KR102205337B1 - 굴곡진 맨드렐 표면에 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법 - Google Patents

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Abstract

경화되지 않은 복합재 부재(30)는 플렉서블 압착기(44)를 사용하여 굴곡을 가진 맨드렐(66) 위에 성형된다. 상기 성형은 굴곡의 정점에서 바깥쪽으로 실행된다.

Description

굴곡진 맨드렐 표면에 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법{COMPACTING UNCURED COMPOSITE MEMBERS ON CONTOURED MANDREL SURFACES}
본 발명은 일반적으로 복합재 구조물을 제작하는 과정에 대한 것이며, 특히 굴곡진(contoured) 맨드렐(mandrel) 표면에 복합재 라미네이트 스트링거(laminate stringers)를 압축하는 것에 관한 것이다.
항공기 산업에 사용되는 스트링거(stringer)와 같은 기다란 복합재 부재는 동체 스킨(fuselage skin)과 같은 구조물의 곡률에 맞게 그 길이를 따라서 하나 이상의 평면에서 굴곡져(contoured) 있을 수 있다. 스트링거의 굴곡짐은, 경화 툴(cure tool)과 같은, 맨드렐의 굴곡진 표면에 대해 경화되지 않은 스트링거 적층체(layup)를 압착하는 압착기를 사용하여 이뤄질 수 있다. 플렉서블 압착기(Flexible compactors)는 압착 과정 시, 이를 굴곡진 툴(tool) 표면에 일치되도록 유연하거나 구부러지게 개발되었다.
툴 굴곡의 정도에 따라, 경화되지 않은 스트링거 적층체는, 특히 곡률 중심 또는 툴의 가장 큰 굴곡부 근처에서 툴에 대해 압착될 때, 주름이 발생될 수 있다. 상기 주름은, 압축시 배치된, 굴곡진 툴 표면에 가장 가까운 복합재 재료의 레이어(layers)가 구부러진 결과로 생성된다. 상기 방식으로 재료를 압축하는 것은 초과 재료를 주름으로 모아 융기하게 한다. 주름지는 것은 경화된 스트링거의 성능에 바람직하지 않은 영향을 미칠 수 있다.
따라서, 재료가 주름지는 것을 조정하는, 굴곡진 툴의, 스트링거와 같은, 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법이 필요하다. 또한, 스트링거의 길이를 따라 일반적으로 균일하게 주름을 분포시키면서 주름의 크기를 줄이는 플렉서블 압착기를 사용하여, 경화 툴의 스트링거를 압착하는 방법이 필요하다.
스트링거와 같은 경화되지 않은 복합재 부재는, 복합 재료에 상대적으로 큰 주름의 형성을 피하면서, 굴곡진 경화 툴과 같은 맨드렐 형상에 일치되도록 구부러질 수 있다. 복합 재료의 어떤 주름은 스트링거의 굴곡진 구역을 따라 일반적으로 균일하게 분포된 상대적으로 작은 주름으로 제한된다. 큰 주름의 방지는 스트링거가 개선된 구조적 성능과 균일성을 갖게 한다. 재료 주름의 균일한 분포는 정점 성형 방법과 플렉서블 압착기를 사용하여 성취된다. 정점 성형 중, 플렉서블 압착기는 굴곡의 정점에서 시작되고, 정점에서 바깥쪽으로 이동하며, 경화되지 않은 스트링거를 굴곡진 툴 표면에 대해 배치하고 구부리는 데 사용된다. 플렉서블 압착기는 초과 복합 재료가 압축 과정 중 실질적으로 스트링거 성능에 영향을 미치지 않는 비교적 작은 재료 주름의 형성을 조정하도록 수용될 수 있는 일련의 횡방향 커프(kerf, 파인 홈)를 구비한다.
본 발명의 실시예에 따라서, 방법은 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 단계를 제공한다. 방법은 경화되지 않은 복합재 부재를 압착기에 부착하는 단계를 포함한다. 압착기는 또한 경화되지 않은 복합재 부재를 맨드렐 표면의 굴곡과 정렬시키고, 경화되지 않은 복합재 부재를 굴곡의 정점에서 맨드렐 표면과 처음 접촉시키도록 사용된다. 방법은 맨드렐 표면의 굴곡 위에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계를 포함하며, 압착기는 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 데 사용된다. 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 경화되지 않은 복합재 부재를 맨드렐 표면 위에서 드레이프 성형(drape forming)하는 것에 의해 실행될 수 있다. 드레이프 성형은, 경화되지 않은 복합재 부재가 맨드렐 표면으로 성형되면서, 경화되지 않은 복합재 부재의 말단과 맨드렐 표면 사이의 거리의 관계를 일정하게 유지하는 것을 포함한다. 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 래시 성형(lash forming)에 의해 실행될 수 있다. 성형 단계는, S자 형상의 곡부를 경화되지 않은 복합재 부재로 유도함으로써, 맨드렐 표면에 인접한 경화되지 않은 복합재 부재의 국부적인 압축력을 줄여주는 단계를 포함한다. 굴곡 위에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 경화되지 않은 복합재 부재가 정점에서 맨드렐 표면에 처음 접촉한 이후 실행된다. 성형 단계는 정점으로부터 경화되지 않은 복합재 부재를 따라 연속해서 바깥쪽으로, 맨드렐 표면 위에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 것을 통해 실행될 수 있다. 경화되지 않은 복합재 부재는 정점에서 맨드렐 표면과 처음 접촉될 때 사전 결정된 배치 자세를 취하며, 경화되지 않은 복합재 부재의 바깥쪽 부분의 배치 자세는, 경화되지 않은 복합재 부재가 맨드렐 표면의 굴곡 위에 성형되는 동안, 사전 결정된 배치 자세와 실질적으로 평행하게 유지된다. 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 점진적으로 더 작은 곡률 반경으로 경화되지 않은 복합재 부재를 구부리는 단계를 포함한다. 방법은 경화되지 않은 복합재 부재의 재료가 압착기의 커프로 압축될 수 있게, 성형 시 경화되지 않은 복합재 부재에 형성되는 어떤 주름을 분배하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 방법은 또한 경화되지 않은 복합재 부재의 중립축의 위치를 이동시키는 것을 통해 성형 시 경화되지 않은 복합재 부재의 주름을 줄이기 위해 압착기를 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 실시예에 따라서, 방법은, 맨드렐 표면의 굴곡 위에 복합재 스트링거의 성형 시 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 조정하는 단계와, 복합재 스트링거를 맨드렐 표면의 굴곡면의 정점과 정렬시키는 것을 포함하는 단계, 그리고 복합재 스트링거를 정점에서 맨드렐 표면과 접촉시키는 단계로 구성된다. 복합재 스트링거는 정점으로부터 맨드렐 표면 아래로 성형된다. 정점으로부터 복합재 스트링거를 성형하는 것은 맨드렐 표면에 대해 아래로 그리고 정점에서 점진적으로 바깥쪽으로 복합재 스트링거를 구부리는 것을 포함한다. 스트링거를 성형하는 것은 복합재 스트링거의 말단과 맨드렐 표면 사이의 실질적으로 일정한 관계를 유지하는 것을 포함하고, 드레이프 성형과 래시 성형 중 하나에 의해 실행될 수 있다. 방법은 복합재 스트링거 내에 플렉서블 압착기를 설치하는 단계와, 복합재 스트링거를 압착기에 부착하는 단계, 그리고 복합재 스트링거를 정점에서 맨드렐 표면과 접촉하고, 정점으로부터 아래로 맨드렐 표면 위에 복합재 스트링거를 성형하기 위해 압착기를 사용하는 단계를 추가로 구성할 수 있다. 압착기에 복합재 스트링거를 부착하는 것은 흡입력을 사용하여 실행된다. 스트링거는 압착기를 사용하여 정점으로부터 아래로 맨드렐 표면 위에 성형될 수 있다. 복합재 스트링거의 주름은 복합재 스트링거의 맨드렐을 압착기로 압착함으로써 제어된다. 정점으로부터 아래로 맨드렐 표면 위에 복합재 스트링거를 성형하는 것은 압착기를 사용하여 실행되고, 압착기는 복합재 스트링거의 주름이 실질적으로 균일하게 분포되는 것을 촉진하는 데 사용된다.
