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KR102197337B1 - 안정화 부재를 구비한 복합 구조물 - Google Patents

안정화 부재를 구비한 복합 구조물 Download PDF

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KR102197337B1
KR102197337B1 KR1020207001112A KR20207001112A KR102197337B1 KR 102197337 B1 KR102197337 B1 KR 102197337B1 KR 1020207001112 A KR1020207001112 A KR 1020207001112A KR 20207001112 A KR20207001112 A KR 20207001112A KR 102197337 B1 KR102197337 B1 KR 102197337B1
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KR
South Korea
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composite
laminate
ply
stabilizing member
edge
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KR1020207001112A
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마크 알. 맷슨
마크 에이. 네글레이
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더 보잉 컴파니
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Publication date
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Abstract

복합 구조물(200)은 라미네이트(204)와 안정화 부재(300)를 구비할 수 있다. 상기 라미네이트(204)는 다수의 복합 플라이(214)를 구비할 수 있다. 상기 복합 구조물(200)은 상기 라미네이트(204)와 연관될 수 있는 형상 불연속부(256)를 구비할 수 있다. 상기 안정화 부재(300)는 복합 플라이(214)에 포함될 수 있으며 상기 형상 불연속부(256) 근처에 배치될 수 있다.

Description

안정화 부재를 구비한 복합 구조물{Composite structure having a stabilizing element}
본 발명은 일반적으로 복합 재료와 방법에 관한 것이며, 조금더 구체적으로, 안정화 부재를 구비한 하이브리드 복합 라미네이트(hybrid composite laminates)에 관한 것이다.
복합 재료는 매우 다양한 구조에 사용된다. 항공기 구조에서, 복합 재료는 동체, 날개, 꼬리부, 및 다른 구성요소를 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 항공기 동체는 모자형 보강재(hat stringer)와 같은 복합 구조 부재에 부착될 수 있는 복합 스킨 패널(skin panel)로 구성될 수 있다. 모자형 보강재는 스킨 패널의 강도와 강성을 증가시킬 수 있다.
복합 구조물 제작 시, 복합 플라이(plies) 레이어(layer)는 툴(tool) 또는 몰드(mold) 위에 놓여 질 수 있다. 툴 또는 몰드는 원하는 형상의 최종 복합 구조물로 형성될 수 있다. 복합 플라이는 탄소, 유리, 또는 다른 섬유와 같은 다수의 고-탄성 내지 고-강도 섬유로 구성될 수 있다. 섬유는 수지 침투 가공 복합 플라이를 형성하기 위해 에폭시(epoxy) 또는 열가소성 수지 같은 고분자 매트릭스 재료(a polymeric matrix material)로 사전 함침될 수 있다. 복합 플라이의 섬유는 보통 정렬되거나 또는 한 방향(즉, 단일 방향)을 향할 수 있고 또는 복합 플라이의 섬유는 직물 배열에서 두 가지 이상의 방향으로 서로 직조될 수 있다. 복합 구조물은 섬유의 길이에 따라 주요 하중을 분산시키도록 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 단일방향 섬유로 형성된 복합 구조물은 섬유의 세로방향을 따라 상대적으로 높은 인장 강도를 가질 수 있다.
수지 침투 가공 복합 플라이가 툴 또는 몰드 위에 적층된 후, 상기 적층된 적층 부재(layup)에 경화 사이클이 수행될 수 있다. 경화 사이클은 적층된 부재로의 열 및 압축 압력의 적용을 포함할 수 있다. 열의 적용은 수지가 흘러가 인접한 플라이들과 잘 섞일 수 있게 수지의 점성을 감소시킬 수 있다. 압축 압력의 적용은 적층된 부재 위에 진공 백을 설치하거나 및/또는 오토클레이브(autoclave) 내에서 적층된 부재를 배치하는 것을 포함할 수 있다. 압축 압력은 최종 복합 구조물의 다공성 및 공극률을 최소화하거나 감소하기 위해 툴 또는 몰드에 대해 복합 플라이를 밀착시킬 수 있다. 게다가, 압축 압력은 복합 구조물의 최종 형성과 표면 마감을 자리 잡게 하기 위해 툴 또는 몰드에 대해 상기 적층된 부재에 힘을 가할 수 있다.
진공 백이 실질적으로 다수의 수지 침투 가공 복합 플라이의 적층요소에 균일한 압력을 적용할 수 있다 하더라도, 압축 압력 적용시 수지 점성의 감소는 수지가 진공 백 밑의 낮은 압축 압력 구역을 향해 흘러가게 하는 결과를 야기할 수 있다. 낮은 압축 압력 구역은 상기 적층된 부재와 연관된 형상 불연속부가 있는 위치에서 발생할 수 있다. 상기 형상 불연속부는 경화시 면외 섬유 이동을 야기할 수 있다. 예를 들어, 형상 불연속부는 미경화(uncured) 수지 침투 가공 복합 플라이의 라미네이트로 형성된 스킨 패널(skin panel)에 장착되거나 또는 결합(공동 경화, 접착, 통합된)될 수 있는 구조물 부재(스트링거, 보강재 등과 같은)의 가장자리에서 나타날 수 있다. 보강재 모서리에서의 형상 불연속부는 보강재 모서리에서 적층된 부재 표면으로의 진공 백의 연결(bridging)을 야기할 수 있다.
연결 아래의 공간은 낮은 압축 압력 구역을 포함할 수 있다. 수지는 낮은 압축 압력 구역을 향해 흘러갈 수 있으며 복합 플라이의 섬유를 또한 낮은 압축 압력 구역을 향해 옮기게 할 수 있다. 섬유의 이동은 면외 섬유 뒤틀림의 결과로 섬유를 뭉치게 할 수 있다. 수지가 경화하고 고형화할 때, 면외 섬유 뒤틀림은 복합 구조물에서 영구적으로 형성될 수 있다. 섬유가 레이어 또는 플라이 내에서 공통 방향을 향할 때, 면외 섬유 뒤틀림은 일반적으로 최대 강도를 제공하도록 설계된 섬유의 하중 지지 능력에 영향을 미칠 수 있다. 이에 관련하여, 면외 섬유 뒤틀림은 최종 복합 구조물의 특성에 대한 요구보다 덜 효과적일 수 있다.
앞서 명시된 바와 같이, 복합 구조물에서의 면외 섬유 뒤틀림을 최소화하는 시스템 및 방법을 위한 필요성이 존재한다.
앞서 언급된 복합 구조물에서의 면외 섬유 뒤틀림(out-of-plane fiber distortion)과 관련된 필요성은 본 발명을 통해, 구체적으로 말하면 라미네이트(laminate) 및 안정화 부재를 구비할 수 있는 복합 구조물의 제공을 통해 해결되고 완화된다. 라미네이트는 다수의 복합 플라이를 구비할 수 있다. 복합 구조물은 라미네이트와 관련될 수 있는 압축 불연속부를 포함할 수 있다. 안정화 부재는 복합 플라이에 포함될 수 있으며 압축 불연속부 근처에 배치될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 라미네이트 및 안정화 부재를 구비할 수 있는 복합 구조물이며 상기 라미네이트는 다수의 복합 플라이를 구비할 수 있다. 복합 구조물은 상기 라미네이트와 관련될 수 있는 형상 불연속부를 포함할 수 있다. 안정화 부재는 복합 플라이에 포함될 수 있으며 형상 불연속부 가까이에 배치될 수 있다.
또한 본 발명은 플라이 안정판(ply stabilizer)이다. 플라이 안정판은 다수의 복합 플라이를 구비한 라미네이트를 위한 안정화 부재를 포함할 수 있다. 라미네이트는 이와 연관된 압축 불연속부를 가질 수 있다. 안정화 부재는 복합 플라이에 포함될 수 있으며 가장 가까운 복합 불연속부에 배치될 수 있다.
또한 본 발명은 복합 구조물을 만드는 방법이다. 방법은 다수의 복합 플라이와 라미네이트를 적층하는 단계를 포함할 수 있다. 라미네이트는 이와 관련된 압축 불연속부 또는 형상 불연속부를 가질 수 있다. 상기 방법은 복합 플라이와 안정화 부재를 적용하는 단계와 안정화 부재를 압축 불연속부 또는 형상 불연속부 가까이에 배치하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
요컨데, 본 발명의 하나의 실시예에 따라 다음을 구비하는 복합 구조물(200)이 제공된다,
다수의 복합 플라이(214)를 구비한 라미네이트(204);
상기 라미네이트(204)와 연관된 압축 불연속점(258); 및
상기 복합 플라이(214)에 포함되고 압축 불연속점(258) 근처에 배치되는 안정화 부재(300).
바람직하게 복합 구조물(200)의, 라미네이트(204)는 다수의 복합 플라이(214)로 형성된 패널(206)과; 상기 패널(206)에 장착된 구조 부재(400)의 구조 부재 가장자리(418) 근처에 배치된 낮은 압축 압력 구역을 포함하는 압축 불연속점(258); 및 복합 플라이(214)에 포함되고 구조 부재 가장자리(418) 근처에 배치되는 안정화 부재(300)를 구비한다.
바람직하게 복합 구조물(200)의, 라미네이트(204)는 다수의 복합 플라이(214)로 형성된 패널(206)과; 상기 패널(206)에 대해 제거가능하게 배치된 한 쌍의 코올 플레이트(500, caul plate) 사이에 위치한 코올 플레이트 틈(504)을 포함하는 압축 불연속점(258); 및 상기 코올 플레이트 틈(504) 근처에 배치되고 복합 플라이에 포함된 안정화 부재(300)를 구비한다.
바람직하게 복합 구조물(200)의, 안정화 부재(300)는 열팽창계수(304)가 실질적으로 라미네이트의 열팽창계수(238)와 같은 안정화 부재를 포함한다.
바람직하게 복합 구조물(200)의, 안정화 부재(300)는 약 15 MSI(Million pounds per square inch, 제곱인치 당 백만 파운드)에서 80 MSI의 범위의 강성률을 갖는다.
바람직하게 복합 구조물(200)의, 안정화 부재(300)는 경화된 복합 재료, 세라믹 재료, 및 금속 재료 중 적어도 하나를 포함하는 재료의 안정화 부재(300)로 형성된다.
바람직하게 복합 구조물(200)의, 안정화 부재(300)는 두께가: 복합 플라이(214)의 플라이 두께(222), 플라이 두께(222)의 배수 중 하나와 거의 같은 안정화 부재(300)를 갖는다.
바람직하게 복합 구조물(200)에서, 복합 구조물(200)은 항공기(10)의 복합 구조물(200)을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 구조물(200)은, 다수의 복합 플라이(214)를 구비한 구조 부재(400)와; 상기 구조 부재(400)와 연관된 형상 불연속점(256); 및 복합 플라이(214)에 포함되고 형상 불연속점(256) 가까이에 배치된 안정화 부재(300)를 구비한다.
바람직하게 복합 구조물(200)의, 형상 불연속점(256)은 구조 부재(400)에서의 단면 형상 변형부(408)와; 및 복합 플라이(214)에 포함되고 상기 단면 형상 변형부(408) 가까이에 배치된 안정화 부재(300)를 포함한다.
바람직하게 복합 구조물(200)의, 단면 형상 변형부(408)는 구조 부재(400) 단면에서 형성된 굴곡부를 포함한다.
