KR20170124453A - 금속성 및 복합 구조체들 모두에서의 낙뢰 표시를 위한 열 착색 증거 특징들 - Google Patents
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Abstract
시스템은 구조체 및 구조체의 부분에 도포된 재료를 포함한다. 재료는 구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 구조체의 부분의 국소적 가열에 대한 응답으로 국소적으로 색상을 변화시키도록 적응될 수 있다. 이 시스템은 구조체로부터의 광을 수신하여 색상의 위치를 기초로 구조체를 통과하는 전류의 경로의 탐지를 가능하게 하도록 구성된 탐지기를 더 포함할 수 있다.
Description
본 개시는 일반적으로 금속성 및 복합 구조체들 모두에서의 낙뢰 표시를 위한 열 착색 증거 특징들에 관한 것이다.
항공 우주 및 상업용 항공기 산업에서 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP: carbon fiber reinforced polymer) 복합 구조체의 사용이 증가함에 따라, 복합 손상의 탐지를 위한 효율적인 비파괴 평가(NDE: non-destructive evaluation) 방법의 발전 필요성이 증가하고 있다. 특히 위험한 형태의 손상은 낙뢰로 인한 것으로, 이는 탐지하기 어려운 열 손상을 유발할 수 있다.
낙뢰들로 인한 열 손상에 대한 일반적인 검사 방법들은 박리, 분리 및/또는 균열과 같은 손상이 발생했는지 여부를 결정하기 위해 초음파 계측을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 다른 검사 방법은 특정 수지 코팅들에 대한 열 손상에 시각적 검사와 상관시키기 위해 항공기로부터 받은 스펙트럼 신호의 푸리에 변환 적외선(FTIR: Fourier transform infrared) 분석을 수행하는 것을 포함한다. 그러나 이러한 방법들은 시간이 많이 걸리고 부정확할 수 있다.
낙뢰들로 인한 손상을 탐지하기 위한 다른 방법들은 초기 낙뢰로 인해 야기된 흔적, 변색 또는 손상을 기초로 초기 타격 지점의 위치를 결정하고, 초기 타격 지점 근처에서 항공기의 각각의 컴포넌트를 검사하는 것을 수반할 수 있다. 그러나 검사된 컴포넌트들 중 다수는 낙뢰로부터의 전류가 따라가는 특정 경로 밖에 있을 수 있으며, 따라서 손상되었을 가능성이 거의 없다. 전류가 어떤 경로를 취했는지는 알려지지 않기 때문에, 이러한 컴포넌트들은 불필요하게 검사될 수 있다. 검사들은 또한 시간이 많이 소요되고 비싸며 그리고/또는 침습성 해체 프로세스들을 포함할 수도 있다. 필요한 것은 구조체를 통한 낙뢰로부터의 전류에 의해 취해진 경로를 결정하기 위한, 그리고 경로를 따라 컴포넌트들이 손상되었을 수 있는 정도를 결정하기 위한 빠르고 신뢰할 수 있으며 비침습적인 방법이다.
일 실시예에서, 시스템은 구조체 및 구조체에 도포된 열 착색 재료를 포함한다. 열 착색 재료는 구조체의 국소적 가열에 대한 응답으로 국소적으로 한 색상으로 변화하도록 적응된다. 가열은 낙뢰로부터의 전류로 인해 야기될 수 있다. 색 변화의 위치와 정도를 조사함으로써 낙뢰로 인한 구조체 손상의 평가가 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 방법은 구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 구조체의 부분의 가열에 대한 응답으로 구조체의 부분에 도포된 재료를 제 1 색상으로 변화시키는 단계를 포함한다. 이 방법은 제 1 색상의 위치에 기초하여 구조체를 통과하는 전류의 경로를 탐지하는 단계를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 이 방법은 또한 구조체를 통과하는 전류의 탐지된 경로를 따라 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 적어도 제 1 색상에 기초하여 추정하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 방법은 제 1 임계 온도보다 높은 제 2 임계 온도로의 구조체의 제 2 부분의 가열에 대한 응답으로 구조체의 제 2 부분에 도포된 재료를 제 1 색상과는 다른 제 2 색상으로 변화시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 방법은 추가적인 연속적으로 증가하는 임계 온도들로의 구조체의 추가 부분들의 가열에 대한 응답으로 구조체의 추가 부분들에 도포된 추가 재료들을 제 1 색상과는 다른 그리고 서로 다른 추가 색상들로 연속적으로 변화시키는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 방법은 구조체를 통과하는 전류의 탐지된 경로를 따라 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 적어도 제 1 색상 및 추가 색상들에 기초하여 추정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예들에서, 이 방법은 탐지기로 구조체의 표면을 스캐닝하는 단계를 포함한다. 이 방법은 탐지기에서 구조체로부터의 광을 수신하는 단계를 더 포함한다. 이 방법은 또한 구조체로부터의 광에 기초하여 제 1 색상의 위치를 로케이팅하는 단계를 포함한다. 일부 실시예들에서, 이 방법은 스캐닝 동안 광원을 구조체에 향하게 하는 단계를 포함한다. 광원은 자외선 광원일 수 있고 제 1 색상은 비-자외선 하에서 실질적으로 보이지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 임계 온도는 200℃ 내지 300℃이다.