또 다른 실시예에 따라서, 방법은 경화되지 않은 복합재 부재를 경화 툴에서 굴곡진 홈으로 성형하는 단계를 제공한다. 방법은 경화되지 않은 복합재 부재를 압착기에 부착하는 단계와, 경화되지 않은 복합재 부재를 굴곡진 홈을 따라서 굴곡의 정점에서 경화 툴에 처음 접촉하기 위해 압착기를 사용하는 단계로 구성된다. 압착기는 굴곡진 홈으로 아래로 그리고 홈을 따라서 그리고 정점으로부터 점진적으로 바깥쪽으로 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 데 사용된다. 압착기는 또한 굴곡진 홈으로 아래로 그리고 홈을 따라서 경화되지 않은 복합재 부재의 성형 시 경화되지 않은 복합재 부재에 형성된 주름을 분배하는 데 사용된다. 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하기 위해 압착기를 사용하는 것은 드레이프 성형 및 래시 성형 중 하나를 통해 실행된다.
요컨대, 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 압착기에 경화되지 않은 복합재 부재를 부착하는 단계를 포함한, 굴곡면을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법은; 경화되지 않은 복합재 부재를 맨드렐 표면의 굴곡과 정렬시키기 위해 압착기를 사용하는 단계와; 경화되지 않은 복합재 부재를 굴곡의 정점에서 맨드렐 표면에 처음 접촉하기 위해 압착기를 사용하는 단계; 정점으로부터 바깥쪽으로 맨드렐 표면의 굴곡 위에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계; 그리고 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 데 압착기를 사용하는 단계로 구성된다.
바람직하게 방법은 성형 중, 경화되지 않은 복합재 부재가 압착기의 커프로 압착되게 함으로써, 경화되지 않은 복합재 부재에 형성된 어떤 주름을 분배하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게 방법에서의 경화되지 않은 복합재 부재는 중립축을 구비하며, 방법은 성형 중, 경화되지 않은 복합재 부재의 중립축의 위치를 이동시키는 것을 통해 경화되지 않은 복합재 부재의 주름을 줄이기 위해, 압착기를 사용하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게 방법에서의 경화되지 않은 복합재 부재의 성형 단계는 경화되지 않은 복합재 부재에 뒤틀림을 형성하기 위해 압착기를 사용하는 단계를 포함한다.
바람직하게 방법에서의 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 맨드렐 표면 위에 경화되지 않은 복합재 부재를 드레이프 성형함으로써 실행된다.
바람직하게 방법에서의 드레이프 성형은 경화되지 않은 복합재 부재가 맨드렐 표면에서 성형될 때, 경화되지 않은 복합재 부재의 말단과 맨드렐 표면 사이의 거리의 관계를 일정하게 유지하는 것을 포함한다.
바람직하게 방법에서의 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 래시 성형에 의해 실행된다.
바람직하게 방법에서의 래시 성형은 S자 형상의 곡부를 경화되지 않은 복합재 부재로 유도함으로써, 맨드렐 표면 근처의 경화되지 않은 복합재 부재에 위치한 압축력을 줄이는 것을 포함한다.
바람직하게 방법에서의 굴곡 위에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 경화되지 않은 복합재 부재가 정점에서 맨드렐 표면과 처음 접촉한 이후 실행된다.
바람직하게 방법에서의 성형 단계는 정점으로부터 경화되지 않은 복합재 부재를 따라 점진적으로 바깥으로 맨드렐 표면 위에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 것을 통해 실행된다.
바람직하게 방법에서의 경화되지 않은 복합재 부재는, 정점에서 맨드렐 표면과 처음 접촉될 때 미리 선정된 배치 자세를 가지며, 경화되지 않은 복합재 부재의 바깥쪽 부분의 배치 자세는 경화되지 않은 복합재 부재가 맨드렐 표면의 굴곡면 위에 성형될 때 실질적으로 미리 선정된 배치 자세와 평행하게 유지된다.
바람직하게 방법에서의 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 경화되지 않은 복합재 부재를 점진적으로 더 작은 곡률 반경으로 구부리는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 상기 방법에 의해 압착된 복합재 부재가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거의 성형 시 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 단계와, 맨드렐 표면의 굴곡의 정점과 복합재 스트링거를 정렬하는 것을 포함하는 단계; 그리고 복합재 스트링거를 정점에서 맨드렐 표면과 접촉시키는 단계; 및 정점으로부터 아래로 맨드렐 표면 위에 복합재 스트링거를 성형하는 단계로 구성되는 방법이 제공된다.
바람직하게 방법에서의 정점으로부터 복합재 스트링거를 성형하는 단계는 맨드렐 표면에 대해 아래로 그리고 정점으로부터 점진적으로 바깥으로 복합재 스트링거를 구부리는 단계를 포함한다.
바람직하게 방법에서의 정점으로부터 복합재 스트링거를 성형하는 단계는, 복합재 스트링거와 맨드렐 표면 사이에 실질적으로 일정한 관계를 유지하는 단계를 포함한다.
바람직하게 방법에서의 복합재 스트링거를 성형하는 단계는 드레이프 성형 및 래시 성형 중 하나를 통해 실행된다.
바람직하게 방법은, 복합재 스트링거 내에 플렉서블 압착기를 설치하는 단계와; 복합재 스트링거를 압착기에 부착하는 단계; 그리고 복합재 스트링거를 정점에서 맨드렐 표면과 접촉하기 위해, 그리고 정점으로부터 맨드렐 표면으로 아래로 복합재 스트링거를 성형하기 위해 압착기를 사용하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게 방법에서의 복합재 스트링거를 압착기에 부착하는 단계는 흡입력에 의해 실행된다.
바람직하게 방법에서의 정점으로부터 맨드렐 표면으로 아래로 복합재 스트링거를 성형하는 단계는 압착기를 사용하여 실행되고, 복합재 스트링거의 주름은 복합재 스트링거의 재료를 압착기로 압착시킴으로써 제어된다.
바람직하게 방법에서의 정점에서 맨드렐 표면으로 아래로 복합재 스트링거를 성형하는 단계는 압착기를 사용하여 실행되고, 압착기는 복합재 스트링거에서 주름을 실질적으로 균일하게 분배하는 것을 촉진시키는 데 사용된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 방법에 의해 생산된 제어된 주름을 구비한 복합재 스트링거가 제공된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라서, 경화 툴의 굴곡진 홈으로 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계와, 경화되지 않은 복합재 부재를 압착기에 부착하는 단계; 경화되지 않은 복합재 부재를 굴곡진 홈을 따라 굴곡의 정점에서 경화 툴과 처음 접촉하기 위해 압착기를 사용하는 단계; 굴곡진 홈으로 아래로 그리고 홈을 따라 그리고 정점으로부터 바깥으로 점진적으로 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하기 위해 압착기를 사용하는 단계; 그리고 경화되지 않은 복합재 부재를 굴곡진 훔으로 그리고 홈을 따라 아래로 성형하는 동안 경화되지 않은 복합재 부재에 형성된 주름을 분배하기 위해 압착기를 사용하는 단계로 구성된 방법이 제공된다.
