KR102013121B1 - 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법을 개시한다. 개시된 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법은, 서로 다른 크기로 형성되는 판 형태의 프리프레그 복합패드를 적어도 2개 이상 복수개 적층하여 제1하프익형 적층체를 형성하고, 프리프레그 복합재를 적어도 2개 이상 복수개 적층하여 제2하프익형 적층체를 형성하는 프리프레그 적층공정과, 제1하프익형 적층체와 제2하프익형 적층체를 접합하여 블레이드 적층체를 성형하는 적층체 접합공정과, 블레이드 적층체를 이형필름으로 커버하여 열간 금형에 삽입하고, 열과 압력을 가하여 블레이드 적층체를 접합하는 열간 성형공정과, 열간 성형공정을 통해 성형되는 복합 익형 블레이드를 열간 금형에서 탈형하고, 복합 익형 블레이드를 가공하여 중공부와 결합홈부를 형성하는 블레이드 가공공정으로 진행되는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 탄소 복합소재인 프리프레그를 적층하여 열성형을 통해 일체로 접합하여 중량을 줄이고, 내구성을 향상시킬 수 있다.

Description

공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING AIRFOIL BLADE OF IMPELLER FOR AIR-CUSHION VEHICLE}

본 발명은 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소 복합소재인 프리프레그를 적층하여 열성형을 통해 일체로 접합하여 중량을 줄이고, 내구성을 향상시킬 수 있도록 하는 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 공기부양정은 선체에서 공기를 아래쪽으로 분사하여 선체가 물에 닿지 않고 뜬 상태에서 운행하는 선박으로, 물의 밀도에 의한 저항이 적고 추진기가 없어서 일반 선박이 운행할 수 없는 지형과 수초나 해초가 있는 늪이나 해안, 눈과 진흙, 모래 같은 곳에서도 운행할 수 있다.

이러한 공기부양정은 크게 2가지로 구분되는데, 전진 속도와 관계없이 자체적으로 압력차를 만드는 공기정역학적 선박(ACV)과, 진행 속도로 압력차를 얻는 데 전진속도가 필요한 공기동역학적 지면효과식기계(GEM)로 구별된다.

최근에는 공기부양정에 대한 수요가 급격하게 늘어나고 있으며, 이로 인한 기술개발이 가속화되고 있다. 특히 군용, 유람선, 레저보트 등으로 수요 및 보급이 확대되고 있는 추세이다.

통상의 공기부양정은 크게 추진용 프로펠러와 공기 압축용 임펠러(Lift Pan), 스커트(Skirt) 등으로 구성된다. 추진용 프로펠러와 공기 압축용 임펠러가 회전하면 대량의 공기가 배 아래쪽으로 들어가 수면 사이에 공기층(Air Cushion)이 생겨 선체를 띄우는 방식이다. 선체 아래에는 고무와 같이 신축성 있는 재질로 만들어진 스커트가 있어 공기층을 유지하기 위한 차단막 역할을 한다.

그리고 공기 압축용 임펠러는 디스크와, 이 디스크의 양측에 위치하는 슈라우드와, 디스크와 슈라우드 사이에 결합되는 익형 블레이드로 이루어진다.

그러나, 상기와 같은 종래기술의 공기 부양선용 임펠러는, 공기의 이송을 위한 익형 블레이드가 금속에 의해 제작되므로, 그 무게가 무거워 연료비 등과 같은 운용비용이 증가할 뿐만 아니라, 물에 의한 부식이 발생하여 내구성이 저하됨은 물론 유지보수 비용이 증가하는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

