KR20180087343A - 금속 아이렛을 갖는 모든 복합 토크 튜브 - Google Patents

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Abstract

모든 복합(all-composite) 토크 튜브를 제조하는 저비용 방법은, 원통형 맨드릴 및 맨드릴 상에 단부 고정구에 의해 보유되는 복수의 아이렛 형상체 둘레에 섬유 토우를 권취하는 단계를 포함하여, 그에 의해 플랜지형 단부 커플링이 형성된다. 본 방법은 플랜지형 단부 커플링을 한정하도록 구성된 사전 직조된 복합 섬유 단부 슬리브의 사용을 포함할 수 있다. 권취된 섬유 및 단부 슬리브는 단일 단계로 함께 경화된다. 금속 아이렛이 볼트 구멍에 설치될 수 있다.

Description

금속 아이렛을 갖는 모든 복합 토크 튜브
본 발명은 대체적으로 항공기 유틸리티 또는 비행 제어 구동 라인 상에, 또는 토크를 전달하기 위한 토크 튜브(torque tube)를 필요로 하는 임의의 구동 라인 상에 사용되는 토크 튜브(종종, 토크 샤프트로 지칭됨)에 관한 것이다.
토크 튜브는 동력 전달 응용에서 정적 및 동적 비틀림 하중을 전달한다. 예를 들어, 토크 튜브는 일반적으로 항공기에서 비행 제어 표면들, 예컨대 플랩 및 슬랫(slat)을 작동 및 제동하기 위한, 그리고 항공기 도어 및 도어 래치를 작동하기 위한 동력 전달을 제공하는 데 사용된다. 토크 튜브의 각각의 단부에는 토크 튜브를 구동 라인 내의 다른 전달 기구에 기계적으로 커플링하도록 구성된 커플링 특징부가 제공될 수 있다. 예를 들어, 토크 튜브의 일 단부 또는 양 단부는 커플링에 사용되는 볼트 구멍의 어레이 또는 패턴을 갖는 플랜지를 포함할 수 있다.
원통형 맨드릴(mandrel) 둘레에 탄소 섬유 토우(tow)를 나선형으로 권취하거나 랩핑함으로써 제조되는 소위 "복합(composite)" 토크 튜브는 항공기 산업에서 부분적으로 널리 사용되는데, 이는 그들이 금속 토크 튜브보다 가볍지만 여전히 중요한 강도 요건을 충족하기 때문이다. 복합 토크 튜브는 또한 개선된 휨 강성 및 비틀림 강성을 제공한다. 그러나, 토크 튜브의 단부에서의 커플링 특징부가 단부들 사이의 토크 튜브의 직선 길이와는 상이하고 그보다 더 복잡하기 때문에, 커플링 특징부는 랩핑된 복합 재료로 형성되지 않는다. 대신에, 커플링 특징부를 포함하는 금속 단부 피팅을 제조하고, 랩핑된 복합 재료의 직선 튜브에 의해 연결된 한 쌍의 금속 단부 피팅을 갖는 하이브리드 조립체로서 토크 튜브를 형성하는 것이 공지되어 있다. 이와 관련하여, 미국 특허 제7,335,108호(Lin 등); 제7,419,435호(Borges 등); 제7,682,256호(Brace 등); 제7,874,925호(Dewhirst); 및 제8,025,580호(Genot 등)를 참조하라. 금속 단부 피팅은 무게를 가중시키며, 복합 재료와 각각의 금속 단부 피팅 사이의 접합부가 신뢰할 수 있고 하중 하에서 쉽게 파손되지 않는 것을 보장하는 것이 과제이다.
미국 특허 제3,651,661호(Darrow)는 원통형 맨드릴 상에 교호하는(alternating) 복합 직물의 플라이를 적층함으로써 전형적인 볼트-구멍 플랜지를 갖는 복합 토크 튜브를 제조하는 것을 교시한다. 플랜지는 직물 플라이에 제공된 핑거 또는 스트립을 펼쳐서 만든다. 이 특허는 섬유 토우를 권취하는 것을 교시하지 않는다.
미국 특허 제5,397,272호(Smiley 등)는 아버(arbor) 둘레에 섬유를 랩핑하고 튜브의 단부에 유니버설 조인트의 2개의 요크 러그를 일체로 형성하는 것을 교시하는 모든 복합(all-composite) 토크 튜브를 기술한다. 러그는 토크 튜브의 축 방향으로 서로 평행하게 연장되고, 유니버설 조인트의 커플링 부재를 수용하기 위해 직경 축을 따라 서로 정렬된 각각의 구멍을 포함한다.