바람직하게 방법에서의 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하기 위해 압착기를 사용하는 단계는 드레이프 성형과 래시 성형 중 하나에 의해 실행된다.
특징, 기능, 및 장점들은 본 발명의 다양한 실시예에서 독립적으로 성취될 수 있으며 다음의 설명과 도면을 참고로 확인할 수 있는 추가 상세 설명에서의 또 다른 실시예에서 조합될 수 있다.
실시예의 특징으로 여겨지는 새로운 기능들은 첨부된 청구항에 기재되어 있다. 그러나, 실시예와, 이와 더불어 바람직한 사용 모드, 추가 목적과 그 장점들은 첨부된 도면과 함께 읽혀질 때, 다음의 본 발명의 실시예에 대한 자세한 설명을 참고로 가장 잘 이해될 것이다.
도 1은 XZ 평면에서 길이를 따라 굴곡진 스트링거의 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 2-2를 따라 잘려진 단면도이다.
도 3은 XY 평면에서 길이를 따라 굴곡진 스트링거에 대한 평면도이다.
도 4는 도 1에서 도 3에 도시된 스트링거를 경화 툴에 대해 압착하는 데 사용된 플렉서블 압착기의 사시도이다.
도 5는 경화 툴에서 압착 중, 스트링거 적층체와 도 4에 도시된 압착기에 대한 길이방향 단면도를 나타낸다.
도 6은 도 5에서 도 6으로 지칭된 구역에 대한 확대도이다.
도 7은 압착기가 성형 다이(forming die)로부터 스트링거를 제거하는 것이 도시된 단면도이다.
도 8은 스트링거를 굴곡진 경화 툴 빈 부분으로 성형하는 준비를 갖추도록 표시되고 정렬된 압착기를 나타내는 단면도이다.
도 9는 굴곡진 경화 툴 빈 부분으로 성형된 스트링거를 나타내는 단면도이며, 스트링거를 경화하기 위한 준비로 진공백이 설치되어 있다.
도 10은 경화 이후 스트링거로부터 이격되어 승강된 압착기를 나타내는 단면도이다.
도 11은 경화 툴로 성형될 때의 스트링거에서의 응력을 설명하기 유용한, 스트링거의 일부분에 대한 사시도이다.
도 12에는, 스트링거의 중심과 중립축을 나타내는, 도 11에 도시된 스트링거의 말단면이 도시되어 있다.
도 13은 스트링거의 길이방향 측면이 도시되어 있으며, 상기 스트링거는 스트링거의 정점 성형을 위해 준비된 굴곡진 맨드렐 표면의 정점에 처음 접촉되어 있다.
도 14에는 래시 기술을 사용하는 정점 성형 방법을 설명하는 데 유용한 개요가 도시되어 있다.
도 15는 도 14의 도 15로 지칭된 구역에 대한 확대도이다.
도 16은 드레이프 기술을 사용하는 정점 성형 방법을 설명하기 유용한 개요도이다.
도 17은 드레이프 기술을 사용하는 정점 성형 중 스트링거의 점진적 성형을 나타낸다.
도 18은 정점 성형 방법의 사용을 포함한 스트링거 제작 방법에 대한 흐름도를 나타낸다.
도 19는 항공기 제작 및 서비스에 대한 흐름도를 나타낸다.
도 20은 항공기에 대한 블록 구성도이다.
본 발명의 실시예는 하나 이상의 평면에서 굴곡지거나 굽은 기다란, 복합재 부재의 제작에 채용될 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참고하면, 복합재 동체 스트링거(30, stringer)는 임의의 적합한 수단을 통해 스킨(32, skin)에 부착된다. 스트링거(30)는 캡(34, cap)과, 경사진 측벽 또는 웹(36, web), 그리고 바깥쪽을 향하는, 실질적으로 평평한 플랜지(38, flange)를 구비하는, 모자 형태 단면 형상을 취한다. 다른 단면 형태도 가능하다. 상기 예시에서, 스트링거(30)는 직각좌표계(40)의 XZ 평면 상에 굴곡(42, contour)을 형성한다. 스트링거(30)는 예컨대, 이에 한정하지 않고, CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱)와 같은, 다중 플라이(ply) 복합재 라미네이트(laminate)로 구성될 수 있다. 이곳에 스트링거(30)가 도시되어있지만, 공지된 실시예는, 하나 이상의 평면에서 하나 이상의 곡률을 가진 어떤 다양한 기다란 복합재 부재를 제작하는 데 채용될 수 있다는 것을 인지해야만 한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 스트링거(30)는, XY 평면과 같은, 다른 평면에 놓인 굴곡(42)을 구비할 수 있다. 또 다른 예시에서, 스트링거(30)는 다중 평면에 놓인 굴곡(42)을 구비할 수 있다. 다음에서 더 자세하게 설명될 것처럼, 스트링거(30)는 원하는 단면 형상으로 프리프레그(prepreg)를 적층하고 성형함으로써 제작된다. 압착기(44, 도 4)는 경화되지 않은 스트링거(30)를 굴곡진 경화 툴(68, cure tool, 도 8)에 성형시키기 위해 사용되며, 이후 경화 사이클(cure cycle) 중 이를 압축한다.
다음으로 도 4를 참고하면, 압착기(44)는 경화되지 않은 스트링거(30)를 이송하고, 배치하고, 성형하며 압축하는 데 도움을 주도록 사용될 수 있다. 스트링거(30)는 아래에서 설명된 진공 또는 흡입력을 사용하여 압착기(44)에 제거 가능하게 고정 또는 부착된다. 압착기(44)는 스트링거(30)의 배치 및 압축 시 굴곡진 툴 표면(66)에 굽혀지고 맞춰지게 하는 어느 정도의 유연성을 가진, 일반적으로 반-강성체이다. 압착기(44)는 예컨대, 이에 한정하지 않고, CFRP와 탄성중합체 고무의 조합과 같은 적용에 적합한 재료로 구성될 수 있다. 압착기(44)는 스트링거(30)를 설치하고 성형하며, 경화될 때 성형된 스트링거(30)의 단면 형상을 제어하기 위한 장치로서 기능한다. 압착기(44)로의 스트링거(30)의 진공 부착은 취급 시 스트링거(30)의 손상 위험을 줄일 수 있으며, 경화 툴(68, cure tool, 도 5)과 같은 굴곡진 맨드렐 표면에 설치 시, 스트링거(30)를 제어한다.
압착기(44)는 대략적으로 일반적으로 개방된 내부 공간(58)을 형성하는, 모자형 부분(46)과, 플랜지 부분(52) 그리고 말단 벽(48)을 구비한다. 모자형 부분(46)은, 유연성이 있는 압착기(44)에 제공되고, 개방된 내부 공간(58)으로 공기가 유입될 수 있는, 다수의 세로로 간격을 두고, 횡방향으로 연장된 틈(slits) 또는 커프(kerfs, 54)를 구비한다. 말단벽(48) 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 진공 피팅(50, fittings)은 개방된 내부 공간(58)에서 공기를 배출하기 위해 진공 공급원(도시되지 않음)에 연결되도록 적용된다. 도 4에는 도시되지 않았지만, 플랜지 부분(52)은 XY 및 XZ 평면 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 압착기(44)가 구부러질 수 있는, 유연한 길이방향을 따른, 하나 이상의 부분 또는 조인트(joints)를 구비할 수 있다.