일 실시예에서, 시스템은 구조체 및 구조체의 부분에 도포된 제 1 재료를 포함한다. 재료는 구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 구조체의 부분의 국소적 가열에 대한 응답으로 국소적으로 제 1 색상으로 변화하도록 적응된다. 이 시스템은 구조체로부터의 광을 수신하여 제 1 색상의 위치를 기초로 구조체를 통과하는 전류의 경로의 탐지를 가능하게 하도록 구성된 탐지기를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 제 1 색상은 구조체를 통과하는 전류의 경로를 따라 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 추정할 수 있게 한다. 일부 실시예들에서, 이 시스템은 구조체의 제 2 부분에 도포된 제 2 재료를 더 포함한다. 제 2 재료는 제 1 임계 온도보다 높은 제 2 임계 온도로의 구조체의 부분의 가열에 대한 응답으로 제 1 색상과는 다른 제 2 색상으로 변화하도록 적응된다. 일부 실시예들에서, 시스템은 또한 구조체의 추가 부분들에 도포된 추가 재료들을 포함한다. 추가 재료들은 추가적인 연속적으로 증가하는 임계 온도들로의 구조체의 추가 부분들의 가열에 대한 응답으로 제 1 색상과는 다른 그리고 서로 다른 추가 색상들로 변화하도록 적응된다. 일부 실시예들에서, 제 1 색상 및 추가 색상들은 구조체를 통과하는 전류의 탐지된 경로를 따라 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 추정할 수 있게 한다.
일부 실시예들에서, 시스템은 또한 구조체 쪽으로 향하는 광원을 포함한다. 광원은 자외선 광원일 수 있고 제 1 색상은 비-자외선 하에서 실질적으로 보이지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 구조체는 복합 항공기에 부착된 구리 포일, 복합 항공기의 전도성 메시, 복합 항공기의 유전체 상부, 낙뢰 전환 스트립, 접지 케이블 또는 플레이트, 항공기의 낙뢰 보호 층의 일부, 또는 이들의 임의의 결합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 재료는 열 착색 증거 재료를 포함한다.
일 실시예에서, 방법은 구조체의 제 1 부분에 제 1 재료를 도포하는 단계를 포함한다. 제 1 재료는 구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 구조체의 제 1 부분의 가열에 대한 응답으로 제 1 색상으로 변화하도록 적응된다. 이 방법은 구조체의 제 2 부분에 제 2 재료를 도포하는 단계를 더 포함한다. 제 2 재료는 제 2 임계 온도로의 구조체의 제 2 부분의 가열에 대한 응답으로 제 1 색상과는 다른 제 2 색상으로 변화하도록 적응된다.
일부 실시예들에서, 제 1 재료는 제 1 세트의 아플리케(applique) 스트립들에 포함되고 제 2 재료는 제 2 세트의 아플리케 스트립들에 포함된다. 제 1 세트의 아플리케 스트립들과 제 2 세트의 아플리케 스트립들이 반복 패턴으로 구조체에 도포된다. 일부 실시예들에서, 제 1 재료는 코팅 매트릭스의 제 1 부분에 포함되고 제 2 재료는 코팅 매트릭스의 제 2 부분에 포함된다. 코팅 매트릭스는 구조체에 도포된다. 일부 실시예들에서, 제 1 재료는 낙뢰 보호 층의 수지의 제 1 부분에 포함되고 제 2 재료는 낙뢰 보호 층의 수지의 제 2 부분에 포함된다.
도 1은 열 착색 재료를 갖는 항공기(100)의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예를 도시한다.
도 2a는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 3은 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예를 도시한다.
도 3a는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 4a는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5는 낙뢰들로 인한 잠재적 손상의 위치 및 정도를 탐지하기 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 6은 낙뢰 표시를 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 낙뢰 표시 시스템을 제조하기 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
본 개시는 다양한 수정들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 특정 실시예들이 도면들에 예로서 도시되었으며 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 개시는 개시된 특정 형태들로 한정되는 것으로 의도되지 않는다고 이해되어야 한다. 그보다는, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 본 개시의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 커버하는 것이 의도이다.
도 2는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예를 도시한다.
도 2a는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 3은 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예를 도시한다.
