배향을 갖는 단방향 보강 섬유를 갖는 소정 길이의 복합재 수지함침 테이프를 제공하는 단계와, 상기 테이프를 필름에 부착하는 단계, 성형 툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 테이프의 폭의 제1 부분과 필름을 형성함으로써 상기 구조물의 제1 다리부를 형성하는 단계, 상기 성형 툴의 제2 만곡 표면 위로 상기 테이프의 폭의 제2 부분과 필름을 형성함으로써 상기 구조물의 제2 다리부를 형성하는 단계, 형성된 테이프로부터 상기 필름을 제거하는 단계, 및 형성된 수지함침 테이프를 경화시키는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 제2 다리부를 형성하는 단계는 상기 필름을 압착함으로써 그리고 상기 툴의 제2 만곡 표면 위로 만곡된 벤들 라인 주위로 상기 테이프의 폭의 제2부를 절단함으로써 실행된다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 툴의 제2 만곡 표면 위에서 상기 필름을 형성하는 단계는 상기 필름을 변형하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 상기 테이프의 길이를 따라 상기 테이프의 적어도 하나의 모서리를 윤곽화 또는 만곡화하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 테이프의 모서리를 윤곽화 또는 만곡화하는 단계는 상기 모서리를 따라 상기 테이프를 절단함으로써 실행된다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 실질적으로 0도 배향을 갖는 단방향 보강 섬유를 갖는 소정 길이의 복합재 수지함침 테이프를 제공하는 단계, 필름에 상기 테이프를 부착하는 단계, 성형 툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 필름과 상기 테이프의 폭의 제1부를 형성함으로써 상기 구조물의 제1 다리부를 형성하는 단계, 상기 성형 툴의 제2 만곡 표면 위로 상기 필름과 상기 테이프의 폭의 제2부를 형성함으로써 상기 구조물의 제2 다리부를 형성하는 단계, 형성된 테이프로부터 상기 필름을 제거하는 단계, 및 형성된 상기 테이프를 경화시키는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된 만곡된 복합재 구조물이 제공된다.

본 발명의 다른 추가의 실시예에 따르면, 만곡된 웹과 적어도 하나의 만곡된 플랜지를 갖는 복합재 스티프너를 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은, 캐리어 위에 소정 길이의 직선 단방향 수지함침 테이프를 배치하는 단계, 툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 테이프의 제1부를 조종(steer)하도록 상기 캐리어를 사용하여 상기 적어도 하나의 만곡 플랜지를 형성하는 단계, 상기 툴의 제2 만곡 표면 위로 상기 테이프의 제2부를 형성하도록 상기 캐리어를 사용하여 상기 만곡된 웹을 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 만곡된 웹을 형성하는 단계는 상기 툴의 제2 만곡 표면 위에서 상기 테이프의 제2부가 형성될 때 상기 캐리어를 변형하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 테이프의 제1부를 배향하는 단계는 상기 테이프의 폭의 제1부를 배향하는 단계를 포함하고, 상기 테이프의 제2부를 형성하는 단계는 상기 테이프의 폭의 제2부를 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 테이프의 단일 폭이 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지와 상기 만곡된 웹을 형성하기 위하여 사용된다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 만곡된 웹을 형성하는 단계는 상기 툴의 제2 만곡 표면 위로 만곡된 굽힘선(bend line) 주위로 상기 테이프의 폭의 부분을 절단(shearing)하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은, 상기 만곡된 웹과 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지가 형성된 후에 상기 캐리어를 제거하는 단계와, 상기 테이프를 경화하는 단계를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 상기 방법은 상기 툴의 제1 만곡 표면에 대하여 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지를 클램핑하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 만곡된 웹을 형성하는 단계는 상기 툴의 제1 만곡 표면에 대하여 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지가 클램핑되는 동안에 실행된다. 바람직하게는, 상기 방법에 있어서, 상기 캐리어 위에 상기 테이프를 배치하는 단계는 상기 캐리어 위에 상기 테이프의 오프셋 세그먼트(offset segments)를 연속적으로 형성함으로써 상기 캐리어 위에서 테이프의 중첩되는 세그먼트를 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 상기 캐리어 위에 상기 테이프를 배치하는 단계는 상기 세그먼트를 중첩하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 상기 방법은, 상기 적어도 하나의 만곡 플랜지와 상기 만곡된 웹이 형성되기 전에 상기 테이프의 길이를 따라 상기 테이프의 변두리를 형상화 또는 만곡화하는 단계를 포함한다.

본 발명의 추가의 다른 실시예에 따르면, 캐리어 위에 소정 길이의 직선 단방향 수지함침 테이프를 배치하는 단계, 툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 테이프의 제1부를 배향(steer)하도록 상기 캐리어를 사용하여 적어도 하나의 만곡 플랜지를 형성하는 단계, 상기 툴의 제2 만곡 표면 위로 상기 테이프의 제2부를 형성하도록 상기 캐리어를 사용하여 만곡된 웹을 형성하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 제조된 복합재 스티프너가 제공된다.

본 발명의 또 다른 추가의 실시예에 따르면, 적층물이 일치되게 적층될 형상화된 표면을 갖는 툴 위에 멀티 플라이 복합재 부품을 적층하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은, 변형가능한 캐리어 필름을 제공하는 단계, 변형에 대하여 상기 캐리어 필름의 부분을 보강하는 단계, 보강 섬유로 상기 캐리어 필름을 함침하는 단계, 상기 캐리어 필름의 표면 이에 복합재 이중재를 배치하는 단계, 상기 캐리어 필름의 표면 위에 해제 필름 스트립을 배치하는 단계, 상기 이중재와 상기 해제 필름 스트립을 덮는 상기 캐리어 필름의 표면 위에 0도 수지함침 플라이를 배치하는 단계, 상기 캐리어 필름의 표면 위에 다수 코스의 단방향 수지함침 섬유 테이프를 나란하게 적층하는 단계, 상기 캐리어 필름에 대하여 상기 플라이, 상기 이중재 및 상기 해제 필름 스트립을 압착하는 단계, 상기 플라이를 적층 툴로 이송하기 위하여 상기 캐리어 필름을 사용하는 단계, 상기 적층 툴 위에 상기 이중재, 상기 해제 필름 스트립 및 상기 플라이를 적층하기 위하여 상기 캐리어 필름을 사용하는 단계, 상기 적층 툴의 형상화 또는 만곡화 영역에 상기 플라이가 일치되도록 상기 캐리어 필름을 변형함으로써 상기 플라이를 변형하는 단계, 및 상기 플라이가 적층되어 상기 적층 툴에 일치되었을 때 상기 플라이로부터 상기 캐리어 필름을 제거하는 단계를 포함한다.