개방 내부 공간(58) 내에 생성된 진공은 커프(54)을 통해 공기가 빠져나가게 하고, 진공 흡입력(55)을 생성하게 한다. 이러한 진공 흡입력은, 이송, 배치 및 압축 공정 시, 경화되지 않은 스트링거(30)를 잡고, 압착기(44)에 부착되고 붙어있게 한다. 더욱 구체적으로, 스트링거(30)의 캡(34)과 웹(36)은 진공 흡입력(55)으로 인해, 압착기(44)의 모자형 부분(46)에 부착되고, 반면 스트링거(30)의 플랜지(38)는 압착기(44)의 플랜지 부분(52)과 대면 접촉되어 있지만, 부착되지는 않는다. 압착기(44)로의 스트링거(30)의 진공 접착은 또한 다음에서 더욱 자세하게 설명될 것처럼, 스트링거 압축 시, 플라이 주름 및 뭉침의 더욱 대칭적인 분배를 허용할 수 있다. 더욱이, 압착기(44)는 커프(54)의 위치에서 허용할 수 있는 주름(60a)을 구비한다. 이곳에 사용된 것처럼, "허용할 수 있는 주름 또는 주름 생김"은 하중이 가해질 때, 서비스 중 경화된 스트링거(30)의 성능의 중대한 영향을 갖지 않도록 충분한 길이를 따라 일반적으로 분배된 충분히 작은 크기의 주름을 나타낸다.
다음으로 도 5와 도 6을 참고하면, 압착기(44)는 경화 툴(68) 위의 굴곡진 표면(66) 또는 유사한 굴곡진 맨드렐 표면 위에 경화되지 않은 스트링거(30)를 성형하고 압축하는 데 사용될 수 있다. 도 5에서, 압착기(44)는, 경화 툴(68)의 굴곡진 표면(66)으로 아래로 스트링거(30)를 성형하기 위해, XZ 평면에서 구부러져 있다. 압착기(44)로의 스트링거(30)의 진공 접착은 상기 성형 과정 중 외부 플라이(압착기(44) 근처)와 내부 플라이(경화 툴 표면(66) 근처) 사이에 원하는 평면 플라이 미끄러짐을 촉진하는 데 도움을 줄 수 있다. 굴곡진 표면(66)과 스트링거(30)를 정렬하고, 처음 맞물리며 이후 성형하는 데 사용되는 방법은 이후 "정점" 성형 방법으로서 언급될 것이다.
정점 성형 방법은 굴곡진 툴 표면(66)을 마주하는 스트링거(30)의 길이를 따라 초과된 스트링거 재료(60)의 분배를 야기한다. 이러한 분배된, 초과 스트링거 재료(60)는 압착기(44)에 의해 스트링거(30)에 적용된 압축력 하에 커프(54)로 부분적으로 이동할 수 있게 촉진되고 허용된다. 압축(78)을 받는 초과 스트링거 재료(60)는 커프(54) 내에서 각각, 일련의 분배된, 상대적으로 작은 허용할 수 있는 주름(60a)을 형성한다. 상대적으로 작은 주름(60a)의 크기로 인해, 스트링거(30)의 충분한 길이를 따라 일반적으로 균일하게 분배된다는 사실은, 재료 주름에 의해 야기된, 하중을 받은 경화된 스트링거(30) 내의 응력 집중을, 실질적으로 줄이거나 제거되게 한다. 주름(60a)의 위치와 분포는 부분적으로, 커프(54) 사이의 간격 "D"에 따른다. 커프(54) 사이의 간격 "D"는 일반적으로 주름(60a)의 실질적으로 고른 분포를 생성하기 위해 압착기(44)의 길이를 따라 일반적으로 일정할 수 있다. 그러나, 어떤 실시예에서, 주름이 고르게 분배되지 않도록 주름(60a)의 분배를 조정하는 것이 바람직할 수 있다. 압착기(44)에 제공된 커프(54)의 수가 증가하면서, 유도된 주름의 수는 유도된 주름의 각각의 크기가 줄어들면서 비슷하게 증가한다. 또한, 커프(54)의 수가 증가하면서, 더 단단한 반지름으로 툴 표면 주변을 굽히는 압착기(44)의 성능은 증가한다. 일반적으로, 주름(60a)의 수를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 주름(60a)이 서비스 중 배치될 때 스트링거(30)의 성능에 실질적으로 무시할만한 영향을 끼치는 정도의 크기로 감소하면서 주름(60a)의 크기를 증가시키는 것이 바람직할 수 있다.
도 7-10은 압착기(44)를 사용하여 경화 툴(68)의 굴곡진 표면(66)에 스트링거(30)를 성형하고, 이송하며, 배치하고, 성형 및 압축하는 순차적인 단계를 나타낸다. 프리프레그 적층체는 예컨대, 암수 금형(dies) 사이에서 평평한 적층체(도시되지 않음)를 성형하는 스템프 성형(stamp forming)을 사용하는 것과 같은, 또는 숫 금형(male die, 도시되지 않음) 위에서 평평한 적층체를 성형하는 진공 백을 사용하는 것과 같이, 어떤 다양한 기술을 사용하여 원하는 모자형태의 단면으로 형성될 수 있다.
예를 들어 암 금형(64, female die)에서, 원하는 단면 형상으로 성형된 스트링거(30)에 따라, 압착기(44)는 압착기(44)의 모자형 부분(46)이 스트링거(30)의 웹(36)과 캡(34)에 맞물리도록, 그리고 압착기(44)의 플랜지 부분(38)이 스트링거(30)의 플랜지(38) 위에 놓이고 맞물리도록, 스트링거(30)에 배치된다. 압착기(44)가 형성된 재료와 표면 마무리를 따라서, 압착기(44)와 스트링거(30) 사이에 필 플라이(peel ply)와 같은, 이형제(release agent)를 설치할 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 이에 한정하지 않고, FEP(fluorinated ethylene propylene) 필름의 레이어(layer, 도시되지 않음)는 압착기(44)에 감겨지고, 압착기(44)의 모자형 부분(46)을 덮을 수 있다. 수직 슬릿(slits, 도시되지 않음)은 필름을 통해 그리고 압착기(44)의 커프(54)으로 공기가 흐르도록 압착기(44)의 길이를 따라 FEP 필름에 형성될 수 있다.
스트링거(30)와 압착기(44)는 스트링거(30)가 배치를 위해 제거되고 이송될 준비가 될 때까지 스트링거(30)의 형상을 유지하기 위한 고정구(holding fixture)와 같이, 사용될 수 있는 암 금형(64)에 남아있을 수 있다. 선택적으로, 스트링거(30)는 경화 툴(68)로 이송될 준비가 될 때까지 고정구(도시되지 않음)로 이송될 수 있다. 암 금형(64, 또는 선택적인 고정구)로부터 스트링거(44)를 제거하기 위해, 진공은 스트링거(30)를 압착기(44)에 부착되고 고정되게 하는 흡입력을 생성하기 위해 커프(54, 도 4-6)을 통해 공기를 빼는 압착기 내에서 빼내진다.