바람직하게 복합 구조물(200)에서, 복합 부재(400)는 다수의 서브-라미네이트(430, sub-laminate)로 구성되고; 단면 형상 변형부(408)는 서브-라미네이트(430)의 접점에 배치된 굴곡부 필러(440, filler)를 구비하며; 그리고 안정화 부재(300)는 가장 가까운 굴곡부 필러(440)에 배치된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플라이 안정판는 다수의 복합 플라이(214)를 구비한 라미네이트(204)를 위한 안정화 부재(300)와; 이와 연관된 압축 불연속점(258)을 가진 라미네이트(204); 및 압축 불연속점(258) 가까이 배치되고 복합 플라이(214)에 포함된 안정화 부재(300)를 구비한다.
바람직하게 플라이 안정판에서, 라미네이트(204)는 다수의 복합 플라이(214)로 형성된 패널(206)을 구비하며; 압축 불연속점(258)은 상기 패널(206)에 장착된 구조 부재(400)의 구조 부재 가장자리(418) 가까이에 배치된 낮은 압축 압력 구역(330)을 포함하며; 그리고 안정화 부재(300)는 복합 플라이(214)에 포함되고 구조 부재 가장자리(418) 가까이에 배치된다.
바람직하게 플라이 안정판의 라미네이트(204)는 다수의 복합 플라이(214)로 형성된 패널(206)을 구비하며; 압축 불연속점(258)은 상기 패널(206)에 대해 제거가능하게 배치된 한 쌍의 코올 플레이트(500) 사이에 형성된 코올 플레이트 틈(504)을 구비하고; 그리고 안정화 부재(300)는 복합 플라이(214)에 포함되며 상기 코올 플레이트 틈(504) 가까이 배치된다.
바람직하게 플라이 안정판에서 안정화 부재(300)는 실질적으로 라미네이트의 열팽창계수(238)와 동일한 열팽창계수(304)를 갖는다.
바람직하게 플라이 안정판의 안정화 부재(300)는 약 15 MSI에서 약 80 MSI 범위의 강도를 갖는다.
바람직하게 플라이 안정판의 안정화 부재(300)는 적어도 경화된 복합재, 세라믹, 금속 재료 중 하나를 구비한 재료로 형성된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합 구조물(200)을 만드는 방법에는, 라미네이트(204)와 연관된 적어도 압축 불연속(258)과 기하학적 불연속(256) 중 하나를 갖는, 라미네이트(204)를 다수의 복합 플라이(214)와 겹쳐놓는 단계와; 안정화 부재(300)를 복합 플라이(214)와 적용하는 단계; 및 안정화 부재(300)를 압축 불연속(258)과 기하학적 불연속(256) 중 적어도 하나 가까이에 안정화 부재(300)를 배치하는 단계가 포함된다.
바람직하게 상기 방법에는 다수의 복합 플라이(214)로 형성되고 이에 장착된 구조 부재(400)를 구비한 패널(206)과 같은 라미네이트(204)를 쌓는 단계; 및 안정화 부재(300)를 구조 부재 가장자리(418) 가까이에 배치하는 단계가 추가로 포함된다.
바람직하게 상기 방법에는 라미네이트(204)에 압축 압력(330)을 적용하는 단계와; 구조 부재 가장자리(418)와 연관된 낮은 압축 압력 구역을 포함하는 압력 불연속점(258)를 생성하는 단계; 및 안정화 부재(300)를 이용하여, 복합 플라이(214)에서의 섬유 뒤틀림을 완화시키는 단계가 추가로 포함된다.
바람직하게 방법에는 다수의 복합 플라이(214)로 형성된 구조 부재(400)와 같은 라미네이트를 쌓는 단계가 추가로 포함된다.
바람직하게 방법에는 구조 부재(400) 단면에서 형상 불연속점(256) 가까이에 안정화 부재(300)를 배치하는 단계가 추가로 포함된다.
바람직하게 방법에는 구조 부재(400) 단면의 단면 형상 변형부(408)을 포함하는 형상 불연속점(256) 가까이에 안정화 부재(300)를 배치하는 단계가 추가로 포함된다.
바람직하게 방법에는 구조 부재(400) 단면의 구조 부재(400) 반경을 포함하는 형상 불연속점(256) 가까이에 안정화 부재(300)를 배치하는 단계가 추가로 포함된다.
바람직하게 방법에는 구조 부재(400)의 다수의 서브-라미네이트(430)의 접점에서 굴곡부 필러(440)를 구비하는 형상 불연속점(256) 가까이에 안정화 부재(300)를 배치하는 단계가 추가로 포함된다.
앞서 설명되었던 특성, 기능 및 장점들은 본 발명의 다양한 실시예에서 개별적으로 성취될 수 있으며 또는 또 다른 실시예에서 조합될 수 있고, 다음의 설명과 아래의 도면을 참고로 더욱 자세히 설명될 수 있다.
다음 본 발명의 이런 저런 특성들은 전체에 걸쳐 같은 번호가 같은 부분을 나타내는 다음의 도면을 참고하여 더욱 명확해 질 것이다:
도 1은 항공기에 대한 사시도이다;
도 2는 도 1의 선 2를 따른 항공기 동체의 원통부에 대한 사시도이다;
도 3은 도 2의 선 3을 따라 잘라낸 원통부의 일부분의 사시도이며, 상기 원통부에는 모자형 보강재와 같은 구조 부재가 구비된 패널(예를 들어, 스킨 패널 같은)이 포함된다;
도 4는 도 3의 선 4를 따라 잘라낸 원통부의 일부분에 대한 단면도로서 상기 패널에 연결된 모자형 보강재를 나타낸다;
도 5는 도 4의 선 5를 따라 잘라낸 구조 부재 굴곡부(즉, 모자형 보강재), 패널, 및 접착된 레이어의 분해조립 단면으로서 모자형 보강재를 패널에 접착하는 것이 나타난다;
도 6은 패널에 서로 접착된 도 5의 구조 부재에 대한 단면도로서, 구조 부재의 구조 부재 가장자리에 낮은 압축 압력 구역을 야기하고 패널 섬유의 면외 뒤틀림을 야기하는 진공 백에 의한 압력 적용을 나타낸다;
도 7은 상기 구조 부재의 가장자리에 근접한 패널에 설치된 안정화 부재가 포함되며, 상기 패널의 면외 섬유 뒤틀림을 최소화하는 결과를 야기하는 도 6의 구조 부재와 패널에 대한 단면도이다;
도 8은 도 7의 선 8을 따라 잘라낸 구조 부재의 굴곡부에 대한 단면도로서, 구조 부재 굴곡부에 높은 압축 압력 구역을 야기하고 수지의 흐름이 구조 부재 굴곡부로부터 떨어져 있어서 구조 부재 굴곡부에서 굴곡부가 얇아지는 결과를 야기하는 것을 나타낸다;
도 9는 구조 부재 굴곡부 가까이에 설치된 안정화 부재를 구비하고 그 결과 구조 부재 굴곡부에서 굴곡부가 얇아지는 것을 최소화한 도 8의 구조 부재(예를 들어, 모자형 보강재)의 구조 부재 반역에 대한 단면도이다;
도 10은 도 7의 선 10을 따라 잘라낸 구조 부재 굴곡부의 굴곡부 필러(즉, 누들(noodle))에 대한 단면도이며, 굴곡부 필러 가까운 위치에 면외 섬유 뒤틀림을 나타낸다;
도 11은 굴곡부 필러 근처에 설치된 안정화 부재를 포함하고 그 결과 면외 섬유 뒤틀림을 최소화하는 도 10의 구조 부재의 굴곡부 필러에 대한 단면도이다;
도 12는 도 2의 선 12를 따라 잘라낸 복합 원통부에 대한 단면도이며, 원통부의 스킨 패널에 장착하기 위한 다수의 코올 플레이트를 나타낸다;
도 13은 도 12의 선 13을 따라 잘라낸 패널에 장착된 보강재에 대한 단면도이며, 코올 플레이트의 코올 플레이트 가장자리 사이의 틈에 생성된 면외 섬유 뒤틀림을 나타낸다;
도 14는 코올 플레이트 가장자리 근처 패널에 설치된 안정화 부재를 포함하는 도 13의 모자형 보강재 및 패널에 대한 단면도이다;
도 15는 도 3의 선 15를 따라 잘라낸 패널의 패드-업(pad-up)에 대한 단면도이며, 상기 패드-업의 주변 가장자리에서 생성된 면외 섬유 뒤틀림을 나타낸다;
도 16은 패널의 면외 섬유 뒤틀림을 최소화하게 하는 도 15의 패드-업에 대한 단면도이다;
도 17은 안정화 부재 가장자리 및 플라이 가장자리가 서로에 대해 마주하며 배치된 배열의 안정화 부재 및 복합 플라이에 대한 단면도이다;
도 18은 안정화 부재 가장자리 및 플라이 가장자리가 서로에 대해 겹쳐져 배치된 배열의 안정화 부재 및 복합 플라이에 대한 단면도이다;
도 19는 복합 구조물을 제작하는 방법에 포함될 수 있는 하나 이상의 공정을 포함하는 흐름도이다;
도 20은 적어도 하나의 안정화 부재를 포함하는 복합 구조물에 대한 블록 구성도이다;
도 21은 항공기 생산 및 서비스 방법론에 대한 흐름도이다; 및
도 22는 항공기에 대한 블록 구성도이다.
도 1에 도시된, 다음의 도면은 본 발명의 바람직하고 다양한 실시예의 목적을 위한 것이며, 하나 이상의 복합 구조물(200)로 형성된 여객기(100)에 대한 사시도이다. 예를 들어, 항공기(100)는 동체(102)와 동체(102)에서 바깥쪽으로 연장된 한 쌍의 날개(106)를 구비할 수 있다. 동체(102)는 복합 구조물(200)로서 각각 형성될 수 있는 하나 이상의 원통부(104)로 구성될 수 있다. 각각의 날개(106)는 또한 복합 구조물(200)로 형성될 수 있다. 꼬리 날개(108)는 복합 구조물(200)로 추가로 형성될 수 있는 수평 안전판(110)과, 엘리베이터(112), 수직 안전판(114), 그리고 방향타(116)를 구비할 수 있다. 본 발명이 도 1에 도시된 바와 같이, 같은 맥락으로 고정익 여객기(100)로 설명되더라도, 본 발명은 제한 없이 어떤 형태의 항공기에 적용될 수 있다. 또한 이와 관련하여, 본 발명의 실시예는, 제한 없이, 항공기(100)의 실시에 국한되지 않고 어떤 차량 또는 비-차량 용도로 실시될 수 있다.