도 3a는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 4a는 낙뢰 표시를 위한 시스템의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 5는 낙뢰들로 인한 잠재적 손상의 위치 및 정도를 탐지하기 위한 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 6은 낙뢰 표시를 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 7은 낙뢰 표시 시스템을 제조하기 위한 방법의 일 실시예를 도시하는 흐름도이다.
본 개시는 다양한 수정들 및 대안적인 형태들이 가능하지만, 특정 실시예들이 도면들에 예로서 도시되었으며 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 개시는 개시된 특정 형태들로 한정되는 것으로 의도되지 않는다고 이해되어야 한다. 그보다는, 첨부된 청구항들에 의해 정의된 바와 같이 본 개시의 사상 및 범위 내에 있는 모든 수정들, 등가물들 및 대안들을 커버하는 것이 의도이다.
도 1을 참조하면, 항공기(100)의 일 실시예가 도시된다. 항공기(100)는 복합 재료들, 금속 재료들, 다른 타입들의 빌딩 재료들, 또는 이들의 결합들을 포함할 수 있다. 항공기(100)의 표면(102)은 본 명세서에서 설명되는 바와 같이 그에 도포된 열 착색 증거 재료를 포함할 수 있다. 항공기(100)의 작동들 도중 어떤 시점에, 항공기(100)의 표면(102)이 낙뢰(104)에 맞게 될 수 있다. 항공기(100)의 구조체 내에서 발생된 열에 대한 응답으로, 열 착색 증거 재료가 색상을 변화시켜, 표면(102)의 색 변화 영역(106)을 생성할 수 있다. 색 변화 영역(106)은 낙뢰(104)로부터의 전류에 의해 발생된 열로 인해 형성되기 때문에, 색 변화 영역(106)은 전류가 항공기(100)의 표면(102)을 떠날 때까지 또는 전류가 열 착색 증거 재료를 활성화하기에 더 이상 충분한 열을 발생시키지 않게 소멸할 때까지 전류의 경로를 실질적으로 따라갈 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 착색 재료는 색 변화 영역(106)이 자외선 하에서 가시적일 수 있고 비-자외선 하에서는 실질적으로 보이지 않을 수 있도록 선택된다.
열 착색 증거 재료를 항공기의 표면(102)에 도포하는 것의 이점은 이것이 낙뢰(104)의 타격 지점 및 항공기(100)의 표면(102)을 통과하는 전류에 의해 취해진 경로 모두의 탐지를 가능하게 한다는 점이다. 색 변화 영역(106)의 위치를 로케이팅함으로써, 낙뢰(104)로 인해 어떤 컴포넌트들이 손상되었는지에 대한 보다 정확한 추정이 이루어질 수 있다. 따라서 색 변화 영역(106)에 근접한 그러한 컴포넌트들만을 검사함으로써 시간 및 비용이 절감될 수 있는데, 그러한 컴포넌트들은 과열되었거나 아니면 전류에 의해 손상될 가능성이 높기 때문이다. 도 1의 실시예와 연관된 다른 이익들 및 이점들은 본 개시의 이익을 갖는 관련 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 수 있다.
도 2 및 도 2a를 참조하면, 낙뢰 표시를 위한 시스템(200)의 일 실시예가 도시된다. 도 2는 시스템(200)의 평면도를 도시한다. 도 2a는 도 2의 심벌 A에 의해 지정된 단면 선을 따른 시스템(200)의 단면도를 도시한다. 시스템(200)은 구조체(204)에 도포된 열 착색 증거 재료(202)를 포함할 수 있다.
열 착색 증거 재료(202)는 온도 변화로 인해 색상을 변화시키는 임의의 물질을 포함할 수 있다. 낙뢰 탐지 애플리케이션들의 경우, 색상 변화는 시스템(200)의 검사가 발생할 수 있을 때까지 변화된 상태로 유지되도록 충분히 영구적일 수 있다. 일부 실시예들에서, 열 착색 증거 재료(202)는 200℃ 내지 300℃의 임계 온도에서 색상 또는 형광을 변화시킬 수 있다.
서로 다른 타입들의 열 착색 증거 재료들은 활성화하기 위해 열이 가해지는 서로 다른 시간 간격들과 연관될 수 있다. 일부 실시예들에서, 낙뢰들을 탐지하기 위해, 낙뢰와 연관된 짧은 시간 간격 동안 열 착색 증거 재료(202)가 활성화된다. 예를 들어, 열 착색 증거 재료(202)는 0.1초 내지 1초의 시간 기간 내에 활성화될 수 있다. 또한, 열 착색 증거 재료(202)는 시스템(200)의 검사를 가능하게 하도록 충분한 시간 간격 동안 그 변화된 색상을 유지할 수 있다. 예를 들어, 열 착색 증거 재료는 최대 며칠 동안 또는 더 오래 동안 그 변화된 색상을 유지할 수 있다.