토크 튜브 기술 이외에, 미국 특허 제8,118,958호(Lunin 등)는 한 쌍의 금속 아이렛(eyelet) 및 금속 기어 인서트 둘레에 복합 섬유 필라멘트를 권취함으로써 회전 액추에이터용 출력 아암을 제조하기 위한 방법을 교시한다. 아이렛 및 기어 인서트는 권취 동안 고정구 상에 지지된다. 이어서, 권취된 필라멘트에는 수지가 주입되고, 수지는 경화된다. 고정구가 제거되어 완성된 액추에이터 아암을 산출한다.
대향 단부에 볼트 구멍이 있는 플랜지를 갖는 모든 복합 토크 튜브가 필요하며, 여기서 토크 튜브는 제조하기가 경제적이고 금속 단부 피팅을 필요로 하지 않는다.
본 발명은 단일의 구조적 경화 단계를 수반하는, 경량의 모든 복합 토크 튜브를 저비용으로 제조하기 위한 방법을 제공한다. 생성된 토크 튜브는 복합 재료와 금속 사이에 토크 전달 조인트를 갖지 않으며, 신뢰성이 높다.
본 발명의 일 실시예에서, 제조 방법은 원통형 맨드릴을 제공하는 단계 및 맨드릴 상에 단부 고정구를 위치시키는 단계를 포함하고, 단부 고정구는 맨드릴의 외부 표면에 대해 반경 방향으로 확대된 배킹 표면(backing surface) 및 배킹 표면을 관통하는 복수의 개구부를 포함한다. 방법은, 추가로, 단부 고정구의 복수의 개구부 내로 각각 복수의 아이렛 형상체(form)를 삽입하는 단계, 및 맨드릴 및 복수의 아이렛 형상체 둘레에 섬유 토우를 권취하는 단계를 포함한다. 사전 함침된 섬유 토우보다는 오히려 건조 섬유 토우가 사용되는 경우, 권취된 섬유 토우에 수지 매트릭스가 주입된다. 방법은 권취된 섬유 토우를 C 경화 스테이지까지 경화시킴으로써 계속되고, 그에 의해 복수의 볼트 구멍을 갖는 일체형 단부 플랜지를 포함하는 복합 튜브가 산출된다. 방법은 복합 튜브로부터 아이렛 형상체, 단부 고정구, 및 맨드릴을 제거함으로써 완료될 수 있다. 선택적으로, 플랜지의 볼트 구멍을 보강하기 위해 금속 아이렛이 설치될 수 있다.
전술한 기본 방법의 변형예는 축 방향으로 연장된 스템, 스템의 말단부에 있는 반경 방향으로 확대된 플랜지 층, 맨드릴의 단부 부분을 수용하기 위해 플랜지 층 및 스템을 관통하는 통로, 및 플랜지 층을 관통하는 복수의 볼트 구멍을 포함하는 직조된 단부 슬리브를 제공하는 단계를 포함한다. 단부 슬리브는 단부 슬리브의 플랜지 층이 단부 고정구의 배킹 표면에 대해 맞닿도록 맨드릴 상에 배치되고, 복수의 아이렛 형상체는 각각 단부 슬리브의 복수의 볼트 구멍을 통해 그리고 단부 고정구의 복수의 개구부 내로 삽입된다. 단부 슬리브는 사전 함침된 섬유 토우로 직조될 수 있거나, 또는 건조 섬유 토우로 직조되고 후속하여 수지가 주입될 수 있다. 기본 방법의 권취하는 단계는 단부 슬리브의 스템 둘레에 섬유 토우를 권취하는 단계를 포함하도록 수정된다. 단부 슬리브 및 권취된 섬유 토우는 단일 경화 단계에서 함께 경화된다.
방법의 다른 변형예에서, 단부 슬리브는 그것이 토크 튜브의 플랜지형 단부 커플링을 완전히 형성하도록 직조되고, 토크 튜브의 직선 튜브 부분은 섬유 토우를 원통형 맨드릴 및 단부 슬리브의 스템의 부분 둘레에 권취함으로써 형성된다. 권취된 섬유 토우 및 단부 슬리브는 단일 경화 단계에서 함께 경화된다.
본 발명의 작동 모드 및 특성이 이제, 첨부 도면과 함께 취해진 본 발명의 하기의 상세한 설명에서 더 완전하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명을 대체적으로 구현하는 복합 토크 튜브의 직각도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 형성된 복합 토크 튜브의 단부 부분을 도시하는 종단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 복합 토크 튜브를 제조하기 위한 제조 셋업을 예시하는 종단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 복합 토크 튜브를 제조하기 위한 방법 중 나선형 권취 단계를 예시하는, 도 3에 도시된 제조 셋업의 일 단부의 도면이다.