한편, 국내 등록특허 제10-1492373호(등록일:2015.02.04)에는 "공기 부양정"이 개시되어 있고, 국내 공개특허 제10-2018-0042473호(공개일:2018.04.26)에는 "공기부양정 기능을 겸비한 에어제트 추진방식의 선박 및 그 구성방법"이 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 필요성에 의해 창출된 것으로서, 탄소 복합소재인 프리프레그를 적층하여 열성형을 통해 일체로 접합하여 익형 블레이드를 제작하므로, 중량을 현저하게 줄이고, 물에 의한 부식을 방지하여 내구성을 향상시킬 수 있는 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법은, 서로 다른 크기로 형성되는 판 형태의 프리프레그 복합패드를 적어도 2개 이상 복수개 적층하여 제1하프익형 적층체를 형성하고, 상기 프리프레그 복합재를 적어도 2개 이상 복수개 적층하여 제2하프익형 적층체를 형성하는 프리프레그 적층공정과, 상기 제1하프익형 적층체와 상기 제2하프익형 적층체를 접합하여 블레이드 적층체를 성형하는 적층체 접합공정과, 상기 블레이드 적층체를 이형필름으로 커버하여 열간 금형에 삽입하고, 열과 압력을 가하여 상기 블레이드 적층체를 접합하는 열간 성형공정과, 상기 열간 성형공정을 통해 성형되는 복합 익형 블레이드를 상기 열간 금형에서 탈형하고, 상기 복합 익형 블레이드를 가공하여 중공부와 결합홈부를 형성하는 블레이드 가공공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 적층체 접합공정은, 예비금형의 상형 및 하형에 상기 제1하프익형 적층체와 상기 제2하프익형 적층체를 각각 삽입한 후, 상기 상형과 하형을 결합하고 가압하여 상기 제1하프익형 적층체와 상기 제2하프익형 적층체를 접합하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 프레프레그 적층공정은, 상기 프리프레그 복합패드의 두께가 1.5mm 내지 2.5mm인 것을 사용하고, 상기 프리프레그 복합패드의 단차부에 경사면을 가지는 보조 마감부재를 더 적층하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 상기 열간 성형공정은, 상기 열간 금형의 조건을 145도 ~ 155도씨의 온도와 70 ~ 100 kg/㎠의 압력을 유지시키면서 열간 성형하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법은 임펠러에 사용되는 익형 블레이드를 탄소 복합소재인 프리프레그를 적층하고, 이를 프레스를 이용하여 열간 성형하여 일체로 접합하므로, 알루미늄인 금속 소재와 비교하여 중량을 현저하게 줄일 수 있고, 내구성을 향상시킬 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법에 의해 형성되는 익형 블레이드를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리프레그 적층공정을 설명하기 위한 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리프레그 적층공정을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드 적층체를 설명하기 위한 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열간 성형공정을 통해 형성된 복합 익형 블레이드를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법에 의해 형성되는 익형 블레이드를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리프레그 적층공정을 설명하기 위한 공정도이다.

또한, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 프리프레그 적층공정을 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드 적층체를 설명하기 위한 측면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 열간 성형공정을 통해 형성된 복합 익형 블레이드를 도시한 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법에 의해 제작되는 익형 블레이드(10)는 탄소 복합소재에 의해 유선형으로 성형되며, 무게의 감소를 위한 중공부(11)가 형성되고, 볼트를 통해 임펠러의 프레임이 결합이 가능하도록 결합홈부(13)가 형성된다. 이때 결합홈부(13)에는 볼트의 체결을 위한 너트가 인서트될 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 탄소 복합소재에 의해 제작되는 익형 블레이드(10)는 공기 부양선용 프로펠러에 사용되며, 금속소재인 알루미늄과 비교하여 중량을 현저하게 줄일 수 있고, 물에 의해 내부식성이 향상된다.

이와 같은 익형 블레이드(10)를 제조하기 위한 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법을 도 2 내지 도 6을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 실시 예에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법은 프리프레그 복합패드(1)를 적층하는 프리프레그 적층공정(S10)과, 프리프레그 적층체(3, 5)를 예비금형을 이용하여 가압하여 접합하는 적층체 접합공정(S20)과, 예비접합된 프리프레그 적층체(3, 5)를 열과 압력을 가하여 복합 익형 블레이드(9)를 성형하는 열간 성형공정(S30)과, 복합 익형 블레이드(9)를 MCT 또는 CNC 등과 같은 가공머신을 이용하여 가공하는 블레이드 가공공정(S40)을 포함한다.