본 발명은 실질적으로 직선인 단방향 수지함침 테이프를 사용하여, 만곡된 복합재 플라이 특히 0도 플라이(0 degree plies)를 적층하여 형성하는 방법 등을 제공한다.

도 1은 변형하기에 앞서, 변형가능한 캐리어 필름 위에 놓인 복합재 수지함침 플라이의 평면도를 나타낸다.
도 2는 도 1에서 '2'로 표시된 방향에서 본 캐리어 필름의 모서리에서 본 사시도를 나타낸다.
도 3은 도 2에서 '3'으로 표시된 방향에서 본 플라이의 측면도를 나타낸다.
도 4는 상기 필름에 적용된 복합재 재료의 몇 가지 코스를 보여주는 캐리어 필름의 평면도이다.
도 5는 도 4에서 '5'으로 표시된 영역을 나타낸다.
도 6은 도 1과 유사한 것이나, 변형된 상기 캐리어 필름과 플라이를 나타낸다.
도 7은 도 2와 유사한 것이나, 변형된 후에 상기 플라이와 상기 캐리어 필름의 모서리를 나타낸다.
도 8은 도 7에서 '8'로 표시된 방향에서 본 변형된 플라이의 단면도를 나타낸다.
도 9는 상기 플라이를 부채 형태로 늘리기 위하여 변형된 캐리어 필름 위의 90도 플라이의 평면도를 나타낸다.
도 10은 변형하기 전에 캐리어 필름 위에 밀착된 45도 플라이를 갖는 캐리어 필름의 평면도를 나타낸다.
도 11은 도 10과 유사하나, 직각 방향으로 변형된 캐리어 필름과 플라이를 나타낸다.
도 12는 플라이와, 플라이 이중재 및 캐리어 필름에 적용된 해제 필름 스트립을 갖는 캐리어 필름의 단면도를 나타낸다.
도 13은 변형하기에 앞서, 섬유 보강부를 구비하는 실질적으로 비변형 영역을 구비하는 캐리어 필름을 나타낸다.
도 14는 도 13과 유사하나, 변형된 캐리어 필름의 부분을 나타낸다.
도 15는 캐리어 필름에서 보강부의 고립된 영역을 갖는 캐리어 필름의 평면도를 나타낸다.
도 16은 도 15에서 16-16선을 따라 취한 단면도를 나타낸다.
도 17은 일체로 형성된 돌출부를 갖는 캐리어 필름을 나타낸다.
도 18은 플라이 적층을 위해 변형가능한 캐리어 필름을 사용하여 복합재 구조물을 적층하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 19는 복합재 스티프너의 사시도를 나타낸다.
도 20은 도 19에 보인 상기 스티프너를 형성하기 위하여 변형가능한 캐리어 필름을 사용하여 복합재 플라이를 적층하기 위한 방법의 단계를 나타내는 다이아그램이다.
도 21은 0도 플라이를 갖는 플라이 캐리어 조립체의 평면도를 나타낸다.
도 22는 상기 0도 플라이가 복수층의 테이프 세그먼트를 구비하는 다른 플라이 캐리어 조립체의 단면도를 나타낸다.
도 23은 만곡된 성형 툴의 측면도를 나타낸다.
도 24는 도 23에 보인 만곡된 성형툴의 사시도를 나타내는 것으로, 플라이 캐리어 조립체가 상기 성형 툴 위에서 형성되기 위해 준비된 위치에 놓인 상태를 나타낸다.
도 25는 도 23과 유사한 것이나, 플라이 캐리어 조립체의 제1부가 조정되어 상기 툴의 제1 만곡 표면 위에 클램프된 상태를 나타낸다.
도 26은 도 25와 유사한 것이나, 플라이 캐리어 조립체의 제2부가 상기 툴의 제2 만곡 표면 위에 형성된 상태를 나타낸다.
도 27은 도 26과 유사한 것이나, 변형가능한 캐리어 필름이 형성된 플라이로부터 제거된 상태를 나타낸다.
도 28은 0도 플라이의 모서리가 만곡 또는 형상화된 다른 플라이 캐리어 조립체의 평면도를 나타낸다.
도 29는 도 28에 보인 형상화된 플라이로부터 제조된 형상화된 테두리를 갖는 복합재 구조물의 사시도를 나타낸다.
도 30은 만곡된 복합재 구조물을 형성하는 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 31은 항공기 생산과 서비스 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 32는 항공기의 블록 다이아그램을 나타낸다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 플라이 캐리어 조립체(34)를 형성하기 위하여 복합재 수지 재료의 플라이(30)가 캐리어 필름(32)에 면접촉되어 고정된 상태를 나타낸다. 상기 캐리어 필름(32)은, 복합재 부품 적층(도시 안됨)을 생산하기 위하여 적층 공정 동안에, 상기 플라이(30)를 툴(도시 안됨)에 전달하거나 적용하는 데 사용될 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 플라이(30)는 90도 배향(90 degree orientation)을 갖는 단방향 보강 섬유(40)를 구비하는 수지함침일 수 있으나, 상기 부품 적층에서 다른 플라이(도시 안됨)는 미리 정해진 플라이 계획에 기초하여 다른 섬유 배향(fiber orientation)을 가질 수도 있다.

상기 보강 섬유(40)는 경화 후에 정해진 배향으로 상기 보강 섬유(40)를 고정하기 위한 매트릭스로서 작용하는 적절한 폴리머 수지(42)로 미리 수지 함침된다. 복합재로 된 상기 플라이(30)는 이하에서 더욱 자세하게 설명될 것이지만, 적층 공정 동안에 변형되기 전에 길이(L₁)와 폭(W₁)을 갖는다. 상기 플라이(30)는 이 플라이(30)에서 경화되지 않은 수지(42)의 점착성에 의하여 상기 캐리어 필름(32)에 부착되나, 상기 플라이(30)와 상기 캐리어 필름(32) 사이에 필요한 접착성을 제공하기 위하여 추가의 접착제가 사용될 수도 있다. 상기 캐리어 필름(32) 위에 상기 플라이(30)를 배치한 다음, 상기 플라이(30)는 좌굴, 굽힘이나 주름 또는 다른 불균일성을 실질적으로 배제하기 위하여 상기 캐리어 필름(32)에 대하여 압착될 수 있다.