스트링거(30)의 길이를 따라 압착기(44)에 부착된 스트링거(30)에 있어서, 스트링거(30)와 압착기(44)는, 경화 툴(68) 위에 성형되는 것을 포함하여, 후속 과정 중 단일 유닛(unit)으로서 행동한다. 후속 과정 중 스트링거(30)의 주름을 제어하기 위해, 스트링거(30)가 압착기(44)에 부착되게 하는 진공은 스트링거(30)가 경화 툴(68) 위해 성형될 때까지 유지된다. 성형 과정 중 스트링거(30)가 압착기(44)에 부착된 것을 확인하기 위해서, 스트링거(30)가 압착기(44)의 구부러짐에 따라 천천히 구부러질 수 있도록 스트링거(30)에 적용된 진공력의 양에 비례하여 성형 비율을 조정하는 것이 필요할 수 있다. 압착기(44)에 스트링거(30)를 접착하는 접착력이 생성된 진공은 스트링거(30)를 따라 주름(60a)을 분산시키기 위해 스트링거(30)에 유도된 국부적인 굽힘력보다 더 강해야 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 압착기(44)에 부착된 스트링거(30)에 있어서, 압착기(44)는 암 다이(64)에서 이격되어 스트링거(30)를 따라 상승되고, 도 8에 도시된 경화 툴(68)과 같은 성형 맨드렐로 스트링거(30)를 이송하는 데 사용된다. 경화 툴(68)은 굴곡진 툴 빈부분 또는 홈(70)을 형성하는 굴곡진 툴 표면(66)을 구비한다. 굴곡진 툴 표면(66)은 적어도 하나의 평면에서 만곡되어 있거나 굴곡져 있으며, 스트링거(30)의 외부 몰드 라인(outer mold line, OML) 표면(도시되지 않음)과 실질적으로 매치된다.
압착기(44)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 툴 빈부분(70)의 길이를 따라, 스트링거(30)를 굴곡진 툴 표면(66) 위에 배치하고 성형하는 데 사용된다. 추후 설명될 것처럼, 압착기(44)는 스트링거(30)가 또한 툴 빈부분(70)의 굴곡진 형상에 성형되도록 툴 빈부분(70)의 굴곡진 표면(66)에 맞게 구부러진다. 공지된 성형의 정점 방법에 따라, 굴곡진 툴 빈부분(70)으로 아래로 성형되면서 스트링거(30)의 어떤 주름은 스트링거(30)의 길이를 따라 일반적으로 균일하게 분배된 상대적으로 작은 규모의 "허용할 수 있는" 주름으로 제한될 것이다.
압착기(44)와 스트링거(30)가 툴 빈부분(70)으로 성형됨에 따라, 진공 백(62, 도 9)은 압착기(44)와 스트링거(30) 위에 설치되고, 굴곡진 툴 표면(66)에 대해 적층체(30)를 압축하도록, 압착기(44)와 함께, 진공 백(62)에서 진공이 빠져나가게 된다. 스트링거(30)의 압축 이후, 도 10에 도시된 바와 같이, 압착기(44)는 스트링거(30)로부터 떨어진다. 일부 적용에 있어서, 경화 이후 경화된 스트링거(30)로부터 압착기(44)의 분리를 용이하게 하기 위해 스트링거(30)와 경화 툴(68)의 설치 이전에 굴곡진 툴 표면(66)에 점착 부여제(tackifier)를 적용하는 것이 바람직할 수 있다. 스트링거(30)는 이후 추가로 처리될 수 있다. 예를 들어, 필러(fillers, 도시되지 않음)는 스트링거(30)에 설치될 수 있고, 하나 이상의 블래더(bladders, 도시되지 않음)가 스트링거(30)에 대해 설치될 수 있으며, 스트링거(30)는 스킨(32, 도 1) 또는 다른 구조물에 부착될 수 있으며, 오토클레이브(도시되지 않음)에서 경화될 수 있다.
다음으로 도 11 및 도 12에는 앞서 설명된 경화 툴(68)과 같은, 맨드렐의 굴곡진 툴 표면(66) 위에 스트링거(30)가 성형될 때, 스트링거(30)에 가해지는 응력이 도시된다. 스트링거(30)는 XY 또는 XZ 평면 중 하나의 곡률(도 11에는 도시되지 않음)을 따라 성형될 수 있다. 스트링거(30)의 형상은 설치에 가장 영향을 미치는 상기 두 개의 평면에 의해 결정될 것이다. 스트링거(30)의 특정 단면 형상에 대해, 스트링거(30)는 중립축(80), 및 중심 또는 기하학적 중심(82)을 갖는다. 도 11에서, 중립축(80)의 위치는 XY 평면에서 스트링거(30)가 성형될 때를 나타내고, 반면, 도 12는 XZ 평면에서 스트링거(30)가 성형될 때의 중립축(80)의 위치를 나타낸다.
도 11을 참고하면, 스트링거(30)가 XY 평면의 곡률을 따라 성형될 때, Z 축(모멘트 유도 축)에 대한 굽힘 모멘트(bending moment) M은 스트링거(30)의 한쪽이 인장(76) 상태에 놓이게 하고, 스트링거(30)의 다른 쪽이 압축(78) 상태에 있게 한다. 도 12에 도시된 중립축(80)은, XY 평면과 XZ 평면이 서로 수직이고, 유사하게, 운동량의 축(Y 축과 Z축)이 서로 수직이기 때문에, 실질적으로 도 11에 도시된 중립축(80)에 수직이다. 스트링거(30)의 중립축(80)은, 스트링거(30)가 XY 평면 또는 XZ 평면 둘 중 하나 또는 둘 모두에서 만곡된 툴 빈공간(70, 도 8)에 성형될 때 발생하는 것처럼, 스트링거(30)가 구부러질 때 스트링거(30)의 어떤 인장 또는 압축이 일어나지 않는 곳에서의 스트링거(30) 단면 내에서 선 또는 평면이다. 도 12를 참고로, 스트링거(30)가 XZ 평면의 곡률을 따라 성형될 때, 굽힘 모멘트 M은, 중립축(80) 위의 구역(81)은 인장상태에 있고, 중립축(80) 아래 구역(83)은 압축 상태에 있도록, 중립축(80, Y축)에 대해 생성된다.
중립축(80) 아래의 스트링거(30) 구역(83)은 스트링거(30)가 XY 평면 또는 XZ 평면 중 하나에 성형될 때 압축(78)을 받기 때문에 가장 주름이 잘 질 수 있는 구역이다. 반면, 성형 중 인장(76)을 받는 구역(81)은 상대적으로 작은 변형(strain)을 겪으므로, 보통 주름이 지지 않는다. 중립축(80) 아래의 압축(78)은, 같은 양의 스트링거 재료가 중립축(80) 아래의 구역(83) 내에 더 작은 반경에 맞춰지고 있기 때문에, 스트링거(30)가 성형 과정 중 곡률 반경이 점차 작아지도록 구부러지면서, 스트링거(30)에 주름(60a, 도 6)이 형성되게 한다. 사실상, 플렉서블 압착기(44)는 중립축(80)을 아래쪽으로 이동(85, 도 12)하도록 작용하며, 스트링거(30) 내의 중립축(80) 아래 구역(83)의 압축량은 줄어들고, 감소된 압축력으로 인해 상기 구역에 주름이 덜 생기게 한다.
