BR102019024083A2

BR102019024083A2 - Método para fabricar uma caixa de asa com multi-vigamento, feita de material compósito e tendo painéis reforçados integrados

Info

Publication number: BR102019024083A2
Application number: BR102019024083-0A
Authority: BR
Inventors: Gianni Iagulli; Marco Raffone; Alberto Russolillo; Tommaso NANULA; Giuseppe Totaro
Original assignee: Leonardo S.P.A.; Gianni Iagulli; Marco Raffone; Alberto Russolillo; Tommaso NANULA; Giuseppe Totaro
Priority date: 2018-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-06-02
Also published as: JP2020097404A; EP3653371A1; US11292577B2; IT201800010328A1; EP3653371B1; US20200148328A1; CN111186591A; JP7412136B2; CA3059852A1; ES2887823T3

Abstract

é descrito um método para fabricar uma caixa de asa (10) para aeronaves, compreendendo as etapas de: a1) colocar, em uma superfície de cura (22), um primeiro painel (12a), feito de um material compósito, compreendendo um revestimento (16) tendo um primeiro lado (16'), e uma pluralidade de longarinas de reforço (18) que se estendem paralelamente a uma direção longitudinal (x); b) colocar alternadamente, no referido primeiro lado (16') do primeiro painel (12a) ao longo da direção transversal (y), uma viga (14), feita de material compósito não polimerizado - cada viga (14) compreendendo uma placa (15), um primeiro par de flanges (15a) e um segundo par de flanges (15b) dispostos em extremidades opostas da citada placa (15) - colocando-se o primeiro par de flanges (15a) no dito primeiro lado (16') do primeiro painel (12a), e uma ferramenta (24) - cada ferramenta (24) compreendendo uma parte central (24a), uma parte inferior (24b) e uma parte superior (24c), com a parte central (24a) de cada ferramenta (24) estando interposta entre a mencionada parte inferior (24b) e a referida parte superior (24c) e podendo ser extraída em uma direção transversal (y) - entre cada par de vigas consecutivas (14), em contato com ambas; c) colocar um segundo painel (12b) feito de um material compósito, compreendendo um revestimento (16), tendo um primeiro lado (16'), e uma pluralidade de longarinas de reforço (18) que se estendem ao longo de uma direção longitudinal (x), colocando-se o mencionado segundo painel (12b) em contato com o segundo par de flanges (15b) de cada viga (14); d) puxar a parte central (24a) de cada ferramenta (24) ao longo da direção transversal (y), e subsequentemente remover a parte superior (24c) e a parte inferior (24b) de cada ferramenta (24); e e) submeter o primeiro painel (12a), o segundo painel (12b) e cada viga (14) a um processo de cura em autoclave com bolsa de vácuo, de acordo com um ciclo específico de pressão e temperatura, para curar os componentes não polimerizados.

Description

MÉTODO PARA FABRICAR UMA CAIXA DE ASA COM MULTI-VIGAMENTO, FEITA DE MATERIAL COMPÓSITO E TENDO PAINÉIS REFORÇADOS INTEGRADOS CAMPO TÉCNICO

[001] Esta invenção se refere geralmente a um método para fabricar um componente estrutural para aeronaves. Em particular, a invenção se refere a um método para fabricar uma caixa de asa com multi-vigamento feita de material compósito e tendo painéis reforçados integrados, em particular utilizável como uma caixa estrutural em uma asa ou em uma empenagem vertical ou horizontal.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] A configuração atualmente adotada para caixas aeronáuticas - para asas ou empenagens de aeronaves de asa fixa - consiste em um conjunto de diferentes componentes estruturais primários, tais como, tipicamente, dois painéis reforçados com longarinas de reforço longitudinais, duas longarinas longitudinais, um certo número de vigas transversais, elementos angulares e elementos de fixação mecânicos convencionais.