프리프레그 적층공정(S10)은 판 형태의 프리프레그 복합패드(1)를 적어도 2개 이상 복수개 적층하여 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5)를 각각 형성한다.

이때, 프리프레그 복합패드(1)는 특정 크기로 절단된 카본 또는 유리섬유 시트에 강화섬유 에폭시수지 또는 실리콘 수지가 함침되어 그 두께(T)가 1.5mm 내지 2.5mm로 형성된다. 또한 프리프레그 복합패드(1)는 일단의 길이가 타단의 길이보다 길게 형성되며, 프리프레그 복합패드(1)의 일단부가 리딩 에지(Leading Edge)를 형성하고 타단부가 트레일링 에지(Trailing Edge)를 형성한다.

구체적으로, 프리프레그 적층공정(S10)은 프리프레그 복합패드(1)를 3K 평직(PLAIN) 탄소 섬유시트와 일방향 탄소섬유 시트(UD)를 접합하여 형성하게 된다. 그리고 3K 평직(PLAIN) 탄소 섬유시트의 두께보다 일방향 탄소섬유 시트(UD)의 두께를 더 두껍게 하여 접합한다.

본 실시 예에 따른 프리프레그 적층공정(S10)은 3K 평직 탄소 섬유시트와 일방향 탄소섬유 시트(UD)를 적층하고, 프레스에서 진공압축 열간 성형하여 일체로 접합한다.

또한, 프리프레그 적층공정(S10)은 서로 다른 크기를 가지는 프리프레그 복합패드(1) 10장을 적층하여 제1하프익형 적층체(3)를 형성하고, 서로 다른 크기를 가지는 프리프레그 복합패드(1) 7장을 적층하여 제2하프익형 적층체(5)를 형성한다.

본 실시 예에서는 제1하프익형 적층체(3)를 10장의 프리프레그 복합패드(1)를 적층하여 형성하고, 제2하프익형 적층체(5)를 7장의 프리프레그 복합패드(1)를 적층하여 형성하는 것을 예를 들어 설명하고 있지만, 제작을 위한 복합 익형 블레이드(9)의 크기에 따라 적층하는 프리프레그 복합패드(1)의 수량을 조절할 수 있다.

더하여, 프리프레그 적층공정(S10)은 프리프레그 복합패드(1)의 두께에 의해 형성되는 제1하프익형 적층체(3) 및 제2하프익형 적층체(5)의 단차부에 보조 마감부재(1a)를 더 적층하여 단차부에 의한 불량을 방지할 수 있게 된다.

프리프레그 적층공정(S10)에서 사용되는 보조 마감부재(1a)는 단차부에 의한 성형 불량을 방지할 수 있도록 일면에 경사면(1b)이 형성되며, 경사면(1b)이 외측을 향하도록 제1하프익형 적층체(3) 및 제2하프익형 적층체(5)의 단착부에 적층된다.

본 실시 예에 따른 보조 마감부재(1a)는 실리콘에 의해 형성될 수 있다.

적층체 접합공정(S20)은 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5)를 상호 결합하여 블레이드 적층체(7)를 형성한다. 적층체 접합공정(S20)을 통해 블레이드 적층체(7)를 형성하는 것은 블레이드 적층체(7)의 적층된 상태를 안정되게 유지시켜 운반이나 취급시 프리프레그 복합패드(1) 및 보조 마감부재(1a)가 분리되거나 그 위치가 이동하는 것을 방지하기 위함이다.

예를 들어 본 실시 예에 따른 적층체 접합공정(S20)은 예비금형을 이용하여 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5)를 가압하여 접합하게 된다. 구체적으로 적층체 접합공정(S20)은 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5) 중 어느 하나를 예비금형의 상형 및 하형 중 어느 하나의 금형에 삽입하고, 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5) 중 다른 하나를 상형 및 하형 중 다른 하나의 금형에 삽입한다.

그리고 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5)이 각각 삽입되는 상형과 하형을 결합하고 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5)를 가압하여 긴밀하게 접합한다. 이때, 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5)은 프리프레그 복합패드(1)에 에폭시수지가 함침되어 있어 탄소섬유와 접합력에 의해 긴밀하게 접합되어 블레이드 적층체(7)의 형태를 안정되게 유지할 수 있게 된다.