도 2는 동체(102, 도 1)의 원통부(104)의 일부분에 대한 사시도이다. 원통부(104)는 복합 구조물(200)로 형성될 수 있으며 하나 이상의 패널(206, 예를 들어, 스킨 패널)을 포함할 수 있다. 각각의 패널(206)은 다수의 복합 플라이(214)로 구성된 라미네이트(204)로 형성될 수 있다. 패널(206)은 다수의 구조 부재(400)에 의해 지지될 수 있다. 각각의 구조 부재(400)는 또한 다수의 복합 플라이(214)의 라미네이트(204)로 형성될 수 있다. 도 2에서, 패널(206, 예를 들어 스킨 패널)를 지지하는 구조 부재(400)는 원주 방향으로 이격되어 있고, 세로방향으로 연장된 다수의 스트링거(402, stringer) 또는 모자형 보강재(404)와 축방향으로 이격되어 있는 다수의 프레임(202)을 구비할 수 있다. 하나의 실시예에서, 모자형 보강재(404)는 축 인장 하중(도시되지 않음), 굽힘 하중(도시되지 않음), 및 다른 하중과 같은 축방향 힘(도시되지 않음)을 전달할 수 있다. 프레임(202)은 동체(102)의 형상을 유지할 수 있으며 원주 또는 후프(hoop) 하중(도시되지 않음) 및 다른 하중을 전달할 수 있다. 프레임(202, frame)과 모자형 보강재(404)는 굽힘(도시되지 않음)에 의한 동체(102)의 좌굴 강도(도시되지 않음, buckling strength)를 증가시킬 수 있다. 프레임(202)과 모자형 보강재(404)는 또한 상기 프레임(202)과 모자형 보강재(404)로 제공된 다른 특성들 중에서, 패널(206)의 비틀림 및 굽힘 강성(도시되지 않음)을 종합적으로 증가시킬 수 있다.
도 3에는 원통부(104, 도 1)의 일부분에 대한 사시도가 도시되어 있으며, 패널(206)에 장착된 다수의 구조 부재(400, 예를 들어 모자형 보강재(404))를 구비하고 복합 구조물(200)을 형성하는 패널(206)을 나타낸다. 하나의 실시예에서, 하나 이상의 구조 부재(400, 예를 들어 모자형 보강재(404))는 상기에서 언급한 바와 같이 복합 플라이(214)의 라미네이트(204)로 형성된다. 하나 이상의 구조 부재(400)는 다음에 더욱 자세하게 설명될 패널(206)에 구조 부재(400)를 접착하거나, 공동 접착하고, 또는 공동 경화시키는 것을 통해 패널(206)을 보강할 수 있다. 이곳에서 사용되는 것처럼, 구조 부재(400)는, 패널(206)에 연결될 수 있는, 모자형 보강재(404), 프레임(202, 도 2), 스트링거(도시되지 않음), 또는, 이에 한정하지 않은, 어떤 구성 내지 구조의 어떤 다른 구조 부재(400)를 포함할 수 있다. 바람직하게, 복합 구조물(200)은, 복합 플라이(214)에 강성을 제공하고 복합 구조물(200)의 압축, 고형화, 경화 시와 같은 복합 구조물(200)의 압축, 고형화, 경화(도시되지 않음) 시 면외 섬유 뒤틀림(244, 도 6)을 완화하고 방지하도록 구성된 안정화 부재(300)를 포함한, 하나 이상의 플라이 안정판을 구비할 수 있다.
도 4에는 원통부(104, 도 1)의 단면도가 도시되어 있으며, 패널(206)에 장착된 다수의 구조 부재(400, 예를 들어 모자형 보강재(404))를 나타낸다. 각각의 구조 부재(400)는 패널(206)에 연관된 적어도 하나의 압축 불연속부(258)를 형성할 수 있다. 하나의 실시예에서, 압축 불연속부(256)는 불균일한 압축 압력(329)이 패널(206)에 적용되는 위치에 발생할 수 있다. 예를 들어, 압축 불연속부(256)는 구조 부재(400)가 패널(206)에 장착되는 곳에서 발생할 수 있다. 도 4에는 또한 바람직하게 패널(206), 라미네이트(204)에 포함되고, 각각의 구조 부재(400)에 형성될 수 있는 하나 이상의 형상 불연속부(256) 가까이에 배치되는 안정화 부재(300)가 도시되어 있다.
도 4에 도시된 실시예에서, 안정화 부재(300)는 패널(206)의 한 쌍의 복합 플라이(214)에 끼워(예를 들어, 사이에 끼워져)질 수 있다. 그러나, 안정화 부재(300)는 라미네이트(204)의 라미네이트 윗면(210)의 상부 및/또는 라미네이트 아랫면(212)에 배치될 수 있다. 바람직하게, 안정화 부재(300)는 섬유 뒤틀림(244, 도 6) 완화 부재로서 작동한다. 이와 관련하여, 안정화 부재(300)는 바람직하게 상대적으로 높은 강성을 가지거나 또는 상대적으로 높은 탄성율(예를 들어, 높은 굽힙 저항)을 가지며, 이는 다음에 자세하게 설명될 라미네이트(204)의 압축 또는 고형화 시 복합 플라이(214)를 실질적으로 면내에 남아있게 하고 라미네이트(204)의 두께 방향(241)을 통한 면외 섬유 뒤틀림(244)을 방지하게 할 수 있다.
도 4에서, 안정화 부재(300)는 구조 부재(400)의 적어도 길이의 일부분(도시되지 않음)을 따라 연장될 수 있다. 각각의 안정화 부재(300)는 양쪽에 안정화 부재 가장자리(308)를 구비할 수 있다. 안정화 부재(300, 도 4)는 하나 이상의 안정화 부재 가장자리(308, 도 4)가 구조 부재 가장자리(418)를 지나 연장되도록 크기와 형상이 정해질 수 있다. 그러나, 안정화 부재(300)는 하나 이상의 안정화 부재 가장자리(308)가 구조 부재 가장자리(418)를 지나 연장되지 않도록 형성될 수도 있다.
도 5에는 안정화 부재(300) 없이 패널(206) 위에 배치된 구조 부재(400)의 분해도가 도시되어 있다. 도 5의 구조 부재(400)는 모자형 보강재(404) 형상으로 도시되어 있으나, 구조 부재(400)는 이에 한정하지 않고, 다양한 다른 크기, 모양, 및 구성중 하나로 형성될 수 있다. 도 5의 실시예에서, 구조 부재(400, 즉 모자형 보강재(404))는 다수의 복합 플라이(214)로 형성될 수 있다. 그러나, 구조 부재(400)는 어떤 금속 및/또는 비금속 재료를, 이에 한정하지 않고, 포함한 어떤 재료로 형성될 수 있으며, 복합 플라이(214)로 형성되는 것에 한정하지 않는다.
도 5에서, 구조 부재(400, 예컨대 모자형 보강재(404))는 베이스 부(410, base portion)를 구비할 수 있으며 캡(414, cap)에 의해 상호연결될 수 있는 위쪽으로 연장된 한 쌍의 웹(412, web)을 구비할 수 있다. 베이스 부(410)는 베이스 부(410)의 양쪽 말단에 플랜지(416, flange)를 구비할 수 있다. 각각의 플랜지(416)는 구조 부재 가장자리(418)에서 마무리될 수 있다. 하나의 실시예에서, 모자형 보강재(404)는 다수의 서브-라미네이트(430,sub-laminate)로 구성될 수 있다. 예를 들어, 구조 부재(400)는 베이스 라미네이트(434)와, 주 라미네이트(432), 그리고 렙(wrap) 라미네이트(436)를 구비할 수 있다. 구조 부재(400)는 서브-라미네이트(430)의 접점(438)에 굴곡부 필러(440, filler) 또는 누들(noodle)을 구비할 수 있다. 굴곡부 필러(440)는 단방향 복합 재료(도시되지 않음) 또는 다른 대안 재료로 구성될 수 있다.
도 5에서, 하나의 실시예로, 구조 부재(400)는 경화되거나 또는 선-경화된(pre-cured) 복합 플라이(218)의 라미네이트(204)로 형성될 수 있다. 그러나, 구조 부재(400)는 미경화된 복합 플라이(216)의 라미네이트(204)로서 제공될 수 있다. 마찬가지로, 패널(206)은 미경화된 복합 플라이(216)의 라미네이트(204)로 형성될 수 있다. 그러나 패널(206)은 경화된 또는 선-경화된 복합 플라이(218)의 라미네이트(204)로 제공될 수도 있다. 하나의 실시예에서, 복합 플라이(214)는 탄소 섬유와 같은, 이에 한정하지 않고, 상대적으로 고 탄성 및 고 강도 섬유(230)를 포함하는 섬유 강화 고분자 재료(224)로 구성될 수 있다. 그러나, 섬유(230)는 흑연, 유리, 탄소, 붕소, 세라믹, 아라미드(aramid), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리에틸렌(polyethylen), 폴리머(polymer), 텅스텐 카바이드(tungsten carbide), 및/또는 어떤 다른 섬유 재료(232)를, 이에 한정하지 않고, 포함한 섬유 재료(232)로 형성될 수 있다. 복합 플라이(214)의 섬유(230)는 단방향일 수 있으며 또는 섬유(230)는 직물 배열로 직조되거나 편물될 수 있다.
도 5에서, 복합 플라이(214)는 고분자 수지(226)로 미리 함침(예컨대, 수지 침투 가공)될 수 있다. 그러나, 본 발명은 복합 플라이(214)를 수지 침투 가공하는 것에 한정하지 않으나, 툴(tool, 도시되지 않음) 위에 적층되고 액상 수지를 주입시킬 수 있는(도시되지 않음), 건조 또는 실질적으로 건조된 섬유 모재(도시되지 않음)로 형성된 복합 구조물(200)을 구비할 수 있다. 본 발명에서, 수지(226)는 에폭시(epoxy) 및 폴리에스터(polyester)와 같은 열경화성 수지(226)로 구성될 수 있으며, 또는 수지(226)는 폴리아마이드(polyamide), 폴리올레핀(polyolefin), 불소 중합체(fluoropolymer), 및/또는 다른 수지 재료(228)와 같은 열가소성 수지로 구성될 수 있다. 섬유(230)는 약 32 MSI(million pounds per square inch)에서 약 100 MSI 범위의 섬유 강성률을 가질 수 있다. 그러나, 섬유(230)는 32 MSI보다 작거나 또는 100 MSI보다 큰 섬유 강도로 제공될 수 있다.
섬유(230)는 약 0.1%에서 약 1% 범위로 또는 원래의 섬유 길이보다 더 커지는 섬유 신축(236) 성능을 제공할 수 있다. 그러나, 섬유(230)는 어떤 섬유 신축(236) 성능으로도 제공될 수 있다. 각각의 복합 플라이(214)는 약 1mil에서 약 20mil 범위의 플라이 두께(222, 도 17)로 제공될 수 있으며, 조금더 바람직하게는, 약 4mil에서 8mil 범위의 플라이 두께(222)로 제공될 수 있다. 그러나 복합 플라이(214)는 이에 한정하지 않는 어떤 플라이 두께(222)로 형성될 수 있다. 구조 부재(400) 및/또는 패널(206)을 위한 라미네이트(204)는 테이프 레잉 머신(tape laying machine, 도시되지 않음)과 같은 기존의 적층(layup) 장비(도시되지 않음)를 이용하여 형성될 수 있으며, 또는 구조 부재(400) 및/또는 패널(206)을 위한 라미네이트(204)는 수작업 적층을 통해 형성될 수 있다.