도 5a는 제조 방법 중 제1 아이렛 권취 단계를 예시하는, 제조 셋업의 단부 고정구를 향해 축 방향으로 바라본 도면이다.
도 5b는 제조 방법 중 제2 아이렛 권취 단계를 예시하는, 도 5a의 것과 유사한 도면이다.
도 5c는 제조 방법 중 제3 아이렛 권취 단계를 예시하는, 도 5a의 것과 유사한 도면이다.
도 5d는 제조 방법 중 제4 아이렛 권취 단계를 예시하는, 도 5a의 것과 유사한 도면이다.
도 6은 제조 방법 중 역방향 나선형 권취 단계를 예시하는, 도 4의 것과 유사한 도면이다.
도 7은 도 1에 도시된 복합 토크 튜브를 제조하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따라 형성된 복합 토크 튜브의 단부 부분을 도시하는 종단면도이다.
도 9는 도 8에 도시된 복합 토크 튜브를 제조하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 제3 실시예에 따라 형성된 복합 토크 튜브의 단부 부분을 도시하는 종단면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 복합 토크 튜브를 제조하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 1은 본 발명의 방법에 의해 형성된 복합 토크 튜브(10)를 도시한다. 복합 토크 튜브(10)는 대체적으로 중간 튜브 부분(12)에 의해 연결된 한 쌍의 단부 커플링(14)을 포함한다. 도면 부호 A는 토크 튜브(10)의 종축을 나타낸다. 각각의 단부 커플링(14)은, 단부 커플링(14)을 전달 구동 시스템의 다른 부분에 부착하는 데 사용하기 위해, 튜브 부분(12)의 외부 원통형 표면에 대해 반경 방향 외측으로 연장하는 플랜지(16) 및 플랜지(16)를 관통하는 복수의 볼트 구멍(18)을 포함한다. 본 명세서에 기술된 실시예에서, 각각의 단부 커플링(14)은 4개의 볼트 구멍(18)을 갖지만, 특정 최종 용도 응용 및 설계 요건에 따라 보다 많은 또는 보다 적은 볼트 구멍이 제공될 수 있다. 볼트 구멍의 내부 표면을 볼트의 클램핑력으로부터 보강 및 보호하기 위해, 2-피스 금속 아이렛(20)이 각각의 볼트 구멍(18)에 선택적으로 배열될 수 있다. 토크 튜브(10)는, 선택적인 금속 아이렛(20)을 제외하고는, 완전히 섬유-강화 복합 재료로 형성된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예를 설명하기 위해 보다 상세하게 복합 토크 튜브(10)의 일 단부 부분을 도시한다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 제1 실시예의 복합 토크 튜브(10)는 각각의 단부에 있는 사전 직조된 단부 슬리브(22), 및 각각의 단부 슬리브(22)와 병합(merge)되는 섬유 토우 권취부(30)를 사용하여 형성된다. 단부 슬리브(22) 및 섬유 토우 권취부(30)의 구성 섬유는 열경화성 수지 매트릭스 내에 존재하는데, 이는 수지 분자의 가교 결합이 수지를 안정한 고체로 전환시키는 비가역적 화학 반응을 겪음으로써 상승된 온도에서 완전히 경화되고(C 스테이지), 이에 의해 경화는 단부 슬리브(22)와 섬유 토우 권취부(30)를 고체 구조 복합 재료로 통합한다. 단부 슬리브(22)를 직조하는 데 사용된 섬유 및 섬유 토우 권취부(30) 내의 섬유는 경화의 B 스테이지까지 부분적으로 경화된 열경화성 수지 매트릭스로 사전 함침되어, 경화되지 않은 "습식" 레이업 재료와 비교할 때 두껍고 다소 점착성인 복합 섬유 재료를 제공할 수 있다. "프리프레그(prepreg)" 섬유 재료를 사용하는 것에 대한 대안예로서, 단부 슬리브(22) 및 권취부(30)를 형성하기 위해 건조 섬유 토우가 사용될 수 있고, 구성 섬유는 열경화성 수지 매트릭스로 직조 및 권취된 후에 진공 주입될 수 있다. 섬유는, 예를 들어, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 및/또는 세라믹 섬유를 포함할 수 있다.
각각의 단부 슬리브(22)는 축 방향으로 연장된 스템(24), 스템의 말단부에 있는 반경 방향으로 확대된 플랜지 층(26), 맨드릴(M)의 단부 부분을 수용하기 위해 플랜지 층(26) 및 스템(24)을 관통하는 통로(27)(도 3 참조), 및 플랜지 층(26)을 관통하는 복수의 볼트 구멍(28)을 포함하도록 구성된다.