구조체(204)는 낙뢰 보호가 바람직할 수 있는 임의의 구조체를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 구조체(204)는 항공기의 일부일 수 있다. 예를 들어, 구조체(204)는 복합 항공기에 부착된 구리 포일, 복합 항공기의 전도성 메시, 복합 항공기의 유전체 상부, 낙뢰 전환 스트립, 접지 케이블 또는 플레이트, 항공기의 낙뢰 보호 층의 일부, 항공기의 다른 부분, 또는 이들의 결합들을 포함할 수 있다.
작동 도중 어떤 시점에, 시스템(200)이 낙뢰에 맞을 수 있다. 낙뢰는 진입 지점(210)에서 구조체(204)로 들어가는 전류를 발생시킬 수 있다. 전류는 출구 지점(212)을 통해 빠져나가기 전에 경로(208)를 따라 구조체(204)을 통해 이동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류는 경로(208)를 따라 부분적으로 또는 전체적으로 소멸할 수 있다. 예를 들어, 구조체(204)는 넓은 영역에 걸쳐 전류를 방향 전환(redirect) 및/또는 전파하여 전류의 감소를 야기하도록 설계될 수 있다. 일부 경우들에, 전류는 출구 지점(212)에 도달하기 전에 완전히 소멸될 수 있다.
전류가 경로(208)를 따라 구조체(204)을 통해 이동함에 따라, 경로에 근접한 구조체(204)의 부분(206)이 가열될 수 있다. 그 부분(206)이 임계 온도에 도달하면, 그 부분(206)에 도포된 열 착색 증거 재료(202)가 다른 색상으로 변화하여 색 변화 영역(214)을 형성할 수 있다. 도 2 및 도 2a에 도시된 해칭은 색 변화 영역(214)의 색상이 열 착색 증거 재료(202)의 나머지와 상이함을 나타낸다.
시스템(200)의 이점은 열 착색 증거 재료(202)에 색 변화 영역(214)을 형성함으로써, 시스템(200)이 구조체(204)를 통한 낙뢰로부터의 전류에 의해 취해진 경로를 결정하기 위한, 그리고 경로(208)를 따라 컴포넌트들이 손상되었을 수 있는 정도를 결정하기 위한 빠르고 신뢰할 수 있으며 비침습적인 방법을 제공한다는 점이다. 시스템(200)의 다른 이익들 및 이점들은 본 개시의 이익을 갖는 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 수 있다.
도 3 및 도 3a를 참조하면, 낙뢰 표시를 위한 시스템(300)의 일 실시예가 도시된다. 시스템(300)은 제 1 세트의 아플리케 스트립들(302-307) 및 제 2 세트의 아플리케 스트립들(312-317)을 포함할 수 있다. 제 1 세트의 아플리케 스트립들(302-307)은 제 1 임계 온도에서 색상을 변화시키는 제 1 열 착색 증거 재료를 포함할 수 있다. 제 2 세트의 아플리케 스트립들(312-317)은 제 1 임계 온도보다 높은 제 2 임계 온도에서 색상을 변화시키는 제 2 열 착색 증거 재료를 포함할 수 있다.
구조체(204)를 통과하는 전류는 진입 지점(210) 부근에서 가장 강렬할 수 있다. 전류가 경로(208)를 따라 이동할 때, 전류가 구조체(204)를 가열하고 그리고/또는 큰 전도성 영역을 통해 소멸함에 따라 전류가 힘을 잃을 수 있다. 이에 따라, 구조체(204)는 출구 지점(212) 부근과 비교하여 진입 지점(210) 부근의 경로(208)를 따라 더 높은 온도로 가열될 수 있다.
도 3 및 도 3a에 도시된 바와 같이, 전류는 아플리케 스트립들(예를 들어, 아플리케 스트립들(302-304)) 중 일부와 접촉하는 구조체(204)의 부분들을 제 1 임계 온도를 초과하는 온도까지 가열할 수 있다. 열에 반응하여, 아플리케 스트립들(302-304)에 포함된 제 1 열 착색 증거 재료가 색상을 변화시켜 구조체(204)의 가열된 부분들 위에 색 변화 영역들(322-324)을 형성할 수 있다. 마찬가지로, 전류가 다른 아플리케 스트립들(예를 들어, 아플리케 스트립들(313-315))과 접촉하는 구조체(204)의 다른 부분들을 가열할 수 있다. 진입 지점(210) 부근에서, 열이 제 2 임계 온도를 초과하여, 아플리케 스트립(313)에 포함된 제 2 열 착색 증거 재료가 색상을 변화시켜 다른 색 변화 영역(326)을 형성하게 할 수 있다. 경로(208)가 진입 지점(210)으로부터 멀리 이동함에 따라, 전류에 의해 발생된 열이 감소할 수 있다. 이에 따라, 진입 지점(210)으로부터 더 멀리에서, 열이 제 2 임계 온도를 초과하지 않아, 구조체(204)의 가열된 부분들과 접촉하고 있더라도 아플리케 스트립들(예를 들어, 아플리케 스트립들(314, 315))의 일부 내에 어떠한 색 변화 영역들의 형성도 야기하지 않을 수 있다.