도 5에서, 하나의 실시예로서, 하나 이상의 구조 부재(400)는 다음에 자세히 설명될 것처럼, 패널(206)에 구조 부재(400)를 접착하거나, 공동 접착하고 또는 공동 경화시킴으로써 패널(206)에 단단하게 부착된다. 공동 접착하는 것은 공동 접착 공정시 패널(206)을 동시에 경화시키면서, 경화 또는 선-경화된 복합 플라이(218)로 형성된 하나 이상의 구조 부재(400)를 미경화된 복합 플라이(216)로 형성된 패널(206)에 접착하는 것으로 구성될 수 있다. 공동 경화는 미경화된 복합 플라이(216)로 형성된 하나 이상의 구조 부재(400)와 미경화된 복합 플라이(216)로 형성된 패널(206) 동시에 경화시키는 것으로 구성될 수 있다. 구조 부재(400)와 패널(206)을 공동 경화시키는 공정은 구조 부재(400)의 미경화된 복합 플라이(216)와 패널(206)을 고형화시키기 위한 열 및 압력의 적용을 포함할 수 있으며 구조 부재(400)를 패널(206)에 부착될 수 있게 한다.
도 6에는 안정화 부재(300) 없이 패널에 공동 접착된 모자형 보강재(404)와 같은 구조 부재(400)가 도시되며, 도 6은 불균일한 압축 압력(329)이 패널(206)에 영향을 미치는 것을 나타낼 수 있다. 도 6에서, 구조 부재(400)는 복합 구조물(200)을 형성하도록 압축 압력(324)을 적용하기 위해 진공 백(326)을 이용하여 패널(206)에 공동 접착될 수 있다. 압축 압력(324)의 적용은 진공 백(326)의 공기를 뽑아내거나(도시되지 않음) 및/또는 오토클레이브(autoclave, 도시되지 않음) 내에 진공 백에 적층된 복합 구조물(200)을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 상기에서 명시한 바와 같이, 압축 압력(324)은 열을 가하면서 적용될 수 있으며, 그 결과 수지(226)의 점성이 감소될 수 있다(도시되지 않음). 수지(226)의 점성의 감소는 복합 플라이(214)의 수지(226)가 인접한 복합 플라이(214)로 흘러가고 섞이게 할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 진공 백(326)은 구조 부재(400)와 패널(206)의 복합 플라이(214)에 적용될 수 있는 압축 압력(324)을 야기할 수 있다. 구조 부재(400)는 압축 압력(324) 적용시 임시적으로 또는 영구적으로 설치될 수 있는 맨드렐(444, mandrel)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 맨드렐(444)은 포말(foam, 도시되지 않음) 형상으로 형성될 수 있으며 또는 맨드렐(444)은 압축 압력(324) 적용시 구조 부재(400)의 형상을 유지하도록 임시적으로 설치될 수 있는 팽창식 블래더(inflatable bladder, 도시되지 않음)로 구성될 수 있다. 그러나, 맨드렐(444)은 구조 부재(400)에 영구적으로 설치될 수 있다.
도 6에서, 구조 부재(400)은 구조 부재 가장자리(418) 각각에서 패널(206)과 연관된 압축 불연속부(258)를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 구조 부재(400)는 패널(206)에 불균일한 압축 압력(329)의 적용을 야기할 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 구조 부재 가장자리(418)는 구조 부재 가장자리(418)에서 라미네이트 윗면(210)으로의 진공 백(326)의 가교(328, bridging)에 의해 낮은 압축 압력 구역(330)의 형성을 야기할 수 있다. 압축 압력(324) 적용시 수지(226) 점성의 감소는 낮은 압축 압력 구역(330)을 향하는 수지 흐름 방향(334)을 따라 수지(226)가 흘러가게 할 수 있다. 수지(226)의 흐름은 섬유(230)가 수지 흐름 방향(334)을 따라 움직이게 함으로서 낮은 압축 압력 구역(330)에서 충격파(bow wave) 형태의 섬유(230)의 부분적인 뭉침 현상이 야기될 수 있다. 충격파 형태(242)는 복합 플라이(214) 중 하나 이상의 섬유(230)에서 면외 섬유 뒤틀림(244)을 형성할 수 있다. 수지(226)의 경화 및 고형화 시, 복합 구조물(200)에서 면외 섬유 뒤틀림(244)이 영구적으로 형성될 수 있다. 면외 섬유 뒤틀림(244)은 복합 플라이(214)의 하중 전달 성능에 영향을 미칠 수 있다.
도 7에는 바람직하게 패널(206)의 라미네이트(204)에 제공된 안정화 부재(300)를 구비한 복합 구조물(200)의 실시예가 도시되어 있다. 낮은 압축 압력 구역(330)에서, 안정화 부재(300)는 면외 섬유 뒤틀림(244, 도 6)을 완화하거나 방지할 수 있으므로 복합 플라이(214)가 바람직하게 면내 섬유 뒤틀림(240)으로 유지되도록 한다. 안정화 부재(300)는 복합 가공 온도(예컨대, 경화 온도 또는 고형화 온도)에서 상대적으로 높은 안정화 부재 강성률(302)을 가진 재료로 형성될 수 있다. 안정화 부재(300)의 상대적으로 높은 안정화 부재 강성률(302)은 충격파(242, 도 6)의 발생을 억제할 수 있고 면외 섬유 뒤틀림(244, 도 6)을 줄이거나 완화할 수 있다. 이와 관련하여, 안정화 부재(300)는 면외 섬유 뒤틀림(244)을 가진 복합 구조물의 하중 전달 성능에 대한 복합 구조물(200)의 하중 전달 성능을 개선할 수 있는 섬유 뒤틀림 완화 부재로서 작용할 수 있다.
도 7에서, 안정화 부재(300)는 낮은 압축 압력 구역(330)을 적어도 부분적으로 가로질러 연장하는 크기, 형상, 및 구성으로 제공될 수 있다. 조금 더 구체적으로, 안정화 부재(300)는 양쪽의 안정화 부재 가장자리(308)를 구비할 수 있다. 안정화 부재(300)는 적어도 하나의 안정화 부재 가장자리(308)가 구조 부재 가장자리(418) 너머로 연장되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 안정화 부재(300)는 적어도 하나의 안정화 부재(300)가 낮은 압축 압력 구역(330)을 가로질러 연장되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안정화 부재(300)는 적어도 하나의 안정화 부재 가장자리(308)가 라미네이트(204)의 라미네이트 두께(246)와 적어도 거의 같은 크기 만큼 구조 부재 가장자리(418) 너머로 연장되는 폭으로 제공될 수 있다. 심지어, 도 7이 구조 부재(400)의 전체를 가로질러 연장하는 안정화 부재(300)를 나타낸다고 하더라도, 복합 구조물(200)은 두 개의 개별 안정화 부재(300, 도시되지 않음)로 제공될 수 있으며, 상기의 각각의 안정화 부재(300)는 구조 부재 가장자리(418) 중 하나 근처에 낮은 압축 압력 구역(330) 중 하나를 가로질러 연장하며 배치될 수 있다.
도 7에 도시된 실시예에서, 안정화 부재(300)는 라미네이트 윗면(210) 근처에 배치될 수 있다. 예를 들어, 안정화 부재(300)는 라미네이트(204)의 복합 플라이(214) 내에(예컨테, 샌드위치형태로) 끼워질 수 있으며 라미네이트 윗면(210) 아래에서 복합 플라이(214) 약 10개를 넘지 않는 깊이(322, 도 17)에 배치될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 안정화 부재(300)는 바람직하게 라미네이트 윗면(210) 아래에서 복합 플라이(214) 약 3개를 넘지 않는 깊이(322)로 배치될 수 있다. 도 7이 라미네이트(204)의 겹겹이 쌓인 복합 플라이(214) 내에 설치된 안정화 부재(300) 중 하나를 나타내고 있지만, 겹겹이 쌓인 복합 플라이(214) 내에는 얼마든지 많은 안정화 부재(300)가 설치될 수 있다. 또한, 안정화 부재(300)가 상대적으로 일정한 안정화 부재 두께(306, 도 17)를 갖는 상대적으로 평평하고, 얇고, 균일한 시트로서 도시되어 있지만, 안정화 부재(300)는 안정화 부재(300)의 복합 플라이(214)에 대한 단순 곡선 형태(도시되지 않음) 또는 복잡한 윤곽 형태(도시되지 않음)에 일치시키도록 단순 굴곡 형태(도시되지 않음, 예컨대 원통, 원뿔형) 또는 복잡한 윤곽을 가진 형태(도시되지 않음, 예컨대 항공기 노즈(nose)의 이중 곡선 형태)를 포함한 대안의 구성으로 제공될 수 있다.
도 7에서, 안정화 부재(300)는 복합 플라이(214)의 처리 온도 또는 경화 온도에서의 복합 라미네이트 강성률(234)보다 더 높은 복합 플라이(214)의 처리 온도 또는 경화 온도에서 바람직하게 안정화 부재 강성률(302, 예컨대, 안정화 부재 탄성률)을 가진 안정화 부재 재료로 형성될 수 있다. 열경화성 재료로 형성된 복합 플라이(214)를 위해, 안정화 부재(300)는 약 250F(화씨)에서 350F 또는 그 이상의 경화 온도에서 안정화 부재 강성률(302)을 갖는 안정화 부재 재료로 형성될 수 있다. 열가소성 재료로 형성된 복합 플라이(214)를 위해, 안정화 부재(300)는 약 600F(Fahrenheit, 화씨)에서 720F 또는 그 이상의 처리 온도(예컨대, 고형화 온도)에서 안정화 부재 강성률(302)을 갖는 안정화 부재 재료로 형성될 수 있다. 비록 안정화 부재(300)가 15 MSI에서 80 MSI 범위보다 더 크거나 작은 범위의 안정화 부재 강성률(302)을 갖는 어떤 안정화 부재 재료로 형성될 수 있을지라도 안정화 부재(300)는 앞서 언급한 바와 같이 약 15 MSI에서 약 80 MSI 범위에서 안정화 부재 강성률(302)을 갖는 안정화 부재 재료로 형성될 수 있다. 하나의 실시예에서, 안정화 부재(300)는 카본 에폭시 재료와 연관된 보통 약 350F의 경화 온도에서 약 47 MSI의 안정화 부재 강성률(302)을 갖는 몰리브덴(molybdenum)으로 형성될 수 있다. 바람직하게, 안정화 부재(300)는 또한 흑연 에폭시 또는 다른 복합 재료가 있는 곳에서 최소 갈바닉(galvanic) 부식을 나타내는 바람직하게 상대적으로 불활성 재료이다.
도 7에서 또한, 안정화 부재(300)는 복합 라미네이트(204)의 면내 라미네이트 열팽창 계수(238, CTE)에 비교할만한 열팽창 계수를 갖는 안정화 부재 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 앞서 언급한 바와 같이, 안정화 부재(300)는 350F의 복합 경화 온도에서 약 2.5 x 10-6 에서 약 3.5 x 10-6 인치/인치/°F(화씨도)의 범위의 안정화 부재 열팽창 계수(304)를 가질 수 있고, 약 0.5 x 10-6에서 6.0 x 10-6 인치/인치/°F 범위 내에 있을 수 있는 라미네이트 열팽창 계수(238)에 비해 좋을 수 있는 몰리브덴으로 형성될 수 있다. 그러나, 안정화 부재 재료에 따라, 안정화 부재(300)는 약 2.5 x 10-6 에서 약 3.5 x 10-6 인치/인치/°F의 범위보다 더 크거나 작은 안정화 부재 열팽창계수를 가질 수 있다. 하나의 실시예에서, 안정화 부재(300)는 실질적으로 라미네이트 열팽창계수(238)와 동일한 안정화 부재 열팽창계수(304)를 가질 수 있다. 예를 들어, 안정화 부재(300)는 경화 및/또는 고형화 처리 중 뒤틀림 또는 그렇지 않으면 라미네이트(204)에서 발생할 수 있는 잔류 응력(도시되지 않음)을 최소화하기 위한 경화 온도(예컨대, 처리, 고형화 온도)에서 라미네이트 열팽창계수(238)의 최소 10퍼센트 내에 있는 안정화 부재 열팽창계수(304)를 가질 수 있다.