이제, 제1 실시예에 따른 토크 튜브(10)의 제조 방법이 도 7의 흐름도를 참조하여 그리고 도 3 내지 도 6을 추가로 참조하여 설명될 것이다. 초기 단계(50)에서, 적어도 하나의 사전 직조된 단부 슬리브(22)가 제공된다. 단계 54에서, 단부 슬리브(22)는 원통형 맨드릴(M) 상에 배치된다. 다음으로, 단계 58에 따라서, 단부 고정구(F)가 단부 슬리브(22)의 플랜지 층(26)에 대해 맞닿는 상태로 맨드릴(M) 상에 위치된다. 단부 고정구(F)는 단부 슬리브(22)의 복수의 볼트 구멍(28)과 각각 정렬되는 복수의 개구부(FO)를 포함한다. 제조 셋업은 또한, 단부 슬리브(22)의 복수의 볼트 구멍(28)을 통해 그리고 단부 고정구(F)의 복수의 개구부(FO) 내로 각각 복수의 아이렛 형상체(E)를 삽입하는 단계(62)를 포함한다. 이러한 배열은, 예를 들어, 도 3에서 볼 수가 있다.
방법은 맨드릴(M), 단부 슬리브(22)의 스템(24) 및 복수의 아이렛 형상체(E) 둘레에 섬유 토우(30)를 권취하는 단계(66)로 계속된다. 권취 단계(66)는 도4 내지 도6으로 예시되어 있다. 섬유 토우(30)는 도 4에 도시된 바와 같이, 축 방향으로 단부 슬리브(22)에 접근하도록 맨드릴(M) 둘레에 나선형으로 권취된다. 나선형 권취는 섬유 토우(30)가 스템(24) 둘레에 권취되고 플랜지 층(26)에 도달할 때까지 계속된다. 이어서, 섬유 토우(30)는 도 5a에 도시된 바와 같이 복수의 아이렛 형상체(E) 중 2개의 아이렛 형상체 둘레에 권취된다. 보다 구체적으로, 섬유 토우(30)는 스템(24)에서 나와서 아이렛 형상체들 중 제1 아이렛 형상체(E1) 둘레에 부분적으로 권취된다. 알 수 있는 바와 같이, 섬유 토우(30)는 제1 아이렛 형상체(E1)에 대해 외접형 접근(outer tangential approach)을 가질 수 있다. 섬유 토우(30)는 제1 아이렛 형상체(E1)에서 나와서, 아이렛 형상체들 중 제2 아이렛 형상체(E2) 둘레에 부분적으로 권취되고, 단부 슬리브(22)의 스템(24)으로 다시 진행한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 섬유 토우(30)는 제2 아이렛 형상체(E2)에 대한 내접형 접근을 가질 수 있고, 제2 아이렛 형상체(E2)를 떠나는 섬유 토우는 플랜지 층(26)을 향해 축 방향에서 보았을 때 제2 아이렛 형상체(E2)에 접근하는 섬유 토우와 교차할 수 있다. 권취 단계(66)는 플랜지 층(26)으로부터 멀어지는 축 방향으로 스템(24)과 맨드릴(M) 둘레에 섬유 토우(30)를 나선형으로 권취함으로써 계속된다.
이해될 수 있는 바와 같이, 다른 단부 슬리브(22)가 토크 튜브(10)의 반대편 단부에 대응하는 위치에서 맨드릴(M) 상에 제공될 수 있고, 섬유 토우(30)가 대향하는 단부 슬리브에 접근함에 따라 전술한 권취 패턴이 거울상(mirror-image) 방식으로 반복될 수 있다. 나선형 권취는 제1 단부 슬리브(22)를 향해 다시 계속된다. 일단 섬유 토우(30)가 플랜지 층(26)에 도달하면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 아이렛 형상체들(E1, E2)에 대해 전술한 아이렛 권취 패턴이 제2 아이렛 형상체(E2) 및 제3 아이렛 형상체(E3)에 대해 반복된다. 섬유 토우(30)는 스템(24)에서 나와서 제2 아이렛 형상체(E2) 둘레에 부분적으로 권취된다. 섬유 토우(30)는 제2 아이렛 형상체(E2)에 대해 외접형 접근을 가질 수 있다. 섬유 토우(30)는 제2 아이렛 형상체(E2)에서 나와서, 제3 아이렛 형상체(E3) 둘레에 부분적으로 권취되고, 단부 슬리브(22)의 스템(24)으로 다시 진행한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 섬유 토우(30)는 제3 아이렛 형상체(E3)에 대한 내접형 접근을 가질 수 있고, 제3 아이렛 형상체(E3)를 떠나는 섬유 토우는 플랜지 층(26)을 향해 축 방향에서 보았을 때 제3 아이렛 형상체(E3)에 접근하는 섬유 토우와 교차할 수 있다.