[003] Esses componentes, feitos de material compósito e / ou de metal, são fabricados individualmente e, subsequentemente, são montados na configuração final da caixa de asa por meio de operações de perfuração e de instalação de elementos de fixação mecânicos (rebites, parafusos e similares). Essa configuração convencional é chamada de configuração 'construída', e é caracterizada por desvantagens significativas em termos de custos de produção, incluindo um grande número de peças a serem fabricadas e gerenciadas no sistema de produção, um processo de montagem muito oneroso devido ao grande número de furos a serem feitos e elementos de fixação a serem instalados, bem como às inspeções necessárias para verificar a ausência de aberturas ou espaços entre as partes acopladas, e as atividades adicionais necessárias durante a construção para aplicar quaisquer enchimentos necessários para preencher os espaços acima mencionados, quando presentes. Além disso, a chamada configuração 'construída' também implica desvantagens significativas no peso da estrutura, que são mal toleradas em aplicações aeronáuticas, principalmente devido ao aumento no custo operacional da aeronave, ou seja, no consumo de combustível. O aumento de peso para esses conjuntos é essencialmente devido à presença inevitável de furos nas áreas de acoplamento entre os

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2/15 vários elementos. De fato, os furos, sendo um enfraquecimento localizado do componente, exigem um espessamento das áreas envolvidas para que suportem com segurança a carga projetada. Além disso, para estruturas compósitas, o peso dos elementos de fixação também apresenta um efeito negativo, uma vez que é maior que o peso da porção do material removido.

[004] Na técnica conhecida para a fabricação de empenagens de cauda, existe também uma técnica que permite a criação de caixas de asa com multi-vigamento integradas feitas de compósito co-curado. Essa tecnologia, apesar de superar todos os problemas técnicos típicos da configuração 'construída' acima mencionada, é caracterizada por significativas limitações geométricas e de configuração que limitam sua aplicabilidade apenas a estabilizadores horizontais de aeronaves comerciais. Especificamente, as caixas de asa cocuradas com multi-vigamento não são suficientemente competitivas, em termos de peso e custo, em relação às caixas de asa na configuração 'construída', para estruturas em que é requerida uma alta resistência à torção, tais como em caixas de asa e caixas de cauda. Um outro problema técnico dessa tecnologia é que ela não é aplicável a configurações que provêem a presença, além das longarinas, de longarinas de reforço adicionais, para o enrijecimento longitudinal da estrutura. Além disso, de acordo com o estado da técnica anterior, não é possível fabricar caixas de asa com perfis aerodinâmicos altamente curvos e/ou com elementos internos de espessamento ou de enrijecimento na direção transversal (isto é, que se estendem na direção do comprimento do perfil da asa), ou com longarinas de reforço interrompidas na direção longitudinal (ou seja, perpendicularmente à direção do comprimento do perfil da asa) da caixa de asa. Essas limitações, que comprometem severamente a possibilidade de tornar a caixa de asa da aeronave mais eficiente do ponto de vista estrutural, e portanto em termos de peso, são essencialmente devidas ao fato de que o multi-vigamento só pode ser co-curado em configurações em que é possível extrair as ferramentas auxiliares, isto é, as ferramentas usadas para a construção de cada célula ou compartimento da estrutura.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[005] O objetivo da presente invenção é implementar um processo para fabricar uma caixa de asa de aeronave que supera as desvantagens e limitações de aplicabilidade do

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3/15 estado da técnica anterior.

[006] Este e outros objetivos são totalmente alcançados, de acordo com a presente invenção, através de um método para fabricar uma caixa de asa para aeronaves, definida na reivindicação independente 1 anexa.

[007] Formas de incorporação vantajosas da invenção estão especificadas nas reivindicações dependentes, cujo conteúdo deve ser entendido como parte integrante da descrição a seguir.

[008] Em resumo, a invenção é baseada na idéia de prover um método para fabricar uma caixa de asa para aeronaves, em que a caixa de asa compreende um primeiro e um segundo painéis, reforçados com uma pluralidade de longarinas de reforço longitudinais e uma pluralidade de vigas, dispostas transversalmente, que são submetidas a um único processo de cura. Isto é tornado possível pela utilização, antes do processo de cura, de uma pluralidade de ferramentas, isto é, ferramentas auxiliares, para garantir um posicionamento relativo preciso dos componentes, com cada uma das referidas ferramentas compreendendo uma parte removível central, que permite a remoção das ferramentas mesmo quando o corpo principal já está totalmente montado.

[009] No final do método de acordo com a invenção, um par de longarinas podem ser mecanicamente montadas na caixa de asa, de uma maneira já bem conhecida, com fechamento externo sobre os lados mais compridos da caixa de asa.

[010] De acordo com uma forma de incorporação da invenção, pelo menos um dentre os primeiro e segundo painéis já é fornecido polimerizado, e a pluralidade de vigas são montadas ao painel por meio de um processo de co-ligação, isto é, uma camada de material adesivo é colocada entre o painel e as vigas antes da polimerização.