아플리케 스트립 중 일부에 제 1 열 착색 증거 재료를 포함시키고 다른 아플리케 스트립들에 다른 열 착색 증거 재료를 포함시킴으로써, 경로(208)를 따라 구조체(204)의 여러 부분들에서 구조체(204) 내에서의 가열하는 정도의 결정이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 아플리케 스트립들(302, 303, 313)에 인접한 구조체(204)의 부분들이 아플리케 스트립들(304, 314, 315)에 인접한 구조체(204)의 부분들보다 더 많은 가열을 겪었을 수 있다는 결정이 이루어질 수 있는데, 이는 아플리케 스트립(313) 부근의 온도들은 제 2 임계 온도를 초과했지만 아플리케 스트립들(314, 315) 부근의 온도들은 제 2 임계 온도를 초과하지 않았기 때문이다. 따라서 아플리케 스트립들(302, 303, 313) 부근의 구조체(204) 내의 컴포넌트들은 더 많은 가열을 겪었을 수 있고, 결과적으로 낙뢰에 의해 손상되었을 가능성이 더 클 수 있다. 제 1 열 착색 증거 재료 및 제 2 열 착색 증거 재료의 색상들은, 구조체(204)의 각각의 부분에 도달된 온도 범위의 결정을 가능하게 하기 위해 이들 각각의 임계 온도들이 도달하게 된 후에 서로 다를 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 열 착색 증거 재료를 포함하는 아플리케 스트립들(302-307) 및 제 2 열 착색 증거 재료를 포함하는 아플리케 스트립들(312-317)이 교대로 도포되어 구조체(204)에 걸친 두 온도 임계치들 모두에 대한 고른 가열 샘플링을 발생시킬 수 있다. 일부 실시예들에서는, 두 가지보다 많은 타입들의 열 착색 증거 재료들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 추가 열 착색 증거 재료들을 포함하는 추가 아플리케 스트립들이 구조체(204)의 추가 부분들에 도포될 수 있다. 추가 열 착색 증거 재료들은 추가적인 연속적으로 증가하는 임계 온도들로의 구조체(204)의 추가 부분들의 가열에 대한 응답으로 추가 색상들로 변화하도록 연속적으로 적응될 수 있다. 추가 아플리케 스트립들은 구조체(204)를 따라 순차적으로 놓여져 각각의 온도 임계치에 대한 고른 가열 샘플링을 발생시킬 수 있다. 또한, 열 착색 증거 재료들 각각은 서로 다른 색상들로 변화할 수 있다. 이에 따라, 구조체(204)가 겪게 되는 온도들의 범위가 맵핑될 수 있다.
제 1 열 착색 증거 재료를 포함하는 아플리케 스트립들과 제 2 열 착색 증거 재료를 포함하는 아플리케 스트립들 간의 교대와 연관된 이점은, 시스템(300)이 구조체(204)를 통한 낙뢰로부터의 전류에 의해 취해진 경로(208)를 결정하기 위한, 그리고 경로(208)를 따라 컴포넌트들이 손상되었을 수 있는 정도를 결정하기 위한 빠르고 신뢰할 수 있으며 비침습적인 방법을 제공할 수 있다는 점이다. 또한, 시스템(300)은 아플리케 스트립들을 포함하기 때문에, 이는 용이하게 구성될 수 있다. 시스템(300)의 다른 이익들 및 이점들은 본 개시의 이익을 갖는 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 수 있다.
도 4 및 도 4a를 참조하면, 낙뢰 표시를 위한 시스템(400)의 일 실시예가 도시된다. 시스템(400)은 다수의 열 착색 증거 입자들(404)이 그 안에 포함되어 있는, 구조체(204)에 도포된 매트릭스 재료(402)를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 매트릭스 재료(402)는 구조체(204)에 도포된 수지 또는 다른 타입의 코팅을 포함할 수 있다. 매트릭스 재료(402)는 분무, 브러싱, 다른 타입의 도포 공정, 또는 이들의 결합들에 의해 구조체(204)에 도포될 수 있다. 열 착색 증거 입자들(404)은 구조체(204)에 매트릭스 재료(402)를 도포하기 전에 매트릭스 재료(402)에 포함될 수 있다. 대안으로, 일부 실시예들에서, 열 착색 증거 입자들(404)은 매트릭스 재료(402)의 도포 이후에 매트릭스 재료(402)에 포함될 수 있다.