안정화 부재(300)는 복합 처리 온도(예컨대, 경화 온도, 고형화 온도 등)에서 금속 재료, 비 금속 재료, 또는 어떤 다른 비교적 높은 탄성률의 재료를 포함하는 안정화 부재 재료로 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 재료는 몰리브덴, 철, 및/또는 티타늄, 또는 이들의 어떤 합금 또는 다른 재료(예컨대, 인바(Invar), 강)를 포함할 수 있다. 안정화 부재(300)는 또한 경화 복합 재료 및/또는 세라믹 재료와 같은 비 금속 재료로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 안정화 부재(300)는 비교적 높은 강성률과, 비교적 낮은 열팽창계수, 복합 재료에서의 아주 작은 갈바닉 부식을 가지며, 라미네이트(204)와 연관된 경화 온도에서 기계적 특성을 보유하는 재료로 형성될 수 있다. 안정화 부재(300)는 또한 라미네이트(204)의 경화 중 균일한 열 분배에 도움을 주기 위해 경화 중 라미네이트(204)를 통과하는 열 흐름을 개선하기 위해 바람직하게 비교적 높은 열전도율을 가질 수 있다.
도 8에는 미경화된 복합 플라이(216)의 라미네이트(204)로 형성될 수 있는 구조 부재(400)와 연관될 수 있는 형상 불연속부(256)의 실시예가 도시되어 있다. 형상 불연속부(256)는 모자형 보강재(404)의 웹(412)과 캡(414)의 교차점 에서 구조 부재 굴곡부(420)의 형상에서 단면 형상 변형부(408)를 포함할 수 있다. 구조 부재 굴곡부(420)는 구조 부재(400)에서 압축 불연속부(258)를 야기할 수 있다. 예를 들어, 높은 압축 압력 구역(332)은 구조 부재 굴곡부(420)의 외측에 위치하는 구조 부재(400)에 발생하는 압축 압력(324)에 대해 맨드렐(444)의 수(male) 굴곡부(446)에 있을 수 있으며, 이는 높은 압축 압력 구역(332)에 대해 다른 압력을 야기한다. 높은 압축 압력 구역(332)은 진공 백 과정 및/또는 구조 부재(400)의 오토클레이브 과정 중 발생할 수 있다. 국부적인 높은 압축 압력 구역(332)은 구조 부재(400)의 일반적인 구조 부재 두께(426)에 대해 구조 부재 굴곡부(420)에서 얇아진 굴곡부(428)를 야기할 수 있다.
도 8에서, 얇아진 굴곡부(428)는 구조 부재 굴곡부(420)에서 떨어져 있는 수지(226)의 흐름(도시되지 않음)으로 인해 발생할 수 있다. 얇아진 굴곡부(428)는 짝을 이루는 구성요소(도시되지 않음)와 구조 부재(400)의 맞춤에 원치않는 영향을 미칠 수 있다. 게다가, 얇아진 굴곡부(428)는 구조 부재(400)의 해제 성능(pull-off, 도시되지 않음) 및/또는 구조 부재(400)의 굽힘 하중 성능에 영향을 미칠 수 있다. 이와 관련하여, 안정화 부재(300)는 바람직하게 단순 곡선 형태(도시되지 않음 - 예컨대, 단순 원통형 또는 원뿔형)를 갖는 라미네이트(204) 및/또는 복잡한 윤곽을 가진 형태(도시되지 않음 - 예컨대, 항공기 노즈 형상, 날개-동체 페어링 형상 등)로 어떤 위치에 포함될 수 있다.
도 9에는 구조 부재 굴곡부(420) 근처에 배치된 안정화 부재(300)가 도시되어 있다. 바람직하게, 안정화 부재(300)는 구조 부재(400)에 진공 백(326)에 의해 적용되는 압축 압력(324)을 분산시킬 수 있는 비교적 높은 강성률을 갖는다. 안정화 부재(300)는 그렇지 않으면 수지(226)가 흐르고 구조 부재 굴곡부(420)에 얇아진 굴곡부(428)를 야기할 수 있는 높은 압축 압력 구역(332, 도 8)을 최소화하거나 제거할 수 있다.
도 9에 도시된 실시예에서, 안정화 부재(300)는 구조 부재 굴곡부(420)의 외측면(424) 근처에 배치될 수 있다. 그러나, 안정화 부재(300)는 구조 부재(400)의 라미네이트(204) 내에 어떤 위치에도 배치될 수 있다. 예를 들어, 안정화 부재(300)는 구조부재 굴곡부(420)의 외측면(424)의 상부에 또는 복합 플라이(214) 내에 어떤 다른 위치에 배치될 수 있다. 도 9에 구조 부재 굴곡부(420)에서 복합 플라이(214) 내에 설치된 안정화 부재(300) 중 하나만이 나타나 있지만, 많은 수의 안정화 부재(300)가 복합 플라이(214) 내에 설치될 수 있다. 안정화 부재(300)는 안정화 부재 가장자리(308)가 구조 부재 굴곡부 접선점(422) 너머 연장되도록 크기가 정해지고 구성될 수 있다. 그러나, 안정화 부재(300)는 안정화 부재 가장자리(308) 양쪽 모두가 구조 부재 굴곡부 접선점(422) 내에 있거나, 또는 안정화 부재 가장자리(308) 중 한쪽이 구조 부재 굴곡부 접선점(422) 사이에 있도록 크기가 정해지고 구성될 수 있다. 도 9에 수(male) 굴곡부(446)에 배치된 안정화 부재(300)가 도시되어 있지만, 본 발명의 실시예는 구조 부재(400)의 암(female) 굴곡부(도시되지 않음) 근처에 안정화 부재가 설치되는 것을 포함한다.
도 10에는 두 개 이상의 서브-라미네이트(430)의 접점(438)에 구조 부재(400)에 형성될 수 있는 형상 불연속부(256)의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 10에서, 형상 불연속부(256)는 모자형 보강재(404)의 라미네이트(204)를 형성하는 베이스 라미네이트(434), 주 라미네이트(432), 그리고 랩(wrap) 라미네이트(436)의 접점(438)에 배치된 누들(noodle) 또는 굴곡부 필러(440)를 포함한다. 굴곡부 필러(440)는 굴곡부 필러(440)에 인접하여 배치된 복합 플라이(214)에서의 면외 섬유 뒤틀림(244)를 야기할 수 있다. 면외 섬유 뒤틀림(244)은 구조 부재(400)의 경화 중 그리고 구조 부재(400)에 압축 압력(324)이 적용하는 중에 발생될 수 있다.
도 11에는 굴곡부 필러(440) 근처에 배치되고 굴곡부 필러(440) 근처 구조 부재(400)의 베이스 라미네이트(434) 내에 설치된 안정화 부재(300)가 도시되어 있다. 바람직하게, 안정화 부재(300)는 복합 플라이(214, 도 10)에서의 면외 섬유 뒤틀림(244, 도 10)을 최소화하거나 방지할 수 있다. 이와 관련하여, 안정화 부재(300)는 구조 부재(400)의 강도 및 강성 특성을 개선할 수 있다. 게다가, 굴곡부 필러(440) 인접한 복합 플라이(214)에서의 면외 섬유 뒤틀림(244)을 최소화함으로써, 모자형 보강재(404)의 해제 성능(도시되지 않음) 또는 다른 타입의 스트링거(402) 또는 구조 부재(400)의 해제 성능(도시되지 않음)이 개선될 수 있다. 도시된 실시예에서, 안정화 부재(300)는 안정화 부재 가장자리(308)가 굴곡부 필러 접선점(442)를 지나 연장하도록 크기가 정해지고 구성될 수 있다. 그러나, 안정화 부재(300)는 면외 섬유 뒤틀림(244)을 완화하거나 최소화할 수 있는 어떤 폭으로도 제공될 수 있다.
도 12에는 원통부(104)의 패널(206)에 코올 플레이트(500)를 적용한 결과로서 발생하는 압축 불연속부(258)의 실시예가 도시되어 있다. 원통부(104)의 상대적으로 큰 크기로 인해, 다중 코올 플레이트(500)가 필요할 수 있다. 도 12는 패널(206)의 맞은편에 진공 백(326, 도 11, 도시되지 않음)에 의해 적용된 압축 압력(324, 도 11)으로 압축될 수 있는 패널(206)에 대해 표면을 제공하도록 패널(206)에 대해 제거가능하게 배치될 수 있는 3개의 코올 플레이트(500)가 도시되어 있다. 코올 플레이트(500)는 상대적으로 딱딱한 재료로 형성될 수 있으며 외부 몰드 선(도시되지 않음)과 최종 복합 구조물(200)의 표면 마감을 제어하는 것을 돕는 것으로 제공될 수 있다. 원통부(104) 가열 시 코올 플레이트(500)의 열팽창을 수용하기 위해, 코올 플레이트는 코올 플레이트(500)의 코올 플레이트 가장자리(502) 사이의 코올 플레이트 틈(504)을 제공하도록 크기가 정해지고 구성될 수 있다.
도 13에는 인접한 코올 플레이트(500) 사이의 코올 플레이트 틈(504)에서 원통부(104)의 패널(206) 일부분이 도시되어 있으며 모자형 보강재(404, 도 12)는 명확성을 위해 제외되어 있다. 진공 백(326)은 패널의 고형화를 위해 패널(206)에 압축 압력(324)을 적용하기 위해 패널(206)의 맞은편에 적용될 수 있다. 코올 플레이트 가장자리(502) 사이의 코올 플레이트 틈(504)은 낮은 압축 압력 구역(330)을 야기할 수 있다. 낮은 압축 압력 구역(330)은 복합 플라이(214)에서의 면외 섬유 뒤틀림(244)을 야기할 수 있다.
도 14에는 코올 플레이트 가장자리(502) 사이의 틈(504) 근처에 배치된 안정화 부재(300)가 도시되어 있다. 바람직하게, 안정화 부재(300)는 복합 플라이(214)의 라미네이트(204) 내에 설치될 수 있다. 안정화 부재(300)의 안정화 부재 강성률(302)로 인해, 안정화 부재(300)는 압축 압력(330, 도 13) 적용시 복합 플라이(214)를 실질적으로 면내에 남도록 만들 수 있다. 이런 식으로, 안정화 부재(300)는 진공 백 과정 및/또는 오토클레이브 과정 중 면외 섬유 뒤틀림(244, 도 13)을 방지할 수 있다. 또한, 안정화 부재(300)는 보이는 표시 제거(visible mark-off, 도시되지 않음)의 발생을 최소화하거나 방지할 수 있다.