이어서, 나선형 권취는 도시된 단부 슬리브(22)로부터 멀리 스템(24) 및 맨드릴(M)을 따라 축 방향으로 계속되고, 섬유 토우(30)가 도시된 단부 슬리브(22)를 향해 돌아서 맨드릴(M) 둘레에 나선형으로 다시 권취되기 전에 반대편 단부에 거울상 권취 패턴이 형성될 수 있다. 일단 섬유 토우(30)가 플랜지 층(26)으로 복귀하면, 도 5c에 도시된 바와 같이 제3 아이렛 형상체(E3) 및 제4 아이렛 형상체(E4)에 대해 전술한 아이렛 권취 패턴이 반복된다. 섬유 토우(30)는 스템(24)에서 나와서 제3 아이렛 형상체(E3) 둘레에 부분적으로 권취된다. 섬유 토우(30)는 제3 아이렛 형상체(E3)에 대한 외접형 접근을 가질 수 있다. 섬유 토우(30)는 제3 아이렛 형상체(E3)에서 나와서, 단부 슬리브(22)의 스템(24)으로 복귀하기 전에 제4 아이렛 형상체(E4) 둘레에 부분적으로 권취된다. 섬유 토우(30)는 제4 아이렛 형상체(E4)에 대한 내접형 접근을 가질 수 있고, 제4 아이렛 형상체(E4)를 떠나는 섬유 토우는 플랜지 층(26)을 향해 축 방향에서 보았을 때 제4 아이렛 형상체(E4)에 접근하는 섬유 토우와 교차할 수 있다.
섬유 토우(30)는 반대편 단부를 향해 나선형으로 권취되고 - 여기서, 아이렛 형상체 권취 패턴이 거울상 방식으로 반복될 수 있음 -, 이어서 도시된 단부 슬리브(22)를 향해 되돌아 나선형으로 권취된다. 일단 섬유 토우(30)가 플랜지 층(26)으로 복귀하면, 도 5d에 도시된 바와 같이 제4 아이렛 형상체(E4) 및 제1 아이렛 형상체(E1)에 대해 전술한 아이렛 권취 패턴이 반복된다. 섬유 토우(30)는 스템(24)에서 나와서 제4 아이렛 형상체(E4) 둘레에 부분적으로 권취된다. 섬유 토우(30)는 제4 아이렛 형상체(E4)에 대한 외접형 접근을 가질 수 있다. 섬유 토우(30)는 제4 아이렛 형상체(E4)에서 나와서, 스템(24)으로 복귀하기 전에 제1 아이렛 형상체(E1) 둘레에 부분적으로 권취된다. 섬유 토우(30)는 제1 아이렛 형상체(E1)에 대한 내접형 접근을 가질 수 있고, 제1 아이렛 형상체(E1)를 떠나는 섬유 토우는 플랜지 층(26)을 향해 축 방향에서 보았을 때 제1 아이렛 형상체(E1)에 접근하는 섬유 토우와 교차할 수 있다.
이해되는 바와 같이, 전술한 권취 패턴은 단부 커플링(14) 및 튜브 부분(12)을 형성하기 위해 재료가 빌트업될 때까지 반복 방식으로 계속된다. 당업자라면 원하는 강도 및 휨 특성을 달성하기 위해 권취 단계 동안에 섬유 토우(30)의 나선형 권취각이 변화될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 섬유 토우의 권취는, 섬유 토우가 회전 조립체에 의해 감아올려짐에 따라 사전결정된 권취 패턴을 달성하도록 회전 조립체에 섬유 토우를 이송하기 위해 섬유 토우 피더가 축 방향으로 전후로 왕복이동되는 동안 선반의 방식으로 맨드릴(M)과 단부 고정구(F)를 그들의 공통 종축(A)을 중심으로 회전시키도록 작동되는 종래의 공작 기계(machine tool)를 사용하여 수행될 수 있다. 섬유 토우 랩핑 단계(66)가 완료되면, 맨드릴(M), 아이렛 형상체(E1 내지 E4)를 포함하는 단부 고정구(F), 단부 슬리브(22), 및 랩핑된 섬유 토우(30)를 포함하는 섬유-랩핑형 조립체가 형성된다.