적층 공정 동안에 상기 캐리어 필름(32)을 변형하거나 조정하고 또는 고정하기 위하여 사용될 수 있는 상기 캐리어 필름(32)에 하드웨어나 장비(도시 안됨)의 부착을 용이하게 하거나 상기 캐리어 필름(32)의 취급을 용이하게 하기 위하여 상기 플라이(30) 둘레에 상기 캐리어 필름(32) 위에서 하나 이상의 주변 여백(36, 38)을 남기도록 상기 플라이(30)가 상기 캐리어 필름(32) 위에 배치될 수 있다. 이하에서 설명되듯이, 일단 상기 캐리어 필름(32) 위에 압착되고 난 다음, 상기 플라이 캐리어 조립체(34)는 툴(도시 안됨)의 다른 윤곽이나 형상에 맞도록 변형될 수 있다. 상기 캐리어 필름(32)은 상기 수지(42)의 제어되고 균일하거나 균일하지 않은 변형을 가능하게 하고, 오프라인 적층 스테이션(도시 안됨)으로부터 적층 툴(도시 안됨) 상기 수지함침 플라이(30)를 이송하기 위한 캐리어만으로 사용될 수도 있다. 여기서 사용된 용어 "변형"은 간단하거나 복잡한 만곡 그리고 하나 이상의 평면을 포함하여 하나 이상의 방향으로 플라이 재료가 늘어나거나 전단되는(shearing) 것을 나타낸다.

상기 캐리어 필름(32)은 적어도 하나의 방향으로 변형될 수 있는데, 예시된 실시예에서는, 상기 보강 섬유(40)의 배향에 횡방향으로 X축(44)을 따르는 방향이 될 수 있다. 상기 캐리어 필름(32)은, 예시적으로서 이에 제한되기 않고, 라텍스 고무나, 유사한 천연 또는 합성의 변형가능한 재료를 포함할 수 있고 적용가능하기에 적절한 두께를 갖는다. 상기 캐리어 필름(32) 재료는 변형된 다음 실질적으로 원래의 크기와 형상으로 되돌아오는 탄성 재료로 될 수 있다. 적층 공정 동안에, 양측의 주변 여백(38)에서 상기 캐리어 필름(32)을 잡고 실질적으로 상기 X축(44)을 따라 화살표(46)로 표시된 반대 방향으로 상기 캐리어 필름(32)를 당김으로써 상기 플라이(30)는 변형될 수 있다.

상기 플라이(30)가 변형되기 전에, 상기 보강 섬유(40)는 내부 간격(d₁)을 가질 수 있다. 점탄성의 상기 수지(42, 도 3)는 섬유 방향에 수직인 방향(이 경우에 X축(44))으로 변형될 때 항복되고, 이는 상기 보강 섬유(40)가 섬유 방향에 평행한 방향으로 즉, Y축(45)을 따라 실질적으로 동시에 미끄러지거나 전단되게 하고, 이는 수지함침된 상기 플라이(30)가 적층 툴(도시 안됨)의 형상에 맞도록 한다.

도 4와 도 5를 참조하면, 상기 플라이(30)는 단방향 스플릿 테이프 또는 토우의 다수의 개별적인 코스(48a, 48b, 48c)를, 나란하게 실질적으로 평행하게 서로 맞대도록 수동으로 또는 자동화된 섬유 배치 장치(도시 안됨)를 사용하여 상기 캐리어 필름(32) 위에 배치함으로써 상기 캐리어 필름(32)에 도포된다. 적용례나 사용되는 특별한 재료에 따라, 상기 코스(48)의 주변부(50)는 약간 중첩될 수 있고 또는 상기 코스(48) 사이에 간격(G)를 형성할 수도 있다. 툴(도시 안됨) 위에서 상기 플라이(30)의 적층 동안에 상기 코스(48)들 사이의 중첩이나 간격(G)의 크기를 조절하기 위하여 상기 캐리어 필름(32)을 변형하는 것이 상용될 수 있다. 더욱이, 상기 캐리어 필름(32)은 상기 플라이(30)를 형성하기 위하여 사용된 수지 함침 재료의 등급을 변경하기 위하여 사용될 수도 있다. 예를 들어, 수지함침 재료의 등급(면적 중량, areal weight)은 상기 재료를 원하는 등급으로 균일하게 변형함으로써 변경될 수 있다. 이러한 방식으로 상기 캐리어 필름(32)을 사용하여 수지함침 재료의 등급을 변경하는 것은 사이에 삽입된 이중재를 생산하는 데 있어서 유용하며 부품의 중량을 줄일 수 있고 재료비를 절감할 수 있다.

도 6, 도 7 및 도8은 도 1에서 화살표(46) 방향으로 X축(44)을 따라 변형된 후의 상기 플라이(30)를 나타낸다. 도 6으로부터, 상기 플라이(30)의 폭(W₁)은 실질적으로 그대로 남아 있으나, 상기 플라이(30)는 상기 캐리어 필름(32)의 변형 결과로 더 큰 길이(L₂)로 변형된다. 상기 캐리어 필름(32)의 변형은 상기 플라이(30)에 있는 수지(42)를 효과적으로 변형하여 보강 섬유 사이의 간격을 간격(d₁, 도 3)보다 큰 간격(d₂, 도 8)로 크기를 증가시킨다. 이러한 방식으로 상기 플라이(30)를 변형하는 것은 적층 공정 동안에 툴 표면(도시 안됨)의 형상이나 다른 특징부에 더욱 잘 일치될 수 있도록 하고, 적층 동안에 상기 플라이 재료를 안정화시킬 수 있다. 상기 캐리어 필름(32)은, 상기 수지함침 플라이(30)가 툴(도시 안됨) 위에서 형성될 때 찢어지거나 주름지거나 좌굴(buckling)되는 것을 방지하여 주고 적층 공정 동안에 상기 플라이(30)가 상기 툴 위에 정확하게 위치되도록 하여 준다. 일반적으로, 도 1 내지 도 8과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이, 90도 플라이(30)를 변형할 때, 상기 보강 섬유(40)는 상기 X축(44)을 따라 실질적으로 균일하게 변형될 것으로 예상된다. 그러나, 90도 아닌 플라이(30)를 변형할 때는, 상기 보강 섬유의 변형은 균일하지 않을 수 있다. 예를 들어, X축(44) 방향으로 0도 플라이(30, 도시 안됨)를 변형할 때, 상기 플라이(30)의 단부(55, 도 6) 근처의 보강 섬유(40)에 대하여 소정 각도(도시 안됨)로 전단(shear)될 수 있으며, 상기 플라이(30)는 0도 ㅂ배향은 유지한다. 이러한 전단 효과(shearing effect)는 점진적으로 일어날 수 있고, 중앙부(57)에서 단부(55) 쪽으로 점차 증가한다. 이러한 전단 변형에 대한 보상은 미리 선택된 각도(도시 안됨)로 상기 플라이(30)의 단부(55)를 절단함으로써 달성될 수 있다. 45도 플라이(30)를 변형할 때는, 상기 보강 섬유(40)의 신장과 전단이 모두 일어난다.