도 15에는 패널(206)로 형성될 수 있는 형태 패드업(250, pad-up)에서의 형상 불연속부(256)의 실시예가 도시되어 있다. 패드업(250)은 패널(206)의 복합 플라이(214)의 양을 국부적으로 증가시켜 구성될 수 있다. 예를 들어, 라미네이트(204)는 실질적으로 일정한 두께로 형성될 수 있으며 라미네이트(204)에 형성된 국부적인 복합 플라이(214)로 구성되는 패드업(250)을 구비할 수 있다. 패드업(250)은 라미네이트(204)에 스트레스 라이저(stress rizer, 도시되지 않음)를 구성할 수 있는 접점(도시되지 않음), 구멍(도시되지 않음), 도려낸 부분(도시되지 않음), 및 다른 형태 주변의 패널(206) 구역에 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 패드업(250)은 라미네이트에 장착되거나 맞춰지는 구성요소(도시되지 않음)을 수용하거나, 또는 라미네이트(204)의 국부적인 강성 또는 강도를 증가시키기 위해 패널(206)을 국부적으로 강화시키기 위해 패널(206)에 포함될 수 있다.
도 15에서, 패드업(250)이 복합 플라이(214)의 양을 점진적으로 내지 단계적으로 증가시키거나 또는 증축시켜 놓은 것으로 도시되어 있지만, 패드업(250)은 라미네이트 두께(246)에도 어떤 두께 변화를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패드업(250)은 라미네이트 두께(246)의 갑작스런 증가 또는 복합 구조물(200)의 단면의 변화로서 형성될 수 있다. 또한 도 15의 패널(206)이 평평한 구성으로 도시되어 있지만, 패널(206)은 윤곽이 있거나 굴곡진 형상(도시되지 않음), 또는 평평한 구성과 윤곽이 있거나 굴곡진 형상의 조합으로서 형성될 수 있음을 인지해야만 한다.
도 16에는 패드업(250, 도 15)의 주변 가장자리(252) 근처에 배치된 안정화 부재(300)가 도시되어 있다. 안정화 부재(300)는 복합 플라이(214)의 라미네이트(204, 도 15) 내에 설치될 수 있다. 예를 들어, 안정화 부재(300)는 안정화 부재 가장자리(308)가 주변 가장자리(252) 너머로 연장되도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 안정화 부재(300)는 각각의 안정화 부재 가장자리(308)가 패드업(250)의 주변 가장자리(252) 너머로 연장되도록 구성될 수 있다. 비록 하나의 안정화 부재(300)가 도시되어 있지만, 하나 이상의 안정화 부재(300)가 하나 이상의 패드업(250)의 주변 가장자리(252)에 설치될 수 있다.
도 17에는 공동 평면(316)에 배치된 안정화 부재(300)와 복합 플라이(214)를 가진 라미네이트(204)가 도시되어 있으며, 상기에서의 안정화 부재 가장자리(308)와 플라이 가장자리(220)는 서로 대향 관계(320)로 배치된다. 하나의 실시예에서, 안정화 부재(300)는 안정화 부재(300) 바로 인근에 배치된 복합 플라이(214)의 플라이 두께(222)의 배수와 거의 동일한 두께(306)로 제공될 수 있다. 하나의 실시예에서, 안정화 부재 두께(306)는 플라이 두께(222)와 거의 동일할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 안정화 부재 두께(306)는 거의 두 개 이상의 플라이 두께(222)가 될 수 있다. 플라이 두께(222)는 복합 플라이(214)의 압축 이후 측정될 수 있다. 상기에서 언급한 바와 같이, 복합 플라이(214)는 약 1mil에서 약 20mil 또는 그 이상 범위의 플라이 두께(222)를 가질 수 있다. 그러나, 플라이 두께(222)는 약 4mil에서 약 8mil 범위로 제공될 수도 있다. 안정화 부재(300)는 안정화 부재 두께(306)가 20mil보다 더 클 수도 있지만, 약 1mil에서 약 20mil 범위의 안정화 부재 두께(306)를 가질 수 있다.
도 18에는 안정화 부재(300)를 가진 라미네이트(204)가 도시되어 있으며 복합 플라이(214)중 적어도 하나는 안정화 부재 가장자리(308)와 플라이 가장자리(220)가 서로 포개진 관계(318)로 배치되도록 배열된다. 이와 관련하여, 라미네이트(204)는 안정화 부재(300)와 공동 평면(316)에 있는 적어도 하나의 복합 플라이(214)는 안정화 부재 가장자리(308) 위를 덮고 안정화 부재 가장자리(308)에 포개져 연장되도록 형성된다. 그러나, 패널(206)은 안정화 부재 가장자리(308)와 플라이 가장자리(220)의 포개진 관계(318) 및/또는 대향 관계(320)의 어떤 다양한 조합 중 하나로 배열될 수 있다.
도 17 - 도 18에 도시된 실시예에서, 안정화 부재(300)는 하나 이상의 복합 플라이(214)에 접착될 수 있다. 예를 들어, 접착제 레이어(314)는 안정화 부재(300)와 적어도 하나의 복합 플라이(214) 사이의 라미네이트(204)에 포함될 수 있다. 접착제 레이어(314)는 열경화성 에폭시 수지 또는 열가소성 수지와 같은 접착제 재료로 구성될 수 있다. 접착제 재료는 또한 폴리이미드(polyimide) 수지, 비스말레이미드(bismaleimide) 수지, 폴리우레탄(polyurethane) 접착제, 아크릴(acryl) 수지, 또는 이에 한정하지 않고 어떤 다른 적합한 수지가 될 수 있다. 하나의 실시예에서, 접착제 레이어(314)는 약 0.5mil에서 2.0mil 또는 그 이상 범위의 두께를 가질 수 있다. 접착제 레이어(314)는 바람직하게 안정화 부재(300)를 바로 인접한 하나 이상의 복합 플라이(214)와 접착하는 것을 용이하게 할 수 있다. 안정화 부재(300)와 적어도 하나의 복합 플라이(214) 사이의 접착을 개선하기 위해 안정화 부재(300)의 하나 이상의 안정화 부재 표면(310)에 표면 처리(312)가 적용될 수 있다.
도 19에는 복합 구조물(200, 도 20) 제조 방법(600)의 한 실시예에 대한 흐름도가 도시되어 있다. 방법(600)의 단계(602)는 다수의 복합 플라이(214, 도 20)로 라미네이트(204, 도 20)를 적층하는 단계로 구성될 수 있으며 여기서 라미네이트(204)는 압축 불연속부(256, 도 20) 및/또는 이와 관련된 형상 불연속부(256, 도 20)를 가질 수 있다. 라미네이트(204)를 적층하는 단계는 테이프 레잉 머신(a tape laying machine, 도시되지 않음)과 같은 종래의 적층(lay-up) 장치를 이용하여 수행될 수 있으며, 및/또는 상기 라미네이트(204)는 손으로 적층될 수도 있다. 라미네이트(204)는 다수의 경화된 또는 선-경화된 복합 플라이(218, 도 20)로 형성되고, 도 5에 도시된 모자형 보강재(404)와 같은 원하는 단면 형상 또는 제한 없이, 어떤 다른 단면 형상으로 형성되는, 구조 부재(400, 도 20)를 구비할 수 있다.
대안으로서, 라미네이트(204, 도 20)는 다수의 미경화된 복합 플라이(216, 도 20)을 구비하는 구조 부재(400, 도 20)로 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 라미네이트(204)는 하나 이상의 구조 부재(400)로 공동 경화될 수 있는 다수의 미경화 복합 플라이(216)를 구비하는 패널(206, 도 20)로 형성될 수 있다. 패널(206)은 일반적으로 평면 형상 및/또는 도 2에 도시된 원통부(104)와 같은 굴곡진 형상으로 제공될 수 있다. 복합 구조물(200, 도 20)은 또한 경화된 또는 선-경화된(pre-cured) 복합 플라이(218, 도 20)로 형성된 하나 이상의 구조 부재(400, 도 20)를 공동 접착 공정시 패널(206)을 동시에 경화시키면서 미경화된 복합 플라이(216)로 형성된 패널(206)에 공동 접착함으로써 형성될 수 있다.
도 19의 방법(600)의 단계(604)는 적어도 하나의 안정화 부재(300, 도 20)를 복합 플라이(214, 도 20)와 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 안정화 부재(300)는 도 7, 9, 11, 14 및 16에 도시된 바와 같이 라미네이트(204, 도 20)의 복합 플라이(214)와 설치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 안정화 부재(300)는 라미네이트 윗면(210, 도 17) 또는 라미네이트 아랫면(212, 도 17) 아래에 복합 플라이(214) 약 10개를 넘지않는 깊이(322, 도 17)에 배치될 수 있다. 조금더 바람직하게, 안정화 부재(300)는 라미네이트 윗면(210) 또는 라미네이트 아랫면(212) 아래에 복합 플라이(214) 약 2개 또는 3개를 넘지않는 깊이(322)에 배치될 수 있다. 대안으로서, 방법은 라미네이트 윗면(210) 상부 및/또는 라미네이트 아랫면(212) 상부(도시되지 않음)에 안정화 부재(300)를 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
도 19의 방법(600)의 단계(606)는 라미네이트(204, 도 7)와 연관된 압축 불연속부(256, 도 20) 및/또는 형상 불연속부(256, 도 20) 근처에 안정화 부재(300, 도 7)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안정화 부재(300)는 패널(206, 도 7)에 장착될 수 있는 안정화 부재(400, 도 7)의 구조 부재 가장자리(418) 근처에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 구조 부재 가장자리(418)는 패널(206)과 연관된 압축 불연속부(258)의 발생을 야기할 수 있다. 방법은 안정화 부재 가장자리(308, 도 7)가 구조 부재(400)의 구조 부재 가장자리(418, 도 7) 너머로 연장되도록 구조 부재(400, 도 7)에 대해 안정화 부재(300)를 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안정화 부재(300)는 앞서 명시한 바와 같이 진공 백(326, 도 7)의 가교(328, 도 7)로 야기될 수 있는 것처럼 안정화 부재(300)가 낮은 압축 압력 구역(330)을 가로질러 연장하도록 배치될 수 있다.
방법(600)의 단계(606)는 또한 안정화 부재(300, 도 9)를 구조 부재(400, 도 9)와 연관될 수 있는 하나 이상의 다른 타입의 압축 불연속부(258, 도 20) 및/또는 형상 불연속부(256, 도 9) 근처에 배치하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 안정화 부재(300)는 구조 부재(400)의 구조 부재 단면(406, 도 9)에서 단면 형상 변형부(408, 도 9) 근처에 배치될 수 있다. 도 9는 구조 부재 단면(406)의 구조 부재 굴곡부(420, 도 9) 근처에 배치된 안정화 부재를 나타낸다. 안정화 부재(300)는 라미네이트(204)를 통한 압축 압력(324, 도 9)의 균일한 분배를 촉진하기 위해 구조 부재 굴곡부(420)의 외측면(424, 도 9) 근처에 배치될 수 있다. 이로 인해 안정화 부재(300)는, 그렇지 않으면 구조 부재 굴곡부(420)에 인접한 위치에 구조 부재(400)의 상대적으로 낮은 압축 압력(324)에 대해 다른 압력을 야기할 수도 있는 높은 압축 압력 구역(332, 도 8)의 발생을 최소화하거나 방지할 수 있다. 상기 높은 압축 압력 구역(332, 도 8)은 그렇지 않으면 수지(226)가 구조 부재 굴곡부(420)에서 벗어나 흐를 수도 있으며 구조 부재 굴곡부(420)에 굴곡부를 얇게(428, 도 8) 만들 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 하나의 실시예에서, 안정화 부재(300)는 또한 앞서 명시한 바와 같이 구조 부재(400)의 다수의 서브-라미네이트(430)의 접점(438)에서 굴곡부 필러(440)을 구비하는 형상 불연속부(256) 근처에 배치될 수 있다.