단계 70은 프리프레그 섬유 토우의 사용 여부에 따라 흐름을 분기하기 위한 결정 블록을 나타낸다. 프리프레그 섬유 토우가 사용되는 경우, 권취된 섬유 토우(30) 및 단부 슬리브(22)는 부분적으로 경화된 B 스테이지 상태에서 이미 매트릭스 수지를 포함한다. 그 경우에, 제조 방법은 바로 경화 단계(78)로 진행한다. 건조 섬유 토우가 사용되는 경우, 복합체 제조 기술 분야에서 공지된 바와 같은 수지 주입 단계(74)를 수행함으로써 수지 매트릭스가 권취된 섬유 토우(30) 및 직조된 단부 슬리브(22)에 첨가되어야 하고, 이어서 흐름은 경화 단계(78)로 진행한다.
다음 단계(78)는 수지가 C 스테이지 상태로 완전히 경화될 때까지 권취된 섬유 토우(30) 및 직조된 섬유 단부 슬리브(22)를 함유하는 수지 매트릭스를 경화시키는 것이다. 경화 이전에, 복합체 제조 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 복합체 조립체는 수축-랩(shrink-wrap) 테이프로 수축 랩핑되거나, 진공 백으로 포장되어 휘발성 물질 및 포집된 공기를 제거할 수 있다. 경화는 조립체를 오븐에 배치시킴으로써 상승된 온도에서 수행될 수 있다. 대안적으로, 경화는 오토클레이브(autoclave)에서 수행될 수 있다. 경화 프로토콜은 토크 튜브(10)의 크기 및 구성, 및 사용된 수지 및 섬유 토우의 유형에 따라 달라질 것이다. 수지 및 섬유 토우 재료가 완전히 경화된 후에, 조립체는 오븐 또는 오토클레이브로부터 제거되고, 수축 랩핑 또는 진공 백이 제거된다.
단계(82)에서, 아일릿 형상체(E1 내지 E4) 및 단부 고정구(F)가 제거되고, 맨드릴(M)은 그것을 조립체로부터 축 방향으로 밀어냄으로써 인출된다. 나머지 구조물은 모든 복합 토크 튜브(10)를 포함한다. 모든 복합 토크 튜브는 볼트 구멍(18)에 금속 아이렛이 없는 완성된 형태일 수 있다. 대안적으로, 금속 아이렛(20)이 볼트 구멍(18)을 보호하고 보강하기를 원하는 경우, 아이렛(20)은 선택적인 단계(86)에서 설치될 수 있다. 아이렛(20)은 볼트 구멍(18)을 통해 위치되고 크림핑 툴을 사용하여 크림핑된 2-피스 금속 아이렛일 수 있다.
이제, 본 발명의 제2 실시예에 따른 토크 튜브(110) 및 제조 방법을 예시하는 도 8 및 도 9에 주목한다. 토크 튜브(110)는, 사전 직조된 단부 슬리브(22)가 단부 커플링(14)을 형성하는 데 사용되지 않는 것을 제외하고는, 제1 실시예의 토크 튜브(10)와 대체적으로 유사한 방식으로 형성된다. 대신에, 단부 피팅(14)을 포함하는 토크 튜브(110)의 전체 복합 구조물은, 맨드릴(M) 둘레에 그리고 고정구(F)에 의해 보유되는 아이렛 형상체(E) 둘레에 섬유 토우(130)를 직접 권취함으로써 완전하게 형성된다. 제1 실시예에서와 같이, 볼트 구멍(18)을 보호하기 위해 금속 아이렛(20)이 제공될 수 있다.
제2 실시예에 따른 토크 튜브(110)의 제조 방법이 도 9의 흐름도에 의해 예시되어 있다. 초기 단계(150)에서, 적어도 하나의 단부 고정구(F)가 맨드릴(M) 상에 위치된다. 단계(154)는 단부 고정구(F) 내의 복수의 개구부(FO) 내로 각각 복수의 아이렛 형상체(E)를 삽입하는 단계를 수반한다. 다음으로, 단계(158)에서, 섬유 토우(130)가 맨드릴(M) 및 아이렛 형상체(E) 둘레에 권취된다. 제1 실시예의 단계(66)와 관련하여 전술한 동일한 권취 패턴이 제2 실시예에 대해 사용될 수 있다. 섬유 토우(130)가 프리프레그 섬유 토우인 경우, 결정 단계(162)는 경화 단계(170)로 흐름을 진행한다. 섬유 토우(130)가 건조 섬유 토우인 경우, 결정 단계(162)는 흐름이 경화 단계(170)로 진행하기 전에 수지 주입 단계(166)로 흐름을 향하게 한다. 경화가 완료된 후, 단계(174)에서 아이렛 형상체(E), 단부 고정구(F), 및 맨드릴(M)이 제거된다. 나머지 구조물은 모든 복합 토크 튜브(110)를 포함한다. 모든 복합 토크 튜브는 금속 아이렛(20)이 없는 완성된 형태일 수 있거나, 또는 금속 아이렛(20)은 볼트 구멍(18)을 보호하고 보강하기 위해 선택적인 단계(178)에서 설치될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 토크 튜브(210) 및 제조 방법을 예시한다. 토크 튜브(210)는, 사전 직조된 단부 슬리브(22)가 단부 커플링(14)을 형성하기 위해 반경 방향으로 성장하고 축 방향으로 두꺼운 플랜지(226)와 병합하는 스템(224)을 갖는 변형된 단부 슬리브(222)로 대체되는 것을 제외하고는, 제1 실시예의 토크 튜브(10)와 대체적으로 유사한 방식으로 형성된다. 따라서, 토크 튜브(210)에서, 각각의 단부 커플링(14)은 사전 직조된 단부 슬리브(222)에 의해 완전하게 형성되고, 튜브 부분(12)은 맨드릴(M) 및 스템(224)의 부분 둘레에 섬유 토우(230)를 권취함으로써 형성된다.