[011] Vantajosa mente, cada ferramenta é recoberta, antes do processo de cura, com um ou mais bolsas de cura, de uma maneira já bem conhecida.

[012] De preferência, a parte central de cada ferramenta apresenta uma seção afunilada ao longo da direção transversal.

[013] Em virtude dessa configuração das ferramentas, é possível simplesmente puxar as ferramentas para fora da montagem antes do processo de cura, em que um método de acordo com a invenção permite a criação de caixas de asa com multi-vigamento tendo

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4/15 uma configuração mais complexa, e que também pode ser usado para estruturas que requerem maior resistência à torção em comparação com o uso de um estabilizador horizontal feito como uma caixa de asa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[014] Outras características e vantagens da presente invenção tornar-se-ão mais aparentes a partir da descrição detalhada a seguir, provida puramente a título de exemplo não limitativo com referência aos desenhos anexos, em que:

- A figura 1 é uma vista em perspectiva de uma caixa de asa de acordo com uma forma de incorporação possível da invenção;

- A figura 2 é uma vista em perspectiva de um primeiro painel disposto em uma superfície de cura;

- A figura 3 é uma vista em perspectiva de um primeiro painel e de um par de vigas;

- A figura 4 é uma vista em perspectiva de um primeiro painel, de um par de vigas e de uma ferramenta;

- A figura 5 é uma vista em perspectiva de um primeiro e um segundo painéis, de um par de vigas e de uma ferramenta;

- A figura 6 é uma vista explodida de uma ferramenta; e

- A figura 7 é uma vista explodida de uma caixa de asa completa com suas longarinas dianteiras e traseiras.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[015] No presente contexto, o termo 'longitudinal' indica uma direção substancialmente coincidente ou paralela à direção da extensão principal da asa ou da empenagem, enquanto que o termo 'transversal' indica uma direção substancialmente perpendicular àquela, identificável, em geral, com uma direção substancialmente coincidente ou paralela à direção de um perfil de asa ou de empenagem.

[016] Com referência às figuras, uma caixa de asa de aeronave é indicada como um todo pelo numeral 10.

[017] A caixa de asa 10 compreende um primeiro painel 12a, um segundo painel 12b e uma pluralidade de vigas 14.

[018] O primeiro painel 12a, o segundo painel 12b e as vigas 14 são feitos de material

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5/15 compósito. De preferência, o material composite compreende uma matriz de resina termoendurecível ou bismaleimida e / ou um reforço de carbono e / ou de fibra de vidro.

[019] O primeiro painel 12a e o segundo painel 12b podem ser feitos de uma maneira semelhante. Neste exemplo, por questão de brevidade, apenas o primeiro painel 12a será descrito, entendendo-se que o segundo painel 12b é geralmente composto por elementos semelhantes ou idênticos àqueles do primeiro painel 12a, obtidos por meio de processos de fabricação semelhantes.

[020] O primeiro painel 12a compreende um revestimento 16 e uma pluralidade de longarinas de reforço 18.

[021] O revestimento 16 compreende uma sequência de camadas de material compósito, preferencialmente de um material compósito com matriz de resina epóxi reforçado com fibras de carbono longas. O revestimento 16 pode ser obtido, por exemplo, por meio de laminação manual ou usando sistemas automatizados de acordo com as diretrizes definidas pelo projeto do componente, ou por qualquer outro processo conhecido para laminação de camadas de material compósito. Na laminação do revestimento 16, a compactação com bolsa de vácuo com ou sem aplicação de calor pode ser realizada de uma maneira já bem conhecida.

[022] As longarinas de reforço 18 podem ter uma seção transversal fechada do tipo em formato de ômega, do tipo trapezoidal, ou de acordo com outras geometrias. De preferência, as longarinas de reforço 18 apresentam uma seção transversal do tipo em formato de ômega. As longarinas de reforço 18 podem ser obtidas por qualquer procedimento conhecido para o processamento de materiais composites. Por exemplo, as longarinas de reforço 18 podem inicialmente ser laminadas planas, da mesma maneira que o revestimento 16, e depois cortadas com um perfil limpo ao longo de uma borda, e submetidas a um processo de formação, de acordo com diferentes métodos de operação de acordo com o estado da técnica conhecida. Por exemplo, as longarinas de reforço 18 podem ser formadas em um molde macho com membranas e aplicação de vácuo, ou em um molde fêmea com moldagem, com ou sem aplicação de calor, etc.. Alternativa mente, as longarinas de reforço 18 podem ser laminadas diretamente em um molde, uma camada de cada vez.