도 19의 방법(600)의 단계(608)는 접착제 레이어(314, 도 17)를 이용하여 복합 플라이(214, 도 17) 중 적어도 하나에 안정화 부재(300)를 접착하는 단계를 포함할 수 있다. 안정화 부재(300, 도 17)와 복합 플라이(214) 사이의 접착은 안정화 부재(300)의 하나 이상의 안정화 부재 표면(310, 도 17)에 표면 처리(312, 도 17)를 적용함으로써 향상될 수 있다. 하나의 실시예에서, 표면 처리(312)는 안정화 부재(300) 표면(310)에 졸-겔(sol-gel) 표면 처리(도시되지 않음), 화학적 크리닝(cleaning), 화학적 에칭(etching), 및 솔벤트 와이핑(solvent wiping)를 적용하는 것과 같은 화학적 처리를 하거나, 또는 안정화 부재 표면(310)에 그리트 블라스팅(grit blasting), 샌딩(sanding), 샌드블라스팅(sandblasting), 연마(abrading), 레이저 박리(laser ablation), 또는 어떤 다양한 다른 표면 처리(312) 중 하나를 통한 기계적 처리를 포함할 수 있다. 단계(608)는 도 17에 도시된 바와 같이, 안정화 부재(300)와 복합 플라이(214) 중 하나가 공동 평면(316)에 배치되고 안정화 부재 가장자리(308)와 플라이 가장자리(220)가 일반적으로 서로 대향 관계(320)로 안정화 부재(300)에 라미네이트(204)의 복합 플라이(214)를 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 대안으로서, 단계(608)은 라미네이트(204)의 적어도 하나의 복합 플라이(214)가 도 18에 도시된 바와 같이 안정화 부재(300)에 포개진 관계(318)로 하나 이상의 안정화 부재 가장자리(308, 도 18)의 위쪽으로 그리고 그 위로 연장되는 식으로 안정화 부재(300, 도 18)를 복합 플라이(214, 도 18) 내에 끼워넣는 단계를 포함할 수 있다.
도 19의 방법(600)의 단계(610)는 진공 백 과정 및/또는 오토클레이브 과정 중과 같이 라미네이트(204)에 압축 압력(324)을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 도 7은 패널(206)에 공동 접착된 구조 부재(400)를 나타낸다. 구조 부재(400)는 경화된 또는 전 경화된 복합 플라이(218) 또는 비 복합 재료를 포함할 수 있다. 패널(206)은 미경화된 복합 플라이(216)을 포함할 수 있다. 진공 백(326)은 복합 구조물(200)을 고형화하거나 및/또는 경화하기 위한 압축 압력(324)을 적용하기 위해 구조 부재(400)와 패널(206) 위에 연장될 수 있다. 경화 공정은 진공 압력(도시되지 않음)의 크기 제어, 복합 플라이(214)의 가열 속도(도시되지 않음) 제어, 경화 온도(도시되지 않음) 제어, 대기 시간(도시되지 않음) 제어, 및/또는 다른 경화 변수 제어를 포함하는 경화 조건을 제어하도록 제공된 오토클레이브(도시되지 않음)에서 선택적으로 수행될 수 있다. 경화 중, 복합 플라이(214)는 수지(226, 도 7)의 점성을 줄이고 인접한 복합 플라이(214, 도 7)로 수지(226)가 흘러가 수지(226)와 섞일 수 있도록 가열될 수 있다. 복합 플라이(214)의 가열은 또한 열경화성 재료로 형성된 복합 플라이(214)를 경화하기 위해 가교 반응을 개시할 수 있다. 열가소성 재료로 형성된 복합 플라이(214)는 수지(226)의 혼합을 촉진하기 위해 수지(226)의 점성을 줄이도록 유리 전이 온도를 초과하는 온도로 가열될 수 있다.
도 19의 방법(600)의 단계(612)는 라미네이트(204, 도 7)와 연관될 수 있는 하나 이상의 압축 불연속부(258, 도 20) 및/또는 형상 불연속부(256,도 9)에 배치될 수 있는 하나 이상의 안정화 부재(300, 도 7)를 이용하여 복합 구조물(200, 도 7)의 복합 플라이(214, 도 7)에서의 섬유 뒤틀림(244, 도 7)을 완화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 압축 불연속부(258) 또는 형상 불연속부(256)는 불균일한 압축 압력(329)과, 라미네이트(204)의 다른 열팽창계수(CTE)(예컨대, 면내 CTE 대 두께를 통한 CTE)의 결과로, 및/또는 다른 구성요소(도시되지 않음)의 열팽창계수에 대해 복합 플라이(214) 열팽창계수의 차이의 결과로 발생할 수 있다. 압축 불연속부(258) 및/또는 형상 불연속부(256)는 또한 복합 플라이(214)에서 수지 재료(228, 도 7)의 경화 수축(도시되지 않음)에 영향을 받기 쉬울 수 있는 위치와, 낮은 압축 압력 구역(330), 높은 압축 압력 구역(332, 도 8), 및/또는 패널(206, 도 15)에서의 패드업(250, 도 15)과 같이 라미네이트 두께(246, 도 8)에 변화가 있는 위치에서 발생할 수 있다. 그러나, 상기 압축 불연속부(258) 또는 형상 불연속부(256)는 복합 플라이(214)에서 원하는 방향(도시되지 않음)으로부터 섬유(230, 도 8)의 일탈이 야기될 수 있는 어떤 요인의 결과로 발생할 수 있다.
도 20에는 복합 플라이(214)가 포함된 하나 이상의 안정화 부재(300)를 구비한 복합 구조물(200)의 블록 구성도가 도시되어 있다. 복합 구조물(200)은 구조 부재(400), 패널(206), 또는 이에 한정하지 않는 어떤 다양한 다른 복합 구조물(200) 중의 하나를 형성하기 위해 라미네이트(204)로 구성될 수 있다. 라미네이트(204)는 복합 플라이(214)로 구성될 수 있다. 각각의 복합 플라이(214)는 수지(226) 및 섬유(230)를 포함한 섬유 강화 폴리머 재료(224)로 형성될 수 있다. 각각의 복합 플라이(214)의 섬유(230)는 보통 정렬되며(예컨대, 단방향으로) 또는 섬유(230)는 직물(도시되지 않음)을 형성하기 위해 하나 이상의 방향으로 직조될 수 있다.
도 20에서, 각각의 복합 플라이(214)는 라미네이트 열팽창계수(238, CTE)를 가질 수 있다. 하나 이상의 압축 불연속부(258) 또는 형상 불연속부(256)는 라미네이트(204)와 연관될 수 있다. 앞서 명시된 바와 같이, 압축 불연속부(256)는 패널(206) 및/또는 구조 부재(400)에 적용된 불균일한 압축 압력(329)의 위치에서 발생할 수 있다. 예를 들어, 압축 불연속부(256)는 패널(206)에 배치될 수 있고 앞서 명시된 바와 같이 진공 백 가교(328, 도 7)로 인해 낮은 압축 압력 구역(330, 도 6)을 생성할 수 있는 구조 부재 가장자리(418)를 구비할 수 있다. 형상 불연속부(256)는 라미네이트(204)와 연관될 수 있는 단면 형상 변형부(408)를 포함할 수 있으며, 또는 형상 불연속부(256)는 다른 요인으로 야기될 수 있다. 예를 들어, 형상 불연속부(256)는 구조 부재(400)에서와 같이 곡률 변형(248)을 포함할 수 있다. 형상 불연속부(256)는 또한 패드업(250) 또는 패널(206)을 구성하는 라미네이트(204)에서의 플라이의 양이 국부적 증가한 부분을 포함할 수 있다. 형상 불연속부(256)는 또한 구조 부재(400)에 포함될 수 있는 굴곡부 필러(440)를 구비할 수 있다.
계속해서 도 20에서, 복합 구조물(200)은 복합 플라이(214)에 설치되거나 복합 플라이(214)의 상부에 적용될 수 있는 안정화 부재(300)를 추가로 구비할 수 있다. 안정화 부재(300)는 접착제 레이어(314)를 이용하여 하나 이상의 복합 플라이(214)에 접착될 수 있다. 안정화 부재(300)는 바람직하게 안정화 부재(300)가 이와 관련된 압축 불연속부(258) 또는 형상 불연속부(256)으로 인해 라미네이트(204)에 발생할 수도 있는 면외 섬유 뒤틀림(244, 도 13)의 발생을 완화하거나 최소화할 수 있는 복합 플라이(214)의 경화 온도 또는 처리 온도에서 상대적으로 높은 안정화 부재 강성률(302)을 가질 수 있다. 더욱이, 안정화 부재(300)는 바람직하게 경화 과정 중 복합 구조물(200)에 잔류 응력의 발생을 최소화하기 위해 라미네이트 열팽창계수(238)와 실질적으로 비슷할 수 있는 안정화 부재 열팽창계수(304)를 갖는다. 안정화 부재(300)는 바람직하게 복합 플라이(214)를 실질적으로 면내(도시되지 않음)에 남아있게 하고 복합 플라이(214)의 압축 및/또는 고형화 시 면외 섬유 뒤틀림(244)를 방지하기 위해 압축 불연속부(258) 또는 형상 불연속부(256)의 위치 너머로 연장되도록 배치될 수 있는 안정화 부재 가장자리(308)를 가질 수 있다.
도 21 - 도 22에서, 본 발명의 실시예는 도 21에 도시된 것처럼 항공기 제작 및 서비스 방법(700) 그리고 도 22에 도시된 것처럼 항공기(702)의 맥락으로 도시될 수 있다. 사전 제작 시, 전형적인 방법(700)은 항공기(702)의 사양 및 설계(704) 그리고 자재 조달(706)을 포함할 수 있다. 제작 시, 구성요소 및 서브어셈블리 제조(708) 및 항공기(702)의 시스템 통합(710)이 수행된다. 이후, 항공기(702)는 서비스 중(714)으로 배치되기 위해 인증 및 인도(712)를 거칠 수 있다. 고객에 의한 서비스 중, 항공기(702)는 규칙적인 유지보수 및 점검(716) 단계(또한 수정, 재구성, 보수 등이 포함될 수 있는)가 계획된다.
방법(700)의 각각의 과정은 시스템 인테그레이터(system integrator), 제3자, 및/또는 운영자(예컨대, 고객)에 의해 수행 또는 실행될 수 있다. 이러한 설명의 목적을 위해, 시스템 인테그레이터에는 많은 항공기 제조사와 주요 시스템 하청업체; 이에 국한되지 않고, 포함될 수 있으며; 제3자에는 많은 판매업체와 하청업체 및 공급자가, 이에 국한되지 않고, 포함될 수 있고; 그리고 운영자에는 항공사, 임대차 회사, 군사 기업, 서비스 기관 등이 포함될 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 전형적인 방법(700)을 통해 생산된 항공기(702)는 다수의 시스템(720)과 내부(722)를 가진 기체(718)를 구비할 수 있다. 높은 수준의 시스템(720)은 하나 이상의 추진 시스템(724)과, 전기 시스템(726), 유압 시스템(728), 및 환경 시스템(730)을 구비한다. 어떤 많은 시스템이 포함될 수도 있다. 비록 항공 산업의 예시로 도시되었지만, 본 발명의 실시예의 원리는 자동차 산업과 같은 다른 산업에 적용될 수 있다.