열간 성형공정(S30)은 적층체 접합공정(S20)을 통해 접합된 블레이드 적층체(7)를 이형필름으로 커버하고 열간 금형에 삽입하여 열과 압력을 가하여 블레이드 적층체(7)를 열압착한다. 이를 통해 복합 익형 블레이드(9)를 형성하게 된다.

본 실시 예에 따른 열간 성형공정(S30)은 열간 금형의 온도를 145도 ~ 155도씨로 유지시키면서 70 ~ 100kg/㎠의 압력으로 블레이드 적층체를 가압하여 열간 성형하게 된다. 그리고 열간 성형 시간은 30분 내지 1시간 동안 진행한다.

그리고 열간 성형공정(S30)이 완료되면 열간 금형을 냉각한 후, 복합 익형 블레이드(9)를 탈형한다.

블레이드 가공공정(S40)은 열간 금형에서 탈형한 복합 익형 블레이드(9)의 무게를 더 줄이고, 다른 부품과의 결합을 위하여 중공부(11)와 결합홈부(13)를 각각 형성한다. 그리고 블레이드 가공공정(S40)에서는 결합홈부(13)에 금속에 의해 형성되는 너트를 인서트할 수 있다.

또한, 블레이드 가공공정(S40)에서는 복합 익형 블레이드(9)를 MCT 또는 CNC 등과 같은 가공머신을 이용하여 가공할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법은 탄소 복합소재인 프리프레그 복합패드(1)를 이용하여 복합 익형 블레이드(9)를 제조하므로, 무게를 줄이고, 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법은 예비금형을 이용하여 제1하프익형 적층체(3)와 제2하프익형 적층체(5)를 긴밀하게 접합할 수 있으므로, 블레이드 적층체(7)의 분리를 방지하고, 취급성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

1 : 프리프레그 복합패드 3 : 제1하프익형 적층체
5 : 제2하프익형 적층체 7 : 블레이드 적층체
1a : 보조 마감부재 1b : 경사면
9 : 복합 익형 블레이드 10 : 익형 블레이드
11 : 중공부 13 : 결합홈부

Claims (3)

1. 서로 다른 크기로 형성되는 판 형태의 프리프레그 복합패드를 적어도 2개 이상 복수개 적층하여 제1하프익형 적층체를 형성하고, 상기 프리프레그 복합패드를 적어도 2개 이상 복수개 적층하여 제2하프익형 적층체를 형성하는 프리프레그 적층공정; 상기 제1하프익형 적층체와 상기 제2하프익형 적층체를 접합하여 블레이드 적층체를 성형하는 적층체 접합공정; 상기 블레이드 적층체를 이형필름으로 커버하여 열간 금형에 삽입하고, 열과 압력을 가하여 상기 블레이드 적층체를 접합하는 열간 성형공정; 및 상기 열간 성형공정을 통해 성형되는 복합 익형 블레이드를 상기 열간 금형에서 탈형하고, 상기 복합 익형 블레이드를 가공하여 중공부와 결합홈부를 형성하는 블레이드 가공공정;을 포함하며,
   상기 적층체 접합공정은, 예비금형의 상형 및 하형에 상기 제1하프익형 적층체와 상기 제2하프익형 적층체를 각각 삽입한 후, 상기 상형과 하형을 결합하고 가압하여 상기 제1하프익형 적층체와 상기 제2하프익형 적층체를 접합하고,
   상기 프리프레그 적층공정은, 상기 프리프레그 복합패드의 두께가 1.5mm 내지 2.5mm인 것을 사용하고, 상기 제1하프익형 적층체와 상기 제2하프익형 적층체의 단차부에 경사면을 가지는 보조 마감부재를 적층하고,
   상기 열간 성형공정은, 상기 열간 금형의 조건을 145도 ~ 155도씨의 온도와 70 ~ 100 kg/㎠의 압력을 유지시키면서 열간 성형하는 것을 특징으로 하는 공기 부양선용 임펠러의 익형 블레이드 제조방법.
   
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