도 9는 90도 플라이(30)를 단일 평면 내에서 방사형 또는 부채형(65)으로 변형하기 위하여 상기 캐리어 필름(32)을 사용하는 것을 나타내는데, 상기 보강 섬유의 방향은 실선으로 도시되어 있다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 동일한 방사형 또는 부채형(65)은 다른 평면으로 변형될 수도 있다.

도 10과 도 11은 도 10에 보인 바와 같이 변형되기 전에 폭(W₁)과 길이(L₁)를 갖는 45도 섬유 배향을 갖는 수지함침 플라이(30)를 나타낸다. 이 실시예에서, 상기 캐리어 필름(32)에 적용된 적절한 장력(52)은 상기 캐리어 필름(32)을 직교축 X, Y축(44, 45)을 따라 변형하게 하고 상기 플라이(30)를 더 큰 폭(W₂)과 더 큰 길이(L₂)로 변형하게 한다. 상기 Y축(45)을 따라 상기 캐리어 필름(32)을 늘리는 것은 45도보다 큰 어떤 각도(θ)로 상기 보강 섬유(40)이 배향 각도에 변경을 초래하게 된다. 도 1 내지 도10에 보인 상기 플라이의 실시예가 단일 축 또는 2 개의 직교축 X, Y축(44, 45)을 따라 변형되는 것으로 보여졌지만, 상기 플라이(30)는, 적용상태의 요구조건에 따라 그리고 상기 플라이(30)가 일치될 상기 툴(도시 안됨)의 구조에 따라, 그리고 상기 캐리어 필름(32)에 어떤 장력(52)이 적용되는가에 따라 다른 방향으로 그리고 다른 평면에서 변형될 수 있다. 더욱이, 아래에서 설명하는 바와 같이, 적층 공정 동안에 상기 플라이(30)의 상응하는 부분만이 변형될 수 있도록 상기 캐리어 필름(32)의 하나 이상의 부분만을 변형하는 것도 가능하다.

일부 적용례에서는, 상기 플라이(30)와 함께, 제한없이, 이중재(doublers), 해제 필름, 및 카울 플레이트와 같은, 툴(도시 안됨) 위에 적층 조립체의 추가 아이템을 예비 위치시키고 배치하기 위하여 상기 캐리어 필름(32)을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 12는 캐리어 필름(32) 위에 배치된 플라이(30)를 나타내는데, 여기서 복합재 이중재(54)가 상기 캐리어 필름(32)과 상기 플라이(30) 사이에 샌드위치되어 있다. 비슷하게, 해제 필름의 스트립(56)이 상기 캐리어 필름(32) 위의 주변 여백(36)을 따라 상기 캐리어 필름(32)과 상기 플라이(30) 사이에 샌드위치되어 있고, 이는 적층된 플라이(30)로부터 상기 캐리어 필름(32)을 해제하여 벗겨내는 데 도움을 준다. 그리하여, 이 실시예에서, 적층 공정 동안에 상기 캐리어 필름(32)을 사용하는 것은 상기 플라이(30), 상기 이중재(54) 및 상기 해제 필름 스트립(56)을 서로에 대해 정확히 위치될 수 있도록 하고 단일 단계에서 툴(도시 안됨) 위에 적층될 수 있도록 한다.

위에서 언급한 바와 같이, 적층 공정 동안에 일부 적용예에서는 상기 플라이(30)의 일부만를 변형하는 것이 가능하고 또는 바람직할 수 있다. 상기 캐리어 필름(32)을 변형하는 것은 부품의 구조나 성형 조건에 맞는 여러가지 기술을 사용하여 상기 캐리어 필름(32)의 탄성을 선택적으로 제한하여 맞춤식으로 할 수도 있다. 도 13은 적층 공정 동안에 상기 캐리어 필름(32)이 변형될 때 변형에 저항하는 보강부(58)를 구비하는 섹션(32c)을 갖는 캐리어 필름(32)을 나타낸다. 이 실시예에서, 상기 섹션(32c)의 보강부는, 이 실시예에서는 X축(44)을 따라 상기 캐리어 필름(32)이 변형될 방향으로 배향된, 단방향 섬유(60)를 상기 캐리어 필름(32)으로 수지함침시킴으로써 달성된다.

변형되기 전에, 상기 캐리어 필름(32)은 길이(L₁)를 갖고 보강된 상기 섹션(32c)은 도 13에 보인 바와 같이 폭(R₁)을 갖는다. 상기 캐리어 필름(32)이 상기 섬유(60)의 축방향에 상응하는 상기 X축(44)을 따라 변형될 때, 상기 섬유(60)는 실질적으로 변형하지 않고, 따라서 보강된 상기 섹션(32c)의 폭(R₁)은 실질적으로 동일하게 유지되는 반면, 상기 캐리어 필름(32)의 보강된 상기 섹션(32c)의 양측에 있는 비보강된 섹션(32a, 32b)이 변형가능하게 되어 있는 결과로 상기 캐리어 필름(32)의 전체 길이는 길이(L₂)로 변형된다. 상기 캐리어 필름(32)의 다른 비보강된 섹션 영역보다는 작게, 어느 정도의 변형을 허용하는 보강부(58)를 상기 보강된 섹션(32c)에 채용하는 것도 가능하다. 상기 보강부(58)는, 예를 들어 이에 한정되지는 않고, 상기 캐리어 필름(32)에 크로스 스티칭(cross stitching, 도시 안됨)을 포함할 수 있다. 사용되는 보강부의 형태에 따라, 상기 보강된 섹션(32c)의 폭(W)은 상기 캐리어 필름(32)가 신장될 때 더 좁아질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