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[023] As longarinas de reforço novas, ou seja, aquelas ainda não polimerizadas, podem então ser posicionadas com precisão no revestimento 16, pelo uso de ferramentas auxiliares para apoiar as longarinas de reforço 18 e de sistemas de inclinação coordenados com uma superfície de laminação (não mostrada, mas já bem conhecida) do revestimento

16.

[024] Quando as longarinas 18 já estão posicionadas sobre o revestimento 16, insertos de estabilização alongados 17, de preferência feitos de borracha de silicone de seção transversal sólida, podem ser posicionadas no espaço definido entre cada longarina de reforço 18 e o revestimento 16. Os insertos de estabilização alongados 17 colocados nesse espaço atuam como suporte, onde, durante o processo de polimerização em autoclave, as camadas de material compósito de cada longarina de reforço 18 são consolidadas, adquirindo o formato final do projeto. A vantagem dos insertos de estabilização alongados 17 é que eles são flexíveis o suficiente para se adaptarem a quaisquer rampas e degraus que possam ser previstos no revestimento 16 por baixo das longarinas de reforço 18. Os insertos de estabilização alongados 17 são capazes de tolerar os altos níveis de temperatura e pressão esperados na autoclave durante o processo de cura [geralmente a cerca de 180 °C e 6 bar (6,12 kgf/cm²)], sem deformação e degradação, evitando defeitos geométricos nas longarinas de reforço 18. Vantajosamente, os insertos de estabilização alongados 17 são feitos com um composto de borracha de silicone que garante a ausência contaminação da matriz do material compósito dos primeiro ou segundo painéis 12a ou 12b, e sua expansão térmica deve ser controlada para garantir a conformidade com os requisitos geométricos e com a compactação adequada de cada longarina de reforço 18 após o processo de cura. De preferência, os insertos de estabilização alongados 17 são feitos de uma borracha do grupo de elastômeros básicos de VMQ (isto é, vinil-metilpolissiloxano do grupo Q, de acordo com a norma ISO 1629), tendo por exemplo uma dureza de cerca de 70 Shore A, uma densidade de cerca de 1,2 g/cm³, e um coeficiente de expansão térmica de cerca de 250 μΠΊ/ηη °C. Outros métodos conhecidos para a obtenção de longarinas de reforço 18 feitas de material compósito de acordo com a invenção compreendem, por exemplo, o uso de bolsas tubulares infláveis.

[025] Em uma superfície externa de cada longarina de reforço 18 normalmente é

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7/15 colocada uma placa de calafetagem (não mostrada, já bem conhecida) feita de fibra de carbono ou metal, suficientemente flexível, consistindo por exemplo de duas camadas consecutivas de material compósito ou camadas de alumínio de 0,5 a 1 mm. A referida placa de calafetagem assegura que o formato das longarinas de reforço 18 seja mantido durante o processo de cura.

[026] Em virtude desses e de outros processos conhecidos para a fabricação de componentes a partir de materiais laminados compósitos, é possível obter um primeiro painel 12a e um segundo painel 12b 'frescos', isto é, não polimerizados ou não curados, cada um compreendendo o revestimento 16 e a pluralidade de longarinas de reforço 18, dispostas em um primeiro lado 16' do revestimento 16. Essas longarinas de reforço 18 estendem-se ao longo de uma direção longitudinal x, isto é, paralelas à direção principal de extensão da asa ou da empenagem. Os primeiro e segundo painéis 12a e 12b assim obtidos são, conforme conhecido pelos especialistas na técnica, substancialmente curvados de acordo com as especificações técnicas da asa ou da empenagem a ser obtida. [027] A pluralidade de vigas 14 pode compreender vigas 14 que apresentam formato e proporções idênticas ou similares. Muito provavelmente, cada viga 14 é diferente, dependendo da variabilidade da espessura da asa ou da empenagem a ser obtida, das características geométricas específicas das superfícies inferiores ou superiores do aerofólio, e do afunilamento típico da caixa de asa 10 ao longo da direção longitudinal, de uma maneira já bem conhecida.