안정화 부재(300, 도 17)와 이곳에 실시된 방법은 생산 및 서비스 방법(700)의 어떤 하나 이상의 단계 중에 채용될 수 있다. 예를 들어, 생산 과정(708)에 상응하는 구성요소 또는 서브어셈블리는 항공기(702)가 서비스중에 있는 과정에서 생산된 구성요소 또는 서브어셈블리와 유사한 방식으로 제조 내지 제작될 수 있다. 또한 하나 이상의 안정화 부재(300) 실시예, 방법 실시예, 또는 이 둘의 조합은, 예를 들어, 실질적으로 조립을 신속하게 하거나 항공기(702)의 비용을 절감함으로써, 생산단계 (708, 710) 중에 활용될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 장치 실시예, 방법 실시예, 또는 이들의 조합은 예를 들어, 제한 없이, 유지보수 및 점검(716)과 같은 항공기(702)가 서비스 중에 있는 동안 활용될 수 있다.
당 업계의 통상의 지식을 가진 사람들에게 본 발명에 대한 부가적인 수정 및 개선은 분명히 가능할 수 있다. 따라서, 이곳에 명시되고 도시된 부품의 특정 조합은 오직 본 발명의 특정 실시예를 나타내기 위한 것이며, 본 발명의 의도 및 범위 내에서의 대안적인 실시예 또는 장치를 제한하기 위한 것은 아니다.

Claims (26)

  1. 다수의 복합 플라이(composite plies) 및 라미네이트 면을 구비한 라미네이트(laminate);
    상기 라미네이트와 연관된 압축 불연속부; 및
    상기 라미네이트 면 아래에서 상기 복합 플라이에 포함되고 상기 압축 불연속부에서 상기 복합 플라이의 국부적인 면외(out-of-plane) 섬유 뒤틀림을 방지하기 위해 상기 압축 불연속부 근처에 배치되는 안정화 부재를 구비하고,
    상기 안정화 부재는 안정화 부재 가장자리를 구비하며 플라이 가장자리를 구비한 하나 이상의 복합 플라이와 공동 평면에 배치되고, 상기 안정화 부재 및 상기 하나 이상의 복합 플라이는:
    상기 안정화 부재 가장자리가 상기 플라이 가장자리에 대해 대향 관계로 배치되는 구성;
    상기 하나 이상의 복합 플라이가 상기 안정화 부재 가장자리의 위를 덮고 안정화 부재 가장자리에 포개져 연장되는 구성;
    중 하나의 구성으로 배열되는, 복합 구조물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이트는 다수의 복합 플라이로 형성된 패널(panel)을 구비하고;
    상기 압축 불연속부는 상기 패널에 장착된 구조 부재의 구조 부재 가장자리 근처에 위치한 낮은 압축 압력 구역으로 구성되며; 그리고
    상기 안정화 부재는 상기 복합 플라이에 포함되어 있으며 상기 구조 부재 가장자리 근처에 배치되는, 복합 구조물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 라미네이트는 다수의 복합 플라이로 형성된 패널을 구비하고;
    상기 압축 불연속부는 상기 패널에 대해 제거가능하게 배치된 한 쌍의 코올 플레이트(caul plates) 사이에 위치한 코올 플레이트 틈을 구비하며; 그리고
    상기 안정화 부재는 상기 복합 플라이에 포함되어 있으며 상기 코올 플레이트 틈 근처에 배치되는, 복합 구조물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 라미네이트 열팽창계수와 동일한 안정화 부재 열팽창계수를 갖는, 복합 구조물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 15 MSI(Million pounds per Square Inch)에서 80 MSI 범위의 안정화 부재 강성률(stiffness)을 갖는, 복합 구조물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 경화된 복합 재료, 세라믹 재료, 및 금속 재료 중 하나 이상을 포함하는 안정화 부재 재료로 형성되는, 복합 구조물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 복합 플라이의 플라이 두께와, 플라이 두께의 배수 중 하나와 동일한 안정화 부재 두께를 갖는, 복합 구조물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복합 구조물은 항공기의 복합 구조물을 포함하는, 복합 구조물.
  9. 다수의 복합 플라이 및 라미네이트 면을 구비하는 구조 부재;
    상기 구조 부재와 연관된 형상 불연속부; 및
    상기 라미네이트 면 아래에서 상기 복합 플라이에 포함되고 상기 형상 불연속부에서 국부적인 면외 섬유 뒤틀림을 방지하기 위해 상기 형상 불연속부 근처에 배치되는 안정화 부재를 구비하고,
    상기 안정화 부재는 안정화 부재 가장자리를 구비하며 플라이 가장자리를 구비한 하나 이상의 복합 플라이와 공동 평면에 배치되고, 상기 안정화 부재 및 상기 하나 이상의 복합 플라이는:
    상기 안정화 부재 가장자리가 상기 플라이 가장자리에 대해 대향 관계로 배치되는 구성;
    상기 하나 이상의 복합 플라이가 상기 안정화 부재 가장자리의 위를 덮고 안정화 부재 가장자리에 포개져 연장되는 구성;
    중 하나의 구성으로 배열되는, 복합 구조물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 형상 불연속부는 상기 구조 부재에서 단면 형상 변형부(cross-sectional shape-change)를 구비하며; 그리고
    상기 안정화 부재는 상기 복합 플라이에 포함되고 상기 단면 형상 변형부 근처에 배치되는, 복합 구조물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 단면 형상 변형부는 구조 부재 단면에 형성된 구조 부재 굴곡부(radius)를 포함하는, 복합 구조물.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 구조 부재는 다수의 서브-라미네이트(sub-laminates)로 구성되고;
    상기 단면 형상 변형부는 상기 서브-라미네이트의 접점(juncture)에 배치된 굴곡부 필러(filler)를 포함하며; 그리고
    상기 안정화 부재는 상기 굴곡부 필러 근처에 배치되는, 복합 구조물.
  13. 다수의 복합 플라이 및 라미네이트 면을 구비한 라미네이트를 위한 안정화 부재; 및
    상기 라미네이트와 연관된 압축 불연속부를 가진 라미네이트를 포함하고,
    상기 안정화 부재는 상기 라미네이트 면 아래에서 상기 복합 플라이에 포함되고 상기 압축 불연속부에서 국부적인 면외 섬유 뒤틀림을 방지하기 위해 상기 압축 불연속부 근처에 배치되고,
    상기 안정화 부재는 안정화 부재 가장자리를 구비하며 플라이 가장자리를 구비한 하나 이상의 복합 플라이와 공동 평면에 배치되고, 상기 안정화 부재 및 상기 하나 이상의 복합 플라이는:
    상기 안정화 부재 가장자리가 상기 플라이 가장자리에 대해 대향 관계로 배치되는 구성;
    상기 하나 이상의 복합 플라이가 상기 안정화 부재 가장자리의 위를 덮고 안정화 부재 가장자리에 포개져 연장되는 구성;
    중 하나의 구성으로 배열되는, 플라이 안정판(ply stabilizer).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 라미네이트는 다수의 복합 플라이로 형성된 패널을 포함하고;
    상기 압축 불연속부는 상기 패널에 장착된 구조 부재의 구조 부재 가장자리 근처에 배치된 낮은 압축 압력 구역을 포함하며; 그리고
    상기 안정화 부재는 상기 복합 플라이에 포함되고 상기 구조 부재 가장자리 근처에 배치되는, 플라이 안정판.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 라미네이트는 다수의 복합 플라이로 형성된 패널을 포함하고;
    상기 압축 불연속부는 상기 패널에 대해 제거가능하게 배치된 한 쌍의 코올 플레이트 사이에 위치한 코올 플레이트 틈을 포함하며; 그리고
    상기 안정화 부재는 복합 플라이에 포함되고 상기 코올 플레이트 틈 근처에 배치되는, 플라이 안정판.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 라미네이트 열팽창계수와 동일한 안정화 부재 열팽창계수를 갖는, 플라이 안정판.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 15 MSI에서 80 MSI 범위의 안정화 부재 강성률을 갖는, 플라이 안정판.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 안정화 부재는 경화된 복합재, 세라믹, 및 금속 중 하나 이상으로 구성된 안정화 부재 재료로 형성되는, 플라이 안정판.
  19. 다수의 복합 플라이로 라미네이트를 적층하는 단계로서, 상기 라미네이트는 라미네이트 면과, 상기 라미네이트와 연관된 압축 불연속부 및 형상 불연속부 중 하나 이상을 갖는, 단계;
    상기 라미네이트 면 아래에서 복합 플라이에 안정화 부재를 적용하는 단계; 및
    상기 안정화 부재를 상기 압축 불연속부 및 형상 불연속부 중 하나 이상의 근처에 배치하는 단계로서, 상기 안정화 부재는 안정화 부재 가장자리를 구비하며 플라이 가장자리를 구비한 하나 이상의 복합 플라이와 공동 평면에 배치되고, 상기 안정화 부재 및 상기 하나 이상의 복합 플라이는:
    상기 안정화 부재 가장자리가 상기 플라이 가장자리에 대해 대향 관계로 배치되는 구성;
    상기 하나 이상의 복합 플라이가 상기 안정화 부재 가장자리의 위를 덮고 안정화 부재 가장자리에 포개져 연장되는 구성;
    중 하나의 구성으로 배열되는, 단계; 및
    상기 안정화 부재를 이용하여, 상기 압축 불연속부 및 형상 불연속부 중 하나 이상에서 국부적인 면외 섬유 뒤틀림을 방지하는 단계를 포함하는, 복합 구조물을 구성하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 다수의 복합 플라이로 형성되고 장착된 구조 부재를 구비한 패널로 상기 라미네이트를 적층하는 단계; 및
    상기 안정화 부재를 구조 부재 가장자리 근처에 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 복합 구조물을 구성하는 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 라미네이트에 압축 압력을 적용하는 단계;
    상기 구조 부재 가장자리와 연관된 낮은 압축 압력 구역을 포함하는 압축 불연속부를 생성하는 단계; 및
    안정화 부재를 이용하여, 복합 플라이에서의 섬유 뒤틀림을 완화시키는 단계를 추가로 포함하는, 복합 구조물을 구성하는 방법.
  22. 제19항에 있어서,
    상기 다수의 복합 플라이로 형성된 구조 부재로 상기 라미네이트를 적층하는 단계를 추가로 포함하는, 복합 구조물을 구성하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    구조 부재 단면에서 상기 형상 불연속부 근처에 상기 안정화 부재를 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 복합 구조물을 구성하는 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    구조 부재 단면의 단면 형상 변형부를 포함하는 상기 형상 불연속부 근처에 상기 안정화 부재를 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 복합 구조물을 구성하는 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    구조 부재 단면의 구조 부재 굴곡부를 포함하는 상기 형상 불연속부 근처에 상기 안정화 부재를 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 복합 구조물을 구성하는 방법.
  26. 제22항에 있어서,
    상기 구조 부재의 다수의 서브-라미네이트의 접점에서 굴곡부 필러를 포함하는 상기 형상 불연속부 근처에 상기 안정화 부재를 배치하는 단계를 추가로 포함하는, 복합 구조물을 구성하는 방법.
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