열 착색 증거 입자들(404) 중 일부는 제 1 열 착색 증거 재료를 포함할 수 있고, 열 착색 증거 입자들(404) 중 일부는 제 2 열 착색 증거 재료를 포함할 수 있다. 제 1 열 착색 증거 재료는 제 1 임계 온도로 가열될 때 제 1 색상으로 변화할 수 있고, 제 2 열 착색 증거 재료는 제 1 임계 온도와는 다른 제 2 임계 온도로 가열될 때 제 1 색상과는 다른 제 2 색상으로 변화할 수 있다. 예를 들어, 경로(208)를 따르는 전류로 인한 가열시, 입자들(404) 중 일부는 제 1 색상으로 변화하여 입자들의 색 변화 영역들(예를 들어, 색 변화 영역들(412, 414, 417))을 형성할 수 있다. 다른 색 변화 영역들(예를 들어, 색 변화 영역들(413, 415))은 제 1 색상과는 다른 제 2 색상에 대응할 수 있다.
일부 실시예들에서는, 도 4 및 도 4a에 도시된 바와 같이, 입자들(404)이 되는 대로 매트릭스 재료(402)로 혼합된다. 대안으로, 일부 실시예들에서, 제 1 세트의 입자들(412, 414, 416, 417)은 매트릭스 재료(402)의 제 1 부분에 포함되고, 제 2 세트의 입자들(413, 415)은 매트릭스 재료(402)의 제 2 부분에 포함되는데, 제 1 부분과 제 2 부분은 초기에 분리된다. 그 다음, 매트릭스 재료(402)의 각각의 부분은 패턴으로 구조체(204)에 도포될 수 있다. 도 4에 도시되진 않았지만, 일부 실시예들에서, 입자들(404) 중 일부는 추가적인 연속적으로 증가하는 임계 온도들로의 구조체(204)의 추가 부분들의 가열에 대한 응답으로 제 1 색상 및 제 2 색상과는 다른 그리고 서로 다른 추가 색상들로 변화하는 추가 열 착색 증거 재료들을 포함한다.
전류가 경로(208)를 따라 진입 지점(210)에서부터 출구 지점(212)까지 통과함에 따라, 전류가 구조체(204)를 가열할 수 있다. 구조체(204)의 부분들이 제 1 임계 온도를 초과하여 가열된다면, 열 착색 증거 입자들(404)이 각각의 열 착색 증거 입자 재료들과 연관된 온도 범위에 기초하여 색상을 변화시킬 수 있다. 색상의 변화는 구조체(204)에 대한 잠재적 손상의 위치 및/또는 손상 정도의 결정을 가능하게 할 수 있다. 시스템(400)의 다른 이익들 및 이점들은 본 개시의 이익을 갖는 관련 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 수 있다.
도 5를 참조하면, 낙뢰들로 인한 잠재적 손상의 위치 및 정도를 탐지하기 위한 시스템(500)의 일 실시예가 도시된다. 시스템(500)은 제어기(502), 광원(506) 및 탐지기(508)를 포함할 수 있다.
제어기(502)는 본 명세서에서 설명된 바와 같은 제어 기능들을 수행할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 프로세서 및 메모리를 사용하여 구현된다. 예를 들어, 프로세서는 중앙 처리 유닛(CPU: central processing unit), 그래픽 처리 유닛(GPU: graphical processing unit), 주변 장치 인터페이스 제어기(PIC: peripheral interface controller), 다른 타입의 처리 유닛 또는 이들의 결합들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 프로그래밍 가능한 또는 고정된 회로 로직, 이를테면 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA: field programmable gate array), 주문형 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit), 집적 회로(IC: integrated circuit) 디바이스, 다른 타입의 회로 로직, 또는 이들의 결합들을 사용하여 구현된다.
제어기(502)는 탐지기(508)로부터 입력을 수신하는 위치 결정 모듈(504)을 포함할 수 있다. 입력에 기초하여, 위치 결정 모듈(504)은 색 변화 영역(214)의 위치를 결정할 수 있다. 제어기(502)는 그 위치에서 구조체(204)에 대한 잠재적 손상의 정도를 결정하는 손상 평가 모듈(505)을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제어기는 구조체(204)의 3차원 모델에 잠재적 손상의 정도의 추정치 및 위치를 맵핑하는 시각적 묘사를 생성할 수 있다.
작동 중에, 광원(506)은 구조체(204)로 향하게 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원(506)은 자외선 램프를 포함할 수 있다. 광원(506)은 열 착색 증거 재료(202)가 형광을 발하게 할 수 있는 광(510)(예를 들어, 자외선)을 방출할 수 있다. 형광을 발하게 된 열 착색 증거 재료를 보여주는 반사 및/또는 추가 광(511)이 탐지기(508)에서 수신될 수 있다. 탐지기는 광(511)에 기초하여 이미지 데이터를 위치 결정 모듈(504)에 전송할 수 있다.