제3 실시예에 따른 토크 튜브(210)의 제조 방법이 도 11의 흐름도에 의해 예시되어 있다. 초기 단계(250)에서, 적어도 하나의 사전 직조된 단부 슬리브(222)가 제공된다. 단계(254)에서, 단부 슬리브(222)는 원통형 맨드릴(M) 상에 배치된다. 단계(258)는 금속 아이렛(20)이 볼트 구멍(228)에 설치되는 선택적인 단계를 나타낸다. 다음으로, 단계(262)에서, 섬유 토우(230)가 맨드릴(M) 및 단부 슬리브(222)의 스템(224) 둘레에 권취된다. 제3 실시예의 경우, 권취 단계(262)는 이전의 실시예들에 비해 단순화되고, 맨드릴(M)을 따라 전후로 나선형 권취를 수반한다. 섬유 토우(230)가 프리프레그 섬유 토우인 경우, 결정 단계(266)는 경화 단계(274)로 흐름을 진행한다. 섬유 토우(230)가 건조 섬유 토우인 경우, 결정 단계(266)는 흐름이 경화 단계(274)로 진행하기 전에 수지 주입 단계(270)로 흐름을 향하게 한다. 단부 슬리브(222) 및 권취된 섬유 토우(230)의 경화가 완료된 후, 단계(278)에서 맨드릴(M)이 제거된다. 나머지 구조물은 선택적인 금속 아이렛(20)을 갖는 모든 복합 토크 튜브(210)를 포함한다.
본 발명이 예시적인 실시예들과 관련하여 기술되었지만, 상세한 설명은 본 발명의 범주를 기재된 특정 형태들로 제한하도록 의도되지 않는다. 본 발명은 본 발명의 범주 내에 포함될 수 있는 바와 같은 기술된 실시예의 그러한 대안예들, 수정예들 및 등가물들을 포함하도록 의도된다.

Claims (11)

  1. 복합 토크 튜브(composite torque tube)를 제조하는 방법으로서,
    원통형 맨드릴(mandrel)을 제공하는 단계;
    상기 맨드릴의 외부 표면에 대해 반경 방향으로 확대된 배킹 표면(backing surface) 및 상기 배킹 표면을 관통하는 복수의 개구부를 포함하는 단부 고정구를 상기 맨드릴 상에 위치시키는 단계;
    상기 단부 고정구의 복수의 개구부 내로 각각 복수의 아이렛 형상체(eyelet form)를 삽입하는 단계;
    상기 맨드릴 및 상기 복수의 아이렛 형상체 둘레에 섬유 토우(tow)를 권취하는 단계;
    상기 권취된 섬유 토우에 수지 매트릭스를 주입하거나, 또는 상기 권취하는 단계를 위한 섬유 토우로서 B 경화 스테이지에서 수지 매트릭스로 사전 함침된 섬유 토우를 사용하는 단계;
    상기 권취된 섬유 토우를 C 경화 스테이지까지 경화시켜, 그에 의해 복수의 볼트 구멍을 갖는 일체형 단부 플랜지를 포함하는 복합 튜브를 산출하는 단계; 및
    상기 복합 튜브로부터 상기 아이렛 형상체, 상기 단부 고정구, 및 상기 맨드릴을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    축 방향으로 연장된 스템, 상기 스템의 말단부에 있는 반경 방향으로 확대된 플랜지 층, 상기 맨드릴의 단부 부분을 수용하기 위해 상기 플랜지 층 및 상기 스템을 관통하는 통로, 및 상기 플랜지 층을 관통하는 복수의 볼트 구멍을 포함하는 직조된 단부 슬리브를 제공하는 단계;
    상기 단부 슬리브의 플랜지 층이 상기 단부 고정구의 배킹 표면에 대해 맞닿도록 상기 단부 슬리브를 상기 맨드릴 상에 배치하는 단계 - 상기 복수의 아이렛 형상체는 각각 상기 단부 슬리브의 복수의 볼트 구멍을 통해 그리고 상기 단부 고정구의 복수의 개구부 내로 삽입됨 -; 및
    상기 단부 슬리브에 수지 매트릭스를 주입하거나, 또는 상기 단부 슬리브를 직조하기 위해 B 경화 스테이지에서 수지 매트릭스로 사전 함침된 섬유 토우를 사용하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 권취하는 단계는 상기 단부 슬리브의 스템 둘레에 상기 섬유 토우를 권취하는 단계를 포함하고,