[028] As vigas 14 podem ter, por exemplo, formato de T duplo, obtido pela colocação de dois elementos em formato de C lado a lado, de preferência com a adição de um enchimento feito de material unidirecional pré-impregnado ('pre-preg') pré-formado (chamado de 'macarrão¹, não mostrado, já bem conhecido) nas cavidades criadas pelo acoplamento dos dois elementos em formato de C. Por exemplo, cada elemento em formato de C pode ser laminado plano e, em seguida, cortado com um perfil limpo ao longo de uma das suas bordas, para depois sofrer um processo de formação de acordo com vários modos de operação de acordo com o estado da técnica conhecida. Alternativa mente, cada elemento em formato de C também pode ser laminado diretamente sobre um molde macho, uma camada de cada vez, após o corte

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8/15 numericamente controlado de cada um deles. O corte, realizado plano e com um perfil limpo de cada elemento em formato de C, também deve levar em consideração a presença de aberturas 14', previstas nos pontos de interseção com as longarinas de reforço 18 do primeiro painel 12a e / ou do segundo painel 12b.

[029] Cada viga 14 é feita de material compósito e compreende uma placa central 15, um primeiro par de flanges 15a, e um segundo par de flanges 15b. O primeiro par de flanges 15a e o segundo par de flanges 15b estão dispostos em extremidades opostas da placa 15, de modo a ser obtida uma seção transversal convencional em formato de T duplo.

[030] Também é possível fazer as vigas 14 provendo-se a possibilidade de usar insertos de suporte 20 a serem posicionados nas aberturas 14' acima mencionadas, em contato com a viga 14, como mostrado na figura 3. Esses insertos de suporte 20 têm, preferencialmente, a mesma espessura da viga 14, e um formato que preenche o espaço entre o corte limpo das aberturas 14' e a longarina de reforço 18 do primeiro ou do segundo painel 12a ou 12b nos quais ela fica apoiada. De preferência, os insertos de suporte 20 são feitos de material plástico resistente às temperaturas e pressões típicas do processo de cura, e são livres de bordas afiadas a fim de evitar danos à película da bolsa de cura com a qual eles entrarão em contato.

[031] Em virtude destes e de outros processos conhecidos para a fabricação de componentes a partir de materiais compósitos laminados, é assim possível obter uma pluralidade de vigas 14 'frescas', isto é, não polimerizadas, cada viga 14 tendo, de preferência, uma seção transversal em formato de T duplo e uma pluralidade de aberturas 14' previstas nos pontos de interseção com as longarinas de reforço 18 do primeiro painel 12a e / ou do segundo painel 12b.

[032] Será agora descrito um processo de fabricação de uma caixa de asa 10 com multivigamento feita de material compósito, a partir de um primeiro e um segundo painéis 12a e 12b e de uma pluralidade de vigas 14, conforme descrito acima.

[033] Inicialmente, como mostrado na figura 2, o primeiro painel 12a feito de material compósito, compreendendo o revestimento 16 e uma pluralidade de longarinas de reforço 18, é disposto em uma superfície de cura 22 adequada.

[034] Então, conforme mostrado na figura 3, a pluralidade de vigas 14, neste exemplo

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9/15 duas vigas 14, feitas de material compósito não polimerizado, são colocadas no primeiro lado 16' do revestimento 16 do primeiro painel 12a. Em particular, a primeira viga 14 é inicialmente disposta ao longo de uma direção transversal y, ou seja, de maneira substancialmente perpendicular às longarinas de reforço 18. Em particular, a primeira viga 14 é disposta colocando-se seu respectivo primeiro par de flanges 15a em contato com o primeiro lado 16' do revestimento 16 do primeiro painel 12a, de modo a que as aberturas 14' fiquem posicionadas em correspondência com as longarinas de reforço 18, que se estenderão, cada uma delas, através de uma respectiva abertura 14'.

[035] Neste ponto, uma ferramenta 24 é colocada no referido primeiro lado 16' do revestimento 16 do primeiro painel 12a, em contato com a primeira viga 14.

[036] A ferramenta 24 tem a função de apoiar os materiais da bolsa a serem utilizados no processo de cura, os quais estão dispostos de modo a envolverem totalmente cada ferramenta 24 e que, sendo flexíveis (sendo, com efeito, filmes e tecidos plásticos) não poderíam ficar localizados dentro dos compartimentos - isto é, nos espaços definidos entre duas vigas 14 consecutivas - para a cobertura total e completa das superfícies compósitas a serem polimerizadas. Além disso, a ferramenta 24 também tem a função de distanciar e reter as vigas 14 nas posições teóricas providas pelo projeto, e permite a transferência da pluralidade de vigas 14 (pré-formadas e não polimerizadas) para o primeiro painel 12a.