도 13과 도 14에 보인 실시예의 경우에는, 상기 보강된 섹션(32c)이 상기 캐리어 필름(32) 내에서 중앙에 위치하고, 상기 보강부(58)는 그 전체 폭(W)에 걸쳐 연장한다. 도 15는 보강부(58)의 영역이 상기 캐리어 필름(32)의 주변 여백(36, 38)으로부터 안쪽으로 이격되어 있는 실시예를 도시하고, 상기 보강부(58)의 영역이 상기 캐리어 필름(32)의 영역 내에서 중앙에서 벗어나 위치되어 있다. 도 13과 도 14에 보인 실시예에서와 같이, 도 15에 보인 보강부(58)의 영역도 보강 섬유(60, 도 14)를, 단방향 또는 다방향인 상기 캐리어 필름(32)으로 통합할 수 있다. 예를 들어, 상기 보강 섬유(60)는 서로 직조되어 상기 캐리어 필름(32)으로 일체화될 수 있고, 그리하여 상기 보강 섬유의 배향에 상응하는 예컨대, X, Y축(44, 45)을 따라 2 개의 직교 방향으로 변형을 저항하는 방식으로 될 수 있다. 비슷하게, 상기 보강 섬유(60)는 다른 방향으로 보강부(58)의 영역 내에서 상기 캐리어 필름(32)의 변형을 저항하기 위하여 예컨대 45도 배향과 같이 추가의 배향으로 배치될 수도 있다. 상기 보강부(58)의 영역이 일반적으로 직사각형 형상으로 도시되어 있으나, 다양하게 다른 형상도 가능하다.

상기 캐리어 필름(32)의 국부적인 변형을 방지하거나 감소시키기 위하여 다른 보강 기술도 사용가능하다. 예를 들어, 도 16에 보인 바와 같이, 도 13, 도 14 및 도 15에 보인 실질적으로 변형되지 않는 보강부(58)의 영역이 캐리어 필름(32)의 두께(T₁)를 보강부(58)의 영역에서 두께(T₂)로 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 도 17은 소정의 보강부를 달성하기 위한 다른 기술을 나타내는데, 하나 이상의 방향으로 변형에 저항하는, 소정의 패턴(63)으로, 이 경우에는 다이아몬드형으로, 부각된 딤플(62)을 구비한다. 일부 적용례에서는, 보강부(58)의 실질적으로 비변형 영역을 달성하기 위하여 위에 설명한 기술 중의 하나 이상을 채용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 한정이나 제한없이, 부각된 딤플(62), 증가된 필름 두께(T₂) 및 보강 섬유(60)의 조합이 사용될 수도 있다. 상기 캐리어 필름(32)의 다른 영역에서 다른 정도의 필름 신장을 성취하기 위하여 위의 보강 기술 중의 하나 이상을 사용하는 것도 가능하다.

이제 도 18을 참조하면, 앞에서 설명한 변형가능한 캐리어 필름(32)를 사용하는 복합재 부품을 형성하기 위하여 플라이를 적층하는 방법의 단계를 넓게 보여준다. 단계(64)에서 시작하여, 적층될 플라이(30)와 적용례에 적절한 크기와 형상을 갖는 변형가능한 캐리어 필름(32)이 제공되다. 단계(66)에서는, 상기 변형가능한 캐리어 필름(32)의 부분이 필요에 따라 보강된다. 단계(68)에서는, 적층 이후에 상기 플라이(30)로부터 상기 캐리어 필름(32)의 제거를 돕기 위하여 필요에 따라 해제 필름(56, 도 12)이 상기 변형가능한 캐리어 필름(32)에 적용될 수 있다. 단계(70)에서는, 하나 이상의 플라이 이중재(54, 도 12) 또는 다른 재료가 필요에 따라 상기 변형가능한 캐리어 필름(32)에 적용될 수 있다.

단계(72)에서는, 수지함침 재료의 코스(48, 도 4)를 나란하게 가능하게는 시질적으로 맞닿는 형식으로 상기 캐리어 필름(32) 위에 적층하기 위하여 수동 또는 자동화된 설비를 사용하여 수지함침 플라이(30)가 상기 변형가능한 캐리어 필름(32)에 적용된다. 상기 플라이(30)는, 상기 플라이의 좌우가 역으로 놓이도록 거울 이미지와 같은 형태로 상기 캐리어 필름(32) 위에 역으로 적층될 수 있다. 상기 캐리어 필름(32) 위에 상기 플라이(30)를 역으로 놓음으로써, 상기 플라이(30)는 상기 캐리어 필름(32)으로부터 툴(90, 도 20)로 이송될 때 적절한 배향을 가질 것이다. 단계(74)에서는, 어떠한 이중재 및/또는 해제 필름을 포함하는 상기 플라이 재료가 상기 변형가능한 캐리어 필름(32)에 대하여 압착된다. 이러한 압착은 손으로 또는 열의 적용이 있거나 없이 진공을 사용하여 기계적으로 실행될 수 있다. 단계(76)에서는, 상기 캐리어 필름(32)이 적어도 하나의 방향으로 변형되어, 상기 플라이(30)를 원하는 형상 및/또는 크기로 변형하여 상기 툴(90)의 형상이나 굴곡을 포함하는, 상기 툴(90) 위에 최적으로 적층되게 한다. 단계(78)에서는, 상기 캐리어 필름(32) 위에 위치된, 그리고 상기 캐리어 필름(32)과 상기 툴(90) 사이에 위치된 상기 플라이(30)와 함께, 상기 캐리어 필름(32)이 상기 플라이(30)를 상기 툴(90, 도 20) 위로 적층하기 위하여 사용된다. 단계(80)에서는, 상기 툴(90) 위로 상기 플라이(30)를 적층한 다음, 적층된 플라이(30)로부터 벗겨내듯이 상기 캐리어 필름(32)이 제거된다. 단계(82)에서는, 상기 캐리어 필름(32)이 필요에 따라 재사용되거나 폐기된다. 단계(68) 내지 단계(80)은 적층된 부품의 모든 플라이(30)가 적층될 때까지 반복된다.