위치 정보를 결정하기 위해, 제어기(502)는 탐지기(508)를 제어하여 열 착색 증거 재료(202)의 표면을 스캐닝할 수 있다. 예를 들어, 탐지기(508)는 화살표(512)로 표시된 방향으로 스캐닝할 수 있다. 스캐닝은 회전 운동들, 병진 운동들, 다른 타입들의 운동들, 또는 이들의 결합들을 포함할 수 있다. 스캐닝을 수행하기 위해, 제어기(502)는 기어들, 모터들, 또는 탐지기(508)에 움직임을 가하기 위한 (도시되지 않은) 다른 기계적 디바이스들을 포함할 수 있다.
구조체(204)로부터의 광을 기초로, 제어기(502)는 색 변화 영역(214)의 위치를 로케이팅할 수 있다. 또한, 제어기(502)는 색 변화 영역(214)에 존재하는 색상들을 분석하여 구조체(204)의 각각의 위치를 통해 구조체(204)의 가열 정도를 결정하고, 이로써 구조체(204)의 하나 또는 그보다 많은 컴포넌트들에서 발생했을 수 있는 손상의 평가를 생성할 수 있다.
도 6을 참조하면, 낙뢰 표시를 위한 방법(600)의 일 실시예가 도시된다. 이 방법(600)은 602에서, 구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 구조체의 부분의 가열에 대한 응답으로 구조체의 부분에 도포된 재료를 한 색상으로 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열 착색 증거 재료(202)는 전류 경로(208)에 근접한 구조체(204)의 부분(206)의 가열에 대한 응답으로 색 변화 영역(214)에서 도 2의 해칭으로 표현된 색상으로 변화할 수 있다.
이 방법(600)은 604에서, 탐지기로 구조체의 표면을 스캐닝하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 구조체(204)의 표면은 탐지기(508)에 의해 스캐닝될 수 있다.
이 방법(600)은 또한 606에서, 탐지기에서 구조체로부터의 광을 수신하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 광(511)이 탐지기(508)에서 수신될 수 있다.
이 방법(600)은 608에서, 구조체로부터의 광에 기초하여 색상의 위치를 로케이팅하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 색 변화 영역(214)의 위치는 위치 결정 모듈(504)에서 결정될 수 있다.
이 방법(600)은 610에서, 제 1 색상의 위치에 기초하여 구조체를 통과하는 전류의 경로를 탐지하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 경로(208)는 색 변화 영역(214)의 경로에 기초하여 탐지될 수 있다.
이 방법(600)은 또한 612에서, 구조체를 통과하는 전류의 탐지된 경로를 따라 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 적어도 색상에 기초하여 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 손상 평가 모듈(505)은 색 변화 영역(214)의 색상에 기초하여 색 변화 영역(214)을 따라 손상 정도를 결정할 수 있다.
도 7을 참조하면, 낙뢰 표시 시스템을 제조하기 위한 방법(700)의 일 실시예가 도시된다. 이 방법(700)은 702에서, 구조체의 제 1 부분에 제 1 재료를 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 제 1 재료는 구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 구조체의 제 1 부분의 가열에 대한 응답으로 제 1 색상으로 변화하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 아플리케 스트립들(302-307)이 구조체(204)에 도포될 수 있다. 다른 예로서, 착색 증거 입자들(412, 414, 416, 417)이 구조체(204)에 도포될 수 있다.
이 방법(700)은 704에서, 구조체의 제 2 부분에 제 2 재료를 도포하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 2 재료는 제 2 임계 온도로의 구조체의 제 2 부분의 가열에 대한 응답으로 제 1 색상과는 다른 제 2 색상으로 변화하도록 적응될 수 있다. 예를 들어, 아플리케 스트립들(312-217)이 구조체(204)에 도포될 수 있다. 다른 예로서, 착색 증거 입자들(413, 415)이 구조체(204)에 도포될 수 있다.
다양한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 개시는 그렇게 제한되지는 않으며 그러한 모든 수정들 및 변형들을 포함하는 것으로 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이해될 것이다.