[037] Para a configuração específica do exemplo de uma caixa de asa 10 mostrada nas figuras, a ferramenta 24 possui, de preferência, dimensões adequadamente menores do que as superfícies internas teóricas dos compartimentos, a fim de garantir espaço suficiente para que a espessura dos materiais da bolsa seja cubra a ferramenta.

[038] Vantajosa mente, a ferramenta 24 é provida com ranhuras 26, conformadas para acomodarem as longarinas de reforço 18 e suas placas de calafetagem. Em particular, uma ferramenta provida de ranhuras 26 tanto na superfície superior 28 quanto na superfície inferior 30, oposta à sua superfície superior 28, é adequada para acomodar nas referidas ranhuras 26 as longarinas de reforço 18 do primeiro painel 12a e as longarinas de reforço 18 do segundo painel 12b.

[039] De preferência, a ferramenta 24 é feita de um material de baixa densidade de massa, em particular, por exemplo, um material com uma densidade de massa inferior a

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1,7 g/cm³ e em uma configuração com alta rigidez à flexão, em particular, por exemplo, capaz conter uma tensão de flexão dentro de um milímetro por metro de comprimento, para facilitar o manuseio, mesmo manualmente, da ferramenta 24, e evitar deformações que possam ser transferidas para as vigas 14 no estado 'fresco' durante o seu posicionamento no primeiro painel 12a. Para evitar danos nos materiais da bolsa devido a impactos e/ou rasgos com as ferramentas 24, as ferramentas 24 são feitas, de preferência, de resina ou de materiais plásticos, com ou sem reforços.

[040] Além disso, a ferramenta 24 é preferencialmente capaz de suportar uma pressão positiva de pelo menos 1 bar (1,02 kgf/cm²) sem colapsar, ceder ou deformar, pois durante o seu uso com os materiais da bolsa pode ser prevista a aplicação de vácuo.

[041] A ferramenta 24 é feita de diversas partes modulares, em particular com pelo menos três partes modulares, para permitir a extração das mesmas de cada compartimento após o fechamento com o segundo painel 12b, apesar dos rebaixos oferecidos pela configuração da caixa de asa 10, resultantes tanto da presença de longarinas de reforço 18 no revestimento 16 do primeiro painel 12a como no revestimento 16 do segundo painel 12b, e apesar de qualquer perfil curvo que os primeiro e segundo painéis 12a e 12b possam ter.

[042] Por essas razões, a ferramenta 24 compreende uma parte central 24a, uma parte inferior 24b e uma parte superior 24c, com a parte central 24a estando interposta entre a referida parte inferior 24b e a mencionada parte superior 24c, sendo extraível ao longo da direção transversal y.

[043] De preferência, pelo menos duas partes dentre a parte central 24a, a parte inferior 24b e a parte superior 24c estão ligadas entre si por um elemento de restrição removível 32. O elemento de restrição 32 pode compreender, por exemplo, uma placa que se estende parcialmente sobre cada uma das partes da ferramenta 24 e que está ligada a cada parte por meio de elementos de fixação mecânicos convencionais, tais como parafusos ou rebites.

[044] A parte central 24a da ferramenta 24 possui, vantajosa mente, uma seção afunilada ao longo da direção transversal y. Em qualquer caso, a parte central 24a da ferramenta possui uma seção que pode ser puxada ao longo da direção transversal y, como por

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11/15 exemplo uma seção que diminui linearmente a partir de uma extremidade da parte central 24a até a outra extremidade, ao longo da direção transversal y.

[045] Vantajosa mente, pelo menos uma parte dentre a parte central 24a, a parte inferior 24b e a parte superior 24c da ferramenta 24 possui chanfros 34 adaptados para melhorarem o seu manuseio.

[046] Uma vez que uma ferramenta 24 foi colocada em contato com a primeira viga 14, uma segunda viga 14 é colocada, da mesma maneira que a primeira viga 14, no referido revestimento 16 do primeiro painel 12a, ao longo da direção transversal y, em contato com a ferramenta 24, no lado oposto à primeira viga 14.