    상기 경화시키는 단계는 상기 권취된 섬유 토우와 함께 상기 단부 슬리브를 C 경화 스테이지까지 경화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 일체형 단부 플랜지의 복수의 볼트 구멍에 각각 복수의 금속 아이렛을 설치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 일체형 단부 플랜지의 복수의 볼트 구멍에 각각 복수의 금속 아이렛을 설치하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 섬유 토우를 권취하는 단계는, 순서대로,
    상기 플랜지 층을 향한 축 방향으로 상기 맨드릴 및 상기 슬리브의 스템 둘레에 상기 섬유 토우를 나선형으로 권취하는 단계;
    상기 섬유 토우를 상기 아이렛 형상체들 중 제1 아이렛 형상체 둘레에 부분적으로 권취하는 단계;
    상기 섬유 토우를 상기 아이렛 형상체들 중 제2 아이렛 형상체 둘레에 부분적으로 권취하고 다시 슬리브의 스템으로 권취하여, 상기 제2 아이렛 형상체를 떠나는 상기 섬유 토우가 상기 플랜지 층을 향해 축 방향에서 보았을 때 상기 제2 아이렛 형상체에 접근하는 상기 섬유 토우와 교차하게 하는 단계; 및
    상기 플랜지 층으로부터 멀어지는 축 방향으로 상기 스템과 상기 맨드릴 둘레에 상기 섬유 토우를 나선형으로 권취하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 섬유 토우는 상기 아이렛 형상체들 중 상기 제1 아이렛 형상체에 대해 외접형 접근을 갖고 상기 아이렛 형상체들 중 상기 제2 아이렛 형상체에 대해 내접형 접근을 갖는, 방법.
  7. 제1항의 방법에 의해 제조된 복합 토크 튜브.
  8. 복합 토크 튜브를 제조하는 방법으로서,
    원통형 맨드릴을 제공하는 단계;
    축 방향으로 연장된 스템, 상기 스템의 말단부에 있는 반경 방향으로 확대된 플랜지, 상기 맨드릴의 단부 부분을 수용하기 위해 상기 플랜지 및 상기 스템을 관통하는 통로, 및 상기 플랜지를 관통하는 복수의 볼트 구멍을 포함하는 직조된 단부 슬리브를 제공하는 단계;
    상기 단부 슬리브를 맨드릴 상에 배치하는 단계;
    상기 맨드릴 및 상기 단부 슬리브의 스템 둘레에 섬유 토우를 권취하는 단계;
    상기 권취된 섬유 토우 및 상기 단부 슬리브에 수지 매트릭스를 주입하거나, 또는 상기 권취하는 단계를 위한 섬유 토우로서 그리고 상기 단부 슬리브를 직조하기 위해 B 경화 스테이지에서 수지 매트릭스로 사전 함침된 섬유 토우를 사용하는 단계;
    상기 섬유 토우 및 상기 단부 슬리브를 C 경화 스테이지까지 경화시켜, 그에 의해 복수의 볼트 구멍을 갖는 일체형 단부 플랜지를 포함하는 복합 튜브를 산출하는 단계; 및
    상기 맨드릴을 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 경화시키는 단계 이전에 상기 단부 슬리브의 복수의 볼트 구멍에 각각 복수의 금속 아이렛을 위치시키는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 섬유 토우를 권취하는 단계는, 순서대로,
    상기 단부 슬리브의 플랜지를 향한 축 방향으로 상기 맨드릴 및 상기 단부 슬리브의 스템 둘레에 상기 섬유 토우를 나선형으로 권취하는 단계; 및
    상기 단부 슬리브의 플랜지로부터 멀어지는 축 방향으로 상기 단부 슬리브의 스템과 상기 맨드릴 둘레에 상기 섬유 토우를 나선형으로 권취하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제8항의 방법에 의해 제조된 복합 토크 튜브.
KR1020187017931A 2016-01-15 2016-12-22 금속 아이렛을 갖는 모든 복합 토크 튜브 KR102044644B1 (ko)

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