전술한 바와 같이, 정점 성형은 성형 과정 중 스트링거(30)의 주름을 제어하기 위해, 스트링거(30)를 굴곡진 툴 빈공간(70, 도 8)에 그리고 빈공간을 따라 성형하는 데 사용된다. 도 13은 정점 성형 방법을 일반적으로 도식화하여 나타낸다. 경화 툴(68)은, 스트링거가 굴곡진 툴 표면(66)의 곡률과 일치될 때까지, 실질적으로 직선인 스트링거(30)가 점진적으로 더 작은 곡률 반경으로 구부러짐으로써 성형되도록 굴곡진 툴 표면(66)을 구비한다. 직선 스트링거(30)는 프리프레그와 같은 경화되지 않은 복합재료의 실질적으로 평평한 플라이의 적층체로 구성된다. 굴곡진 툴 표면(66)의 곡률은 툴 표면(66)의 최대 곡률 지점에 상응하는 정점(84)을 갖는다. 압착기(44, 도 8에 도시된)에 부착된 스트링거(30)에 있어서, 압착기(44)는 경화 툴(68)에 대해 스트링거(30)를 정렬하고 표시하는 데 사용된다. 압착기(44)는 이때 스트링거(30)를 정점(84)에서 툴 표면(68)에 처음 접촉시킨다. 정점(84)에서 처음 접촉한 이후, 스트링거(30)는 굴곡진 툴 표면(66)으로 아래로 성형되고 툴 빈공간(70, 도 8)으로 성형된다. 다음에 설명될 것처럼, 정점(84)에서 압축 후, 스트링거(30)를 굴곡진 툴 표면으로 아래로 성형시키는 데 사용된 특정 기술은 스트링거(30)가 XY 평면 또는 XZ 평면에 성형되는지 여부에 따르게 될 것이다. 툴 표면(66)이 복합 굴곡을 갖는 곳의 적용에서는, XY 평면 및 XZ 평면 둘 모두에 스트링거(30)가 성형될 필요가 있으며, 압착기(44)는 XY 평면 및 XZ 평면 둘 모두에서 동시에 굽혀질 수 있다. 압착기(44)는 또한 성형 과정 중, XY 평면과 XZ 평면 중 하나에서 굴곡에 독립적으로 또는 추가로, 스트링거(30)에 뒤틀린 비틀림(torsional twist)을 형성할 수 있다.
도 14 및 15는 예컨대, 래시 성형 기술을 사용하여, XZ 평면에서 굴곡진, 굴곡진 경화 툴(68)과 같이, 굴곡진 맨드렐 표면(66) 위의 스트링거(30)의 정점 성형을 나타낸다. 스트링거(30)의 순차적인 위치와 구부러진 형상은 도 14에서의 문자 "A-D"에 의해 각각 지칭되며, 스트링거(30)의 각각의 라미네이트 플라이(90, laminate plies)는 도 15에 도시된다. 상기 래시 성형 중, 아직 툴 표면(66)에 접촉하지 않은 외부 부분(74)은 정점(84)에 처음 접촉했을 때, 스트링거(30)의 초기 배치 상태(문자 "A"로 지정된)와 실질적으로 평행하게 고정된다. 이런 방식으로 스트링거(30)의 래시 성형은 스트링거(30)를 "S" 굴곡(87, 도 15)으로 유도한다. "S" 굴곡(87)의 형상은 인장 및 압축력(76, 80)이 각각 작용하는 스트링거(30) 내의 위치로 이동한다. 스트링거(30)의 플라이(90)에 "S" 굴곡(87)을 유도하는 것은 주름이 발생될 것으로 예상되는 굴곡진 툴 표면(66) 인근 구역에 국부적인 압축력을 줄임으로써 플라이의 주름을 펴는 데 도움을 준다.
도 16 및 17은, 드레이프 성형 기술을 실행하기 위해 압착기(44)를 사용하여, XY 평면에 굴곡진 스트링거(30)의 정점 성형을 나타낸다. 압착기는, 처음에 스트링거(30)를 굴곡진 툴 표면(66)의 정점(84)에 상응하는 "A" 제1 접촉 지점으로 이동시키도록 정렬되고 표시된다. 그때, 스트링거(30)는, 정점(84)에 대해 스트링거(30)를 구부림으로써, 굴곡진 툴 빈부분(70, 도 8)으로, 경화 툴(68) 위에 고르게 걸쳐진다. 도 16의 문자 "B", "C", "D" 및 "E"는, 굽힘 과정을 진행할 때, 각각 스트링거(30)와 툴 표면(66) 사이의 동시 접촉 지점을 나타낸다. 스트링거(30)의 상응하는 구부러진 위치는 도 17에서 문자 "B'", "C'", "D'", "E'"로 지정된 것과 동일하다. 굽힘 과정 중, 정점(84)에 대해 실질적으로 균등하게 구부러지게 하는 스트링거(30)의 자세를 유지하기 위해, 스트링거(30)의 말단과 툴 표면(66) 사이의 거리(92, 94, 도 16)의 관계는 실질적으로 일정하게 유지된다. 앞서 명시한 바와 같이, 상기 성형 과정 중, 압착기(44)에 대한 스트링거(30)의 진공 접착은 스트링거(30)의 평평한 플라이 사이의 원하는 미끄러짐을 촉진하는 데 도움을 줄 수 있다.
다음으로, 도 18에는 상기 설명된 정점 성형 방법과 압착기(44)를 사용하여, 굴곡진 복합재 스트링거(30)를 제작하는 방법의 단계가 개략적으로 나타난다. 시작 단계(96)로서, 스트링거 장입물이 적층되고 필요에 따라 재단된다. 스트링거 적층체는 이때 정점(98)에서 원하는 스트링거 단면 형상으로 성형된다. 단계(100)에서, 선택적으로, FEP와 같은 적합한 천공된 이형 필름이 플렉서블 압착기(44)의 압축 표면 위에 배치되고 접착될 수 있다. 천공은 필름을 통해 진공 기류가 통하게 하고, 예를 들어 이에 한정하지 않고, 필름에 일련의 틈(slits)을 생성함으로서 형성될 수 있다. 단계(102)에서, 압착기(44)는 성형된 스트링거(30)의 빈부분으로 설치된다.
단계(104)에서, 진공은, 압착기(44)가 스트링거(30)를 효과적으로 잡고 있게 하며, 스트링거(30)를 압착기(44)에 부착하는 압착기(44) 내에 생성된다. 단계(106)에서, 압착기(44)는, 경화 툴(68)을 구비할 수 있는, 굴곡진 성형 맨드렐로 스트링거(30)를 제거하고 이송시키는 데 사용될 수 있다. 스트링거(30)는 제거되고 이송되며, 진공은 압착기(44)와 스트링거(30) 사이의 접착을 유지하기 위해 압착기(44) 내에 남아있는다. 단계(108)에서, 굴곡진 맨드렐 또는 경화 툴(68)의 정점(84)이 배치되고, 다음 성형 과정에서 도움을 주는 참조 시작 지점으로서 표시될 수 있다. 단계(110)에서, 압착기(44)는, 굴곡진 툴 표면(66)의 정점(84)에서, 굴곡진 맨드렐 표면 또는 경화 툴(68)과 정렬되고 처음 접착하는 데 사용된다.
단계(112)에서, 압착기(44)는 앞서 설명된 드레이프 성형 또는 래시 성형 중 하나를 사용하여, 스트링거(30)를 맨드렐 또는 경화 툴 표면(66)으로 아래로, 실질적으로 균일하게, 정점으로부터 바깥쪽으로, 구부리는 데 사용된다. 굽힘 과정 중, 압착기(44)는, 스트링거 굴곡의 길이를 따라 실질적으로 균일한 분배로 스트링거 재료를 주름지게 하면서, 스트링거(30)과 함께 맨드렐 또는 툴(68)의 굴곡에 맞게 구부러진다. 단계(114)에서, 성형된 스트링거(30)는, 진공 백에 쌓이고 그때 압착기(44) 내의 진공이 유지되면서, 압착기(44)를 사용하여 실온에서 압축될 수 있다. 단계(116)에서, 스트링거(30)는 진공백에서 벗겨지고, 압착기(44) 내의 진공이 해제되며, 경화 툴(68)에서 스트링거(30)와 압착기(44)가 제거될 수 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 잠재적인 분야에서의 용도를 발견할 수 있으며, 특히, 예를 들어, 스트링거와 같은, 굴곡진 기다란 복합재 부재가 사용될 수 있는, 항공기, 선박, 자동차 분야 및 다른 분야를 포함하는, 운송 산업에서 사용될 수 있다. 따라서, 다음으로 도 19 및 20을 참고하여, 본 발명의 실시예는 도 19에 도시된 것과 같은 항공기 제작 및 서비스 방법(118)과 도 20에 도시된 바와 같은 항공기(120)의 맥락에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예의 항공기 분야는, 예를 들어, 이에 한정하기 않고, 항공기(120)의 기체(136)에 사용된 스트링거와 같은 기다란 보강 부재를 포함할 수 있다. 사전 제작 중, 대표적인 방법(118)은 항공기(120)의 사양 및 설계(122)와 자재 조달(124)을 포함할 수 있다. 제작 중, 항공기(120)의 구성요소 및 서브어셈블리 재작(126)과 시스템 통합(128)이 실행된다. 이후, 항공기(120)는 서비스 중(132)으로 배치되기 위해 인증 및 인도(130)로 이어질 수 있다. 서비스 중 소비자에 의해, 항공기(120)는 규칙적인 유지보수 및 점검(134)이 계획되며, 이는 또한 수정, 재구성, 재정비 등과 같은 것들이 포함될 수 있다.