도 20은 도 18에 보인 적층 방법의 단계를 다이아그램식으로 나타내는데, 여기서 도 19에 보인, 적어도 2 개의 다리부와 곡률 반경(R)을 갖는 스티프너(100)를 포함하는 만곡된 복합재 구조물이 툴(90) 위에서 적층된다. 상기 툴(90)은 2 개의 연속되고 만곡된 툴 표면(90a, 90b)을 구비하는데, 각각 도 19에 보인 스티프너(100)의 만곡된 웹(100a)을 포함하는 제1 다리부와 만곡된 플랜지(100b)를 포함하는 제2 다리부를 형성하기 위한 것이다. 단계(84)에 보인 바와 같이, 단방향 수지함침 재료의 코스(48)가 단계(86)에 보인 완성된 90도 플라이(30)를 형성하기 위하여 변형가능한 캐리어 필름(32) 위에 나란하게 적층된다. 그런 다음, 완성된 플라이(30)는 상기 캐리어 필름(32) 위에 압착되고, 그 다음, 단계(88)에서, 상기 캐리어 필름(32)이 신장되어 화살표(87)로 나타낸 것과 같이 방사방향으로 변형되어 상기 툴 표면(90a)의 곡면에 대체로 일치하게 된다. 단계(89)에 보인 바와 같이, 상기 플라이(30)는 부채꼴 형태로 변형되어 상기 스티프너(100)의 상기 만곡된 웹(100a)을 형성하기 위하여 상기 캐리어 필름(32)을 사용하여 상기 툴의 만곡 표면(90a) 위로 배치된다. 상기 캐리어 필름(32)와 벗김 플라이(도시 안됨)는 부분적으로 형성된 상기 플라이(30)로부터 제거될 수 있다. 상기 캐리어 필름(32)이 제거되고, 상기 플라이(30)는 단계(96)에 보인 바와 같이, 툴의 만곡 표면(90b) 위로 내려져서 상기 스티프너(100)의 만곡된 플랜지(100b)를 형성하게 된다. 위의 실시예는 단일 평면에서 곡면을 따라 플라이를 형성하기 위하여 상기 캐리어 필름(32)의 사용을 나타내는 것인데, 상기 캐리어 필름(32)은 복합 만곡면 등을 가지는 툴(도시 안됨) 위에서 플라이를 형성하기 위해서도 사용될 수 있다. 더욱이, 상기 캐리어 필름(32)은, 예컨대 "C"나 "Z" 형상 단면을 처리하는 구조물을 제조하기 위하여 사용되는, 2 개 이상의 다리부를 갖는 플라이 적층을 형성하기 위하여 채용될 수도 있다.

도 21은 변형가능한 캐리어 필름(32)에 배치되고 부착된 직선의 0도 플라이(30)를 포함하는 플라이 캐리어 조립체(34)를 나타낸다. 절개된 테이프나 토우(tows)의 개별적인 좁은 스트립을 곡면 툴(예컨대, 도 20에 보인 툴(90)) 위로 조종함으로써 플라이(30)가 제조되는 앞에서 설명한 구조와 대조적으로, 도 21에 보인 0도 플라이(30)는, 도 19에 보인 스티프너(100)의 웹(100a)과 플랜지(100b)를 모두 형성하기에 충분히 넓은 폭(W)와 길이(L)를 갖는 단일의 직선 길이 테이프(33)를 적층함으로써 형성될 수 있다. 도시된 스티프너(100)가 단지 2개의 다리부(웹(100a)과 플랜지(100b))를 가지는 반면, 스티프너는, 2 개 이상의 다리부와, 한정되지 않고 "C" 형상과 "Z" 형상을 포함하여 다른 단면을 가지도록 제조될 수 있다. 상기 플라이(30)를 형성하기 위해 사용된 상기 테이프(33)는 릴(reel)이나 테이프 롤(도시 안됨)로부터 절단된 단방향 복합재 수지함침 테이프를 포함할 수 있는데, 여기서 단방향 보강 섬유(40)가 플라이 캐리어 조립체(34)의 종방향으로 배향될 수 있다.

도 22에 보인 바와 같이, 통상의 토우(도시 안됨)보다는 크고 플라이(30)의 폭(W)보다 작은 폭(W₁)을 갖는 직선 테이프의 복수의 층(35, 37)을 사용하여 상기 0도 플라이(30)를 형성하는 것이 가능하다. 일부 실시예에서, 각각의 층(35, 37)은 이어지는 형성 단계 동안에 만곡된 굽힘선 또는 축(39) 둘레로 상기 플라이(30)가 형성될 영역(41)에 걸쳐져 있는 테이프의 하나 이상의 세그먼트(35a, 35b, 37a, 37b)를 포함한다. 추가로, 세그먼트(35a, 35b, 37a, 37b)는 긴 거리에 걸쳐 섬유 전단의 특성을 만드는 것으로부터 중첩된 영역을 제거하기 위하여 연속하는 동작으로 형성될 수 있다.

도 23은 도 20과 관련하여 앞에서 설명한 툴(90)과 비슷한 만곡된 성형 툴(90)을 나타낸다. 상기 만곡된 성형 툴(90)은 툴 베이스(90c) 위에 지지된 만곡된 본체(93)를 포함한다. 상기 만곡된 성형 툴(90)은 도 19에서 보인 스티프너(100)의 플랜지(100b)와 같은 구조물의 제1 다리부를 형성하기 위하여 사용된 제1 툴 만곡 표면(90b)과 스티프너(100)의 웹(100a)와 같은 구조물의 제2 다리부를 형성하기 위하여 사용된 제2 툴 만곡 표면(90a)을 구비한다. 형성되는 플라이에서 응력 집중을 피하기 위하여 성형 공정 동안에 하나 이상의 0도 플라이(30)를 접거나 굽히는 데 보조하기 위하여 툴 만곡 표면(90a, 90b)의 교차점에 모따기(95) 또는 만곡 코너(도시 안됨)가 형성될 수 있다.

도 24는 상기 툴(90) 위로 조정될 실질적으로 편평한 0도 플라이(30)를 갖는 플라이 캐리어 조립체(34)를 나타낸다. 이 실시예에서, 상기 플라이 캐리어 조립체(34)는 상기 툴(90)의 위치로 상기 플라이 캐리어 조립체(34)를 이송하는 데 사용될 수 있는, 그리고 화살표(109)로 나타낸 바와 같이 상기 툴 만곡 표면(90b) 위로 상기 플라이(30)를 조종하는 데 사용될 수 있는 실질적으로 편평한 툴(103) 위에 배치된다. 도면번호 39는 곡률 반경(r)을 갖는 만곡된 축 또는 굽힘선을 나타내는데, 그 주위로 상기 플라이 캐리어 조립체(34)가 다음에 설명될 성형 단계에서 접히거나 굽혀진다.