Claims (18)
- 방법으로서,
구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 상기 구조체의 부분의 가열에 대한 응답으로 상기 구조체의 부분에 도포된 재료를 제 1 색상으로 변화시키는 단계; 및
상기 제 1 색상의 위치에 기초하여 상기 구조체를 통과하는 전류의 경로를 탐지하는 단계를 포함하는,
방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 구조체를 통과하는 전류의 탐지된 경로를 따라 상기 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 적어도 상기 제 1 색상에 기초하여 추정하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 임계 온도보다 높은 제 2 임계 온도로의 상기 구조체의 제 2 부분의 가열에 대한 응답으로 상기 구조체의 제 2 부분에 도포된 재료를 상기 제 1 색상과는 다른 제 2 색상으로 변화시키는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 1 항에 있어서,
추가적인 연속적으로 증가하는 임계 온도들로의 상기 구조체의 추가 부분들의 가열에 대한 응답으로 상기 구조체의 추가 부분들에 도포된 추가 재료들을 상기 제 1 색상과는 다른 그리고 서로 다른 추가 색상들로 연속적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 구조체를 통과하는 전류의 탐지된 경로를 따라 상기 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 적어도 상기 제 1 색상 및 상기 추가 색상들에 기초하여 추정하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 1 항에 있어서,
탐지기로 상기 구조체의 표면을 스캐닝하는 단계;
상기 탐지기에서 상기 구조체로부터의 광을 수신하는 단계; 및
상기 구조체로부터의 광에 기초하여 상기 제 1 색상의 위치를 로케이팅하는 단계를 더 포함하는,
방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 스캐닝하는 단계 동안 광원을 상기 구조체에 향하게 하는 단계를 더 포함하며,
상기 광원은 자외선 광원이고,
상기 제 1 색상은 비-자외선 하에서 실질적으로 보이지 않는,
방법. - 시스템으로서,
구조체;
상기 구조체의 제 1 부분에 도포된 제 1 재료 ― 상기 재료는 상기 구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 상기 구조체의 제 1 부분의 국소적 가열에 대한 응답으로 국소적으로 제 1 색상으로 변화하도록 구성됨 ―; 및
상기 구조체로부터의 광을 수신하여 상기 제 1 색상의 위치를 기초로 상기 구조체를 통과하는 전류의 경로의 탐지를 가능하게 하도록 구성된 탐지기를 포함하는,
시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 1 색상은 상기 구조체를 통과하는 전류의 경로를 따라 상기 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 추정할 수 있게 하는,
시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 구조체의 제 2 부분에 도포된 제 2 재료를 더 포함하며,
상기 제 2 재료는 상기 제 1 임계 온도보다 높은 제 2 임계 온도로의 상기 구조체의 제 2 부분의 가열에 대한 응답으로 상기 제 1 색상과는 다른 제 2 색상으로 변화하도록 구성되는,
시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 구조체의 추가 부분들에 도포된 추가 재료들을 더 포함하며,
상기 추가 재료들은 추가적인 연속적으로 증가하는 임계 온도들로의 상기 구조체의 추가 부분들의 가열에 대한 응답으로 상기 제 1 색상과는 다른 그리고 서로 다른 추가 색상들로 변화하도록 구성되는,
시스템. - 제 11 항에 있어서,
상기 제 1 색상 및 상기 추가 색상들은 상기 구조체를 통과하는 전류의 탐지된 경로를 따라 상기 전류에 의해 발생된 손상의 정도를 추정할 수 있게 하는,
시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 구조체 쪽으로 향하는 광원을 더 포함하며, 상기 광원은 자외선 광원이고, 상기 제 1 색상은 비-자외선 하에서 실질적으로 보이지 않는,
시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 구조체는 복합 항공기에 부착된 구리 포일, 복합 항공기의 전도성 메시, 복합 항공기의 유전체 상부, 낙뢰 전환 스트립, 접지 케이블 또는 플레이트, 항공기의 낙뢰 보호 층의 일부, 또는 이들의 임의의 결합을 포함하는,
시스템. - 방법으로서,
구조체의 제 1 부분에 제 1 재료를 도포하는 단계 ― 상기 제 1 재료는 상기 구조체 내의 전류로 인한 제 1 임계 온도로의 상기 구조체의 제 1 부분의 가열에 대한 응답으로 제 1 색상으로 변화하도록 구성됨 ―;
상기 구조체의 제 2 부분에 제 2 재료를 도포하는 단계를 포함하며, 상기 제 2 재료는 제 2 임계 온도로의 상기 구조체의 제 2 부분의 가열에 대한 응답으로 상기 제 1 색상과는 다른 제 2 색상으로 변화하도록 구성되는,
방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 재료는 제 1 세트의 아플리케(applique) 스트립들에 포함되고 상기 제 2 재료는 제 2 세트의 아플리케 스트립들에 포함되며,
상기 제 1 세트의 아플리케 스트립들과 상기 제 2 세트의 아플리케 스트립들이 반복 패턴으로 상기 구조체에 도포되는,
방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 재료는 코팅 매트릭스의 제 1 부분에 포함되고 상기 제 2 재료는 상기 코팅 매트릭스의 제 2 부분에 포함되며,
상기 코팅 매트릭스는 상기 구조체에 도포되는,
방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 재료는 낙뢰 보호 층의 수지의 제 1 부분에 포함되고,
상기 제 2 재료는 상기 낙뢰 보호 층의 수지의 제 2 부분에 포함되는,
방법.
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