방법(118)의 각각의 과정은 시스템 인테그레이터(system integrator), 제3자, 및/또는 운영자(예, 고객) 등에 의해 실행되거나 실행될 수 있다. 이러한 설명의 목적을 위해, 시스템 인테그레이터에는 많은 항공기 제조사와 주요 시스템 하청업체가, 제한 없이, 포함될 수 있으며; 제3자에는 많은 판매업체와 하청업체 및 공급자가, 제한 없이, 포함될 수 있고; 그리고 운영자에는 항공사, 임대차 회사, 군사 기업, 서비스 기관 등이 포함될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 대표적인 방법(118)에 의해 생산된 항공기(120)는 다수의 시스템(138)을 구비한 기체(136)와 내부(140)를 구비할 수 있다. 높은 수준의 시스템(138)의 예시는 하나 이상의 추진 시스템(142), 전기 시스템(144), 유압 시스템(146) 및 환경 시스템(148)이 포함된다. 어떤 다수의 다른 시스템이 또한 포함될 수 있다. 비록 항공우주 산업의 예시로 표현되었지만, 본 발명의 원리는 자동차 산업과 같은 다른 사업에 적용될 수 있다.
이곳에 예시된 시스템과 방법은 생산 및 서비스 방법(118)의 하나 이상의 단계 중 채용될 수 있다. 예를 들어, 생산 단계(126)에 상응하는 구성요소 또는 서브어셈블리는 항공기(120)가 서비스 중에 있는 동안 생산된 구성요소 또는 서브어셈블리와 유사한 방식으로 생산 또는 제작될 수 있다. 또한, 하나 이상의 장치 실시예, 방법 실시예, 또는, 이들의 조합은 예컨대, 실질적으로 항공기(120)의 신속한 조립 도는 항공기의 비용 절감과 같은 것을 통해, 제작 단계(126, 128) 중 활용될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 장치 실시예, 방법 실시예, 또는 이들의 조합은 예컨대, 이에 한정하지 않고, 항공기(120)가 유지보수 및 점검(134)과 같은 서비스 중에 있는 동안, 활용될 수 있다.
이곳에 사용된 것처럼, 아이템의 리스트에 사용될 때, "~중 적어도 하나"라는 어구는 사용된 아이템 리스트 중에서 하나 이상의 의미와, 필요한 리스트에서 각각의 아이테 중 단지 하나를 뜻하는 의미의 다양한 조합의 의미를 가진다. 예를 들어, "아이템 A, 아이템 B, 아이템 C 중 적어도 하나"는 이에 한정하지 않고, 아이템 A, 아이템 A 및 아이템 B, 또는 아이템 B를 포함할 수 있다. 상기 예시는 또한 아이템 A, 아이템 B, 그리고 아이템 C 또는 아이템 B 및 아이템 C를 포함할 수 있다. 아이템은 특정 물체, 사물, 또는 범주가 될 수 있다. 다시 말해서, "~중 적어도 하나"는 어떤 조합 아이템을 의미하며, 다수의 아이템은 리스트에서 사용될 수 있지만 필요한 리스트에서의 아이템의 전부는 아니라는 것을 의미한다.
이와 같이, 요컨대, 본 발명의 첫 번째 실시예에 따라, 다음과 같은 단락들이 제공된다:
A1. 경화되지 않은 복합재 부재를 압착기에 부착하는 단계;
경화되지 않은 복합재 부재를 맨드렐 표면의 굴곡과 정렬시키기 위해 압착기를 사용하는 단계;
경화되지 않은 복합재 부재를 굴곡의 정점에서 맨드렐 표면과 처음 접촉시키기 위해 압착기를 사용하는 단계;
맨드렐 표면의 굴곡 위에서 경화되지 않은 복합재 부재를 정점으로부터 바깥쪽으로 성형하는 단계; 및
경화되지 않은 복합재 부재를 맨드렐 표면에 대해 압착시키기 위해 압착기를 사용하는 단계로 구성된, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A2. 단락 A1에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재의 재료를 압착기의 커프(kerf)로 압축되게 함으로써 성형 중 경화되지 않은 복합재 부재에 형성된 어떤 주름을 분배하는 단계를 추가로 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A3. 단락 A1에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재는 중립축을 구비하며,
상기 경화되지 않은 복합재 부재의 중립축의 위치를 이동시키는 것을 통해, 성형 시, 경화되지 않은 복합재 부재의 주름을 줄이기 위해 압착기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A4. 단락 A1에 있어서, 상기 성형하는 단계는 상기 경화되지 않은 복합재 부재에 뒤틀림을 형성하기 위해 압착기를 사용하는 단계를 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A5. 단락 A1에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는, 맨드렐 표면에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 드레이프 성형(drape forming)을 통해 실행되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A6. 단락 A5에 있어서,, 상기 드레이프 성형은, 경화되지 않은 복합재 부재가 맨드렐 표면 위에 성형될 때, 경화되지 않은 복합재 부재의 말단과 맨드렐 표면 사이에 실질적으로 일정한 관계를 유지하는 것을 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A7. 단락 A1에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 래시 성형(lash forming)에 의해 실행되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A8. 단락 A7에 있어서, 상기 래시 성형은 경화되지 않은 복합재 부재에 S자형 곡부를 도입함으로써 맨드렐 표면에 인접한 경화되지 않은 복합재 부재의 국부적인 압축력을 감소하는 것을 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A9. 단락 A1에 있어서, 상기 굴곡 위에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 경화되지 않은 복합재 부재가 정점에서 맨드렐 표면에 처음 접촉한 이후 실행되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A10. 단락 A1에 있어서, 상기 성형 단계는 맨드렐 표면 위의 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하되, 경화되지 않은 복합재 부재를 따라 상기 정점으로부터 점진적으로 바깥쪽으로 성형하는 것을 통해 실행되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A11. 단락 A10에 있어서,
상기 경화되지 않은 복합재 부재는 상기 정점에서 맨드렐 표면과 처음 접촉할 때 미리 결정된 배치 자세를 취하며,
상기 경화되지 않은 복합재 부재의 바깥쪽 부분의 배치 자세는, 경화되지 않은 복합재 부재가 맨드렐 표면의 굴곡 위에 성형될 때, 미리 결정된 배치 자세와 실질적으로 평행하게 유지되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A12. 단락 A10에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 경화되지 않은 복합재 부재를 더 작은 곡률 반경으로 점진적으로 구부리는 단계를 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
A13. 단락 A1의 방법에 의해 압착된 복합재 부재.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 다음의 단락들이 제공된다:
B1. 복합재 스트링거를 맨드렐 표면의 굴곡의 정점과 정렬시키는 단계와;
복합재 스트링거를 맨드랠 표면과 상기 정점에서 접촉시키는 단계; 및
상기 정점으로부터 아래로 맨드렐 표면 위에 복합재 스트링거를 성형하는 단계를 포함하는, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거 성형 중 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 방법.