도 25는 상기 툴(90)의 제1 툴 만곡 표면(90b)으로 조종되고 일치된 상기 플라이 캐리어 조립체(34)를 나타내고, 상기 플라이(30)의 플랜지(100b)는 적절한 클램핑 장치(103a)와 도면 번호 105로 나타낸 파지력을 사용하여 툴 만곡 표면(90b)에 대하여 클램핑되어 있다. 상기 플랜지(100b)가 상기 툴 만곡 표면(90b)에 대하여 클램핑된 상태에서, 상기 플라이(30)의 나머지 웹(100a) 부분은 화살표(101)로 나타낸 바와 같이 제2 툴 만곡 표면(90a) 위로 형성된다. 이러한 제2 성형 단계에서, 상기 웹(100a) 부분은 상기 굽힘선(39) 위로 밀려져 캐리어 필름(32)과 플라이의 웹(100a) 부분에서 "L" 형상을 생성하고, 상기 플라이(30)의 플랜지(100b) 부분은 제1 툴 만곡 표면(90b)에 대하여 클램프되어 있다. 이러한 제2 성형 단계 후에, 상기 0도 플라이는 도 26에 보인 바와 같이, 툴 만곡 표면(90a) 위에서 완전히 형성된다. 그런 다음, 도 27에 보인 바와 같이, 상기 캐리어 필름(32)은 상기 플라이(30)로부터 제거될 수 있다. 위에서 설명한 각각의 성형 단계 동안에, 상기 캐리어 필름(32)은 신장될 수 있거나, 상기 테이프(33)가 상기 툴 만곡 표면(90a, 90b) 위로 전단될 때, 상기 보강 섬유(40, 도 21)의 배향을 변경하기 위하여 변형될 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이, 상기 캐리어 필름(32)은 상기 툴(90) 위로 전단되어 놓여질 때 상기 플라이(30)를 안정화하도록 기능하고, 성형 공정 동안에 신장함으로써, 소정의 성능 특성을 나타내는 스티프너(100)를 초래하는 정해진 배향을 취하고 바람직한 방식으로 변형할 수 있도록 상기 테이프(33)에서 상기 보강 섬유(40, 도 21)의 배향을 조절하는 데 도움을 주기 위하여 변형될 수 있다.

상기 플라이(30)가 상기 캐리어 필름(32) 위에 적층될 때, 완성된 부품에 바람직한 변두리 형상을 얻기 위하여 플라이(30)의 하나 이상의 변두리를 다듬질하는 것이 가능하다. 예를 들어, 도 28을 참조하면, 단방향 수지함침 테이프로부터 형성된 0도 플라이(30)는 웹(100a) 부분과 플랜지(100b) 부분을 구비한다. 상기 웹(100a) 부분의 외부 변두리는 상기 캐리어 필름(32) 위에 상기 플라이(30)를 배치하기에 앞서 형상화된 변두리(107)를 형성하기 위하여 절단함으로써 마무리될 수 있다. 도 23 내지 도 27에 보인 형상화된 툴(90) 위로 상기 플라이(30)를 형성한 다음에, 완성된 스티프너(100)는 도 28과 도 29에 보이 바와 같이 형상화된 변두리(107)를 갖는 웹(100a)을 구비한다. 다른 구조에서는, 상기 플라이(30)가 상기 캐리어 필름(32) 위에 놓인 후에 상기 플라이(30)와 상기 캐리어 필름(32)를 모두 절단함으로써 형상화된 변두리(107)를 형성하는 것이 가능하다.

이제 도 30을 참조하면, 복합 만곡 또는 형상을 갖는 도 19와 도 29에 보인 스티프너(100)와 같은 복합재 구조물을 제작하는 방법의 전반적인 단계가 나타나 있다. 단계(111)에서 플라이(30)는 단계(113)에서 소정 길이의 단방향 수지함침 테이프를 제공함으로써 적층되고, 필요한 경우 단계(115)에서 테이프의 변두리를 형상화하고, 그리고 나서 단계(117)에서 캐리어 필름(32) 위에 상기 테이프를 적용하여 압착한다. 단계(119)에서, 상기 캐리어 필름(32)과 상기 플라이(30)의 제1 다리부 또는 플랜지(100b) 부분은, 도 25와 도 26과 관련하여 앞에서 설명한 바와 같이 제1 툴 만곡 표면(90b) 위에서 형성된다. 그 다음 단계(121)에서, 상기 캐리어 필름(32)과 수지함침 테이프 플라이(30)의 제2 다리부 또는 웹(100a) 부분이 제2 툴 만곡 표면(90a, 도 26 및 도 27) 위에서 형성된다. 성형 공정의 상기 제2 단계는 굽힘선(39, 도 25) 주위로 상기 테이프 플라이(30)의 제2 다리부 또는 웹(100a) 부분을 접거나 굽히는 것에 의해 실행되는 한편, 상기 성형 공정 동안에 섬유 각도를 조절하기 위하여 신장함으로써 상기 캐리어 필름(32)이 변형된다. 단계(121)에 이어서, 상기 캐리어 필름(32)은 단계 123에서 보여준 바와 같이 형성된 수지함침으로부터 제거된다. 결국 단계(125)에서 성형된 수지함침이 경화될 수 있다.

이제 도 31과 도 32를 참조로 하면, 본 발명의 실시예는 도 31에 보인 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(102) 및 도 32에 보인 바와 같은 항공기(104)와 관련하여 사용될 수 있다. 전-생산 공정 동안, 상기 방법(102)은 항공기(104)의 사양 및 설계(106)와 자재 조달(108)을 포함한다. 생산 동안에, 항공기(104)의 구성요소 및 서브어셈블리 제조(110) 및 시스템 통합(112)이 일어난다. 그 다음에, 항공기(104)는 서비스(116)에 놓이기 위하여 인증과 인도(114)를 거치게 된다. 고객에 의하여 항공기가 서비스될 때, 항공기(104)는 일정한 유지보수 및 점검(118)이 계획되어 있고, 이러한 정비 서비스에는 변경, 개조, 보수 등이 포함된다.

상기 방법(102)의 각 공정은 시스템 통합자, 제3자, 및/또는 오퍼레이터(예컨대, 고객)에 의하여 수행된다. 이러한 설명을 위하여, 시스템 통합자는 수의 제한없이 항공기 제조자와 대형 시스템 하도급업자를 포함하고; 제3자는 숫자의 제한없이 판매업자, 하도급업자 및 공급자를 포함하고; 오퍼레이터는 항공사, 대여업자(leasing company), 군부대, 서비스 단체 및 다른 적절한 오퍼레이터를 포함한다.