B2. 단락 B1에 있어서, 상기 정점으로부터 복합재 스트링거를 성형하는 단계는 맨드렐 표면에 대해 아래로 그리고 정점으로부터 점진적으로 바깥쪽으로 복합재 스트링거를 구부리는 단계를 포함하는, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거 성형 중 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 방법.
B3. 단락 B1에 있어서, 상기 정점으로부터 상기 복합재 스트링거를 성형하는 단계는 복합재 스트링거의 단부와 맨드렐 표면 사이의 실질적으로 일정한 관계를 유지하는 단계를 포함하는, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거 성형 중 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 방법.
B4. 단락 B1에 있어서, 상기 복합재 스트링거를 성형하는 단계는 드레이프 성형 및 래시 성형 중 하나에 의해 실행되는, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거 성형 중 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 방법.
B5. 단락 B1에 있어서,
상기 복합재 스트링거 내에 플렉서블 압착기를 설치하는 단계와;
상기 압착기에 복합재 스트링거를 접착하는 단계; 및
상기 복합재 스트링거를 정점에서 맨드렐 표면에 접촉시키고, 정점으로부터 아래로 맨드렐 표면 위에 복합재 스트링거를 성형시키기 위해 압착기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거 성형 중 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 방법.
B6. 단락 B5에 있어서, 상기 복합재 스트링거를 압착기에 부착하는 단계는 흡입력을 사용하여 실행되는, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거 성형 중 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 방법.
B7. 단락 B1에 있어서,
상기 복합재 스트링거를 정점으로부터 아래로 맨드렐 표면 위에 성형하는 단계는 압착기를 사용하여 실행되고,
상기 복합재 스트링거의 주름은 복합재 스트링거의 재료를 압착기로 압축되게 함으로써 제어되는, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거 성형 중 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 방법.
B8. 단락 B1에 있어서,
상기 복합재 스트링거를 정점으로부터 아래로 맨드렐 표면 위에 성형하는 단계는 압착기를 사용하여 실행되고,
상기 압착기는 상기 복합재 스트링거의 주름을 실질적으로 균일하게 분배되도록 촉진시키기 위해 사용되는, 맨드렐 표면의 굴곡 위의 복합재 스트링거 성형 중 경화되지 않은 복합재 스트링거의 주름을 제어하는 방법.
B9. 단락 B1의 방법에 의해 생산된 제어된 주름을 갖는 복합재 스트링거.
본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 다음의 단락들이 제공된다:
C1. 경화되지 않은 복합재 부재를 압착기에 부착하는 단계;
굴곡진 홈을 따라 굴곡의 정점에서 경화되지 않는 복합재 부재를 경화 툴과 처음 접촉시키기 위해 압착기를 사용하는 단계;
굴곡진 홈으로 아래로 그리고 홈을 따라서, 경화되지 않은 복합재 부재를 정점으로부터 바깥으로 점진적으로 성형하기 위해 압착기를 사용하는 단계; 및
굴곡진 홈으로 아래로 그리고 홈을 따라서, 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 중에 경화되지 않은 복합재 부재에 형성된 주름을 분배하기 위해 압착기를 사용하는 단계로 구성된, 경화되지 않은 복합재 부재를 경화 툴의 굴곡진 홈으로 성형하는 방법.
C2. 단락 C1에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하기 위해 압착기를 사용하는 단계는 드레이프 성형 및 래시 성형 중 하나에 의해 실행되는, 경화되지 않은 복합재 부재를 경화 툴의 굴곡진 홈으로 성형하는 방법.
다양한 실시예에 대한 설명은 예시와 설명의 목적으로 명시되었으며, 공지된 형태의 실시예로 완전해지거나 한정하려는 의도는 아니다. 많은 수정과 변경은 당업자들에게 당연한 것일 수 있다. 또한, 다양한 실시예가 다른 실시예와 비교하여 다른 장점을 제공될 수 있다. 실시예 또는 선정된 실시예는 실시예의 원리와, 실제 적용을 가장 잘 설명하기 위해, 그리고 당업자들이 고려된 특정 용도에 적합한 것으로 다양하게 변형된 다양한 실시예에 대해 본 발명을 이해하기 위해, 선정되고 설명될 수 있다.

Claims (24)

  1. 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법으로서,
    경화되지 않은 복합재 부재를 압착기에 부착하는 단계;
    경화되지 않은 복합재 부재를 맨드렐 표면의 굴곡과 정렬시키기 위해 압착기를 사용하는 단계;
    경화되지 않은 복합재 부재를 굴곡의 정점에서 맨드렐 표면과 처음 접촉시키기 위해 압착기를 사용하는 단계;
    맨드렐 표면의 굴곡 위에서 경화되지 않은 복합재 부재를 정점으로부터 바깥쪽으로 성형하는 단계; 및
    경화되지 않은 복합재 부재를 맨드렐 표면에 대해 압착시키기 위해 압착기를 사용하는 단계를 포함하고, 그리고
    상기 경화되지 않은 복합재 부재는 중립축을 가지며,
    상기 방법은, 성형 중 경화되지 않은 복합재 부재의 주름을 줄이기 위해, 상기 경화되지 않은 복합재 부재의 중립축의 위치를 경화되지 않은 복합재 부재가 압착기에 부착된 때에 성형 중 압축 상태에 있는 구역을 향해 이동시키도록 구성된 압착기를 사용하는 단계를 추가로 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재의 재료를 압착기의 커프(kerf)로 압축되게 함으로써 성형 중 경화되지 않은 복합재 부재에 형성된 어떤 주름을 분배하는 단계를 추가로 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 상기 경화되지 않은 복합재 부재에 뒤틀림을 형성하기 위해 압착기를 사용하는 단계를 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는, 맨드렐 표면에 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 드레이프 성형(drape forming)을 통해 실행되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 드레이프 성형은, 경화되지 않은 복합재 부재가 맨드렐 표면 위에 성형될 때, 경화되지 않은 복합재 부재의 말단과 맨드렐 표면 사이의 거리의 관계를 일정하게 유지하는 것을 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 래시 성형(lash forming)을 통해 실행되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 래시 성형은 경화되지 않은 복합재 부재에 S자형 곡부를 도입함으로써 맨드렐 표면에 인접한 경화되지 않은 복합재 부재에서의 국부적인 압축력을 감소하는 것을 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 굴곡 위에서 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 경화되지 않은 복합재 부재가 정점에서 맨드렐 표면에 처음 접촉한 이후 실행되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 성형하는 단계는 맨드렐 표면 위로 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하되, 경화되지 않은 복합재 부재를 따라 상기 정점으로부터 점진적으로 바깥쪽으로 성형하는 것을 통해 실행되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 경화되지 않은 복합재 부재는 상기 정점에서 맨드렐 표면과 처음 접촉할 때 미리 결정된 배치 자세를 취하며,
    상기 경화되지 않은 복합재 부재의 바깥쪽 부분의 배치 자세는, 경화되지 않은 복합재 부재가 맨드렐 표면의 굴곡 위에 성형될 때, 미리 결정된 배치 자세와 평행하게 유지되는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 경화되지 않은 복합재 부재를 성형하는 단계는 경화되지 않은 복합재 부재를 점진적으로 더 작은 곡률 반경으로 구부리는 단계를 포함하는, 굴곡을 가진 맨드렐 표면에 대해 경화되지 않은 복합재 부재를 압착하는 방법.
  13. 제1항의 방법에 의해 압착된 복합재 부재.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
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