도 32에 보인 바와 같이, 상기 방법(102)에 의하여 제조된 항공기(104)는 다수의 시스템(122)과 인테리어(124)를 갖춘 비행기 본체인 기체(120)를 구비한다. 고도의 시스템(122)의 예로서는 하나 이상의 추진 시스템(126), 전기 시스템(128), 유압 시스템(130) 및 환경 시스템(132)이 포함된다. 다른 적절한 시스템도 다수 포함될 수 있다. 항공기를 예시로 설명하였으나, 본 발명의 구성은 선박, 자동차 산업과 같은 다른 산업에도 적용될 수 있다.

여기서 고려된 장치와 방법은 상기 방법(102)의 하나 이상의 단계 동안에 적용될 수 있다. 예를 들어, 생산 공정에 상응하는 구성요소 및 서브어셈블리 제조(110)는 상기 항공기(104)가 운항 서비스 중에 있는 동안, 생산된 구성요소와 소조립체와 유사한 방식으로 제작되거나 생산될 수 있다. 추가로, 하나 이상의 장치의 구성, 방법 실시예 또는 이들의 결합이, 예를 들어, 실질적으로 항공기(104)의 조립을 촉진하고 또는 항공기의 비용을 감소시킴으로써, 구성요소 및 서브어셈블리 제조(110)와 시스템 통합(112) 동안에 사용될 수 있다. 유사하게, 복수의 장치 실시예, 방법 실시예 또는 이들의 결합이, 예를 들어 또는 제한없이, 항공기(104)가 서비스 중에, 또는 유지보수 및 점검(118)에도 사용될 수 있다.

다른 바람직한 실시예에 대한 설명은 예시와 설명을 위한 목적으로 제시된 것이지, 개시된 형태의 실시예로 한정하려는 의도가 아님을 밝혀둔다. 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게는 다양한 변형이나 개량이 자명할 것이다. 추가로 다른 바람직한 실시예는 또다른 바람직한 실시예와 비교하여 다른 장점을 제공할 수 있을 것이다. 선택된 실시예는 실시예의 원리, 실제적인 적용을 최적으로 설명하기 위하여, 그리고 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 다양한 실시예에 대한 발명을 이해할 수 있게 하기 위하여 설명되고 선택되었다.

30: 플라이 32: 캐리어 필름
34: 플라이 캐리어 조립체 40: 보강 섬유
42: 수지 58: 보강부

Claims

적어도 2 개의 만곡 다리부를 갖는 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
실질적으로 0도 섬유 배향을 갖는 단방향 보강 섬유를 갖는 소정 길이의 복합재 수지함침 테이프를 제공하는 단계;
상기 테이프를 필름에 부착하는 단계;
성형 툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 테이프의 폭의 제1 부분과 필름을 형성함으로써 상기 구조물의 제1 다리부를 형성하는 단계;
상기 성형 툴의 제2 만곡 표면 위로 상기 테이프의 폭의 제2 부분과 필름을 형성함으로써 상기 구조물의 제2 다리부를 형성하는 단계;
형성된 테이프로부터 상기 필름을 제거하는 단계; 및
형성된 수지함침 테이프를 경화시키는 단계를 포함하는, 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 제2 다리부를 형성하는 단계는 상기 필름을 누름으로써 그리고 상기 테이프의 폭의 제2 부분을 만곡된 굽힘선 주위로 상기 툴의 제2 만곡 표면 위로 전단함으로써 실행되는, 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 성형 툴의 제2 만곡 표면 위로 상기 필름을 형성하는 것은 상기 필름을 변형하는 것을 포함하는, 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법.
제1항에 있어서, 길이를 따라 상기 테이프의 적어도 하나의 변두리를 형상화하는 단계를 추가로 포함하는, 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법.
제4항에 있어서, 상기 테이프의 변두리를 형상화하는 단계는 상기 테이프를 변두리를 따라 절단함으로써 실행되는, 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법.
만곡된 웹(web)과 적어도 하나의 만곡된 플랜지를 갖는 복합재 스티프너를 제조하는 방법으로서, 상기 방법은:
캐리어 위에 실질적으로 직선의 길이를 갖는 단방향 수지함침 테이프를 배치하는 단계;
툴의 제1 만곡 표면 위로 상기 테이프의 제1 부분을 조종하기 위하여 상기 캐리어를 사용함으로써 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지를 형성하는 단계;
툴의 제2 만곡 표면 위로 상기 테이프의 제2부를 형성하기 위하여 상기 캐리어를 사용함으로써 상기 만곡된 웹을 형성하는 단계를 포함하는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 만곡된 웹을 형성하는 단계는 상기 테이프의 제2부가 상기 툴의 제2 만곡 표면 위에서 형성될 때 상기 캐리어를 변형하는 단계를 포함하는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 테이프의 제1 부분을 조종하는 것은 상기 테이프의 폭의 제1부를 조종하는 것이고, 상기 테이프의 제2부를 형성하는 것은 상기 테이프의 폭의 제2부를 형성하는 것으로 이루어지는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 테이프의 단일의 폭은 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지와 상기 만곡된 웹을 형성하기 위하여 사용되는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 만곡된 웹을 형성하는 단계는 상기 툴의 제2 만곡 표면 위에서 만곡된 굽힘선 주위로 상기 테이프의 폭의 부분을 절단(shearing)하는 단계를 포함하는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 만곡된 웹과 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지가 형성된 후에 상기 테이프로부터 상기 캐리어를 제거하는 단계; 및
상기 테이프를 경화하는 단계를 추가로 포함하는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 툴의 제1 만곡 표면에 대하여 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지를 클램핑하는 단계;를 추가로 포함하고,
상기 툴의 제1 만곡 표면에 대하여 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지가 클램핑된 동안, 상기 만곡된 웹을 형성하는 단계가 실행되는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 캐리어 위에 상기 테이프를 배치하는 단계는 상기 캐리어 위에 상기 테이프의 오프셋 세그먼트를 연속적으로 형성함으로써, 상기 캐리어 위에 테이프의 중복 세그먼트를 형성하는 단계를 포함하는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제13항에 있어서, 상기 캐리어 위에 상기 테이프를 배치하는 단계는 상기 세그먼트를 중첩하는 단계를 포함하는, 복합재 스티프너를 제조하는 방법.
제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 만곡된 플랜지와 상기 만곡된 웹이 형성되기 전에, 길이를 따라 상기 테이프의 적어도 하나의 변두리를 형상화하는 단계를 추가로 포함하는, 만곡 복합재 구조물을 제조하는 방법.