[047] Alternativa mente, a pluralidade de vigas 14 e ferramentas 24 podem ser carregadas simultaneamente no lado 16' do revestimento 16. De acordo com esta forma de incorporação, é possível posicionar uma primeira ferramenta 24, colocando-a sobre sua primeira superfície lateral 25 - girando-a assim substancialmente em 90° - de modo a deixar por cima uma segunda superfície lateral 27, oposta à primeira superfície lateral 25. Em seguida, é feito o posicionamento de uma viga 14 na referida primeira ferramenta 24, colocando a respectiva placa 15 na referida segunda superfície lateral 27. Procede-se assim alternando-se a colocação de uma ferramenta 24 e uma viga 14, de modo a ser obtido uma montagem compreendendo uma sucessão alternada de ferramentas 24 e vigas 14, que começa e termina com um par de ferramentas 24 externas. A montagem é então girada adequadamente e subsequentemente posicionada no revestimento 16 do primeiro painel 12a, de modo a que cada primeiro par de flanges 15a fique apoiado sobre o citado primeiro lado 16' do primeiro painel 12a. Esta operação pode ser coordenada com precisão por meio de sistemas metálicos de engate adequados dispostos tanto na superfície de cura 22 como nas extremidades das ferramentas 24.

[048] Em essência, uma viga 14 e uma ferramenta 24 são colocadas alternadamente, de modo a que cada par de vigas consecutivas 14 fique em contato com uma mesma ferramenta 24.

[049] Antes de serem colocadas dentro de um respectivo compartimento, isto é, em contato entre um par de vigas consecutivas 14, cada ferramenta 24 pode preferencialmente ser revestida com os materiais de bolsa necessários para o processo de

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12/15 cura em autoclave.

[050] Em particular, é possível revestir as ferramentas com os materiais de bolsa típicos do processo de cura com bolsa de vácuo em autoclave, como por exemplo um filme de nylon de alta temperatura, um nylon ou tecido de poliéster para ventilação de superfície, ou um filme separador de alta temperatura. Eles podem ser colocados manualmente em cada ferramenta 24 em sequência, um em cima do outro, formando, através do uso de fitas e de uma material selante, uma extensão tubular que envolve completamente cada ferramenta 24, como se fosse um produto alimentício. Alternativa mente, os materiais de bolsa necessários podem ser feitos já no formato tubular, e ajustados como uma meia em cada ferramenta 24. Após a colocação, o vácuo pode ser aplicado à camada mais externa da bolsa de cura para garantir que os materiais da bolsa fiquem adaptados às superfícies de cada ferramenta 24, evitando formar enrugamentos e pontes dos mesmos materiais.

[051] Uma vez que todas as vigas 14 e ferramentas 24 necessárias foram colocadas, estando assim disposta entre cada par de vigas consecutivas 14 uma respectiva ferramenta 24 em contato com ambas as vigas 14, o segundo painel 12b é colocado. O segundo painel 12b é colocado em contato com cada segundo par de flanges 15b de cada respectiva viga 14, cobrindo cada compartimento, isto é, os espaços entre cada par de vigas 14 consecutivas.

[052] O posicionamento correto do segundo painel 12b pode ser garantido, por exemplo, por sistemas de coordenação mecânica, tais como os cones macho / fêmea existentes, ou por outros sistemas de manuseio de precisão adequados conhecidos.

[053] Em uma forma de incorporação, é possível usar um primeiro painel 12a feito de material compósito já polimerizado, e assim colocar uma respectiva camada de adesivo estrutural de alta temperatura entre cada primeiro par de flanges 15a de cada viga 14 e o mencionado primeiro lado 16' do primeiro painel 12a. Da mesma forma, também é possível usar um segundo painel 12b feito de material compósito já polimerizado, e assim colocar uma respectiva camada de adesivo estrutural de alta temperatura entre cada segundo par de flanges 15b de cada viga 14 e o referido primeiro lado 16' do segundo painel 12b. Quando um primeiro ou segundo painel 12a ou 12b de material compósito já polimerizado é utilizado, o processo de cura é chamado de co-ligação, e a camada de

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13/15 adesivo estrutural garante adesão entre as vigas 14 e os primeiro ou segundo painéis 12a ou 12b, respectivamente.

[054] Em uma forma de incorporação adicional, é possível interpor, entre o segundo painel 12b e o segundo par de flanges 15b de cada viga 14, uma respectiva camada de liberação de alta temperatura [tal como, por exemplo, FEP {fluorinated ethylene propylene - etileno propileno fluorado) ou PTFE (politetrafluoretileno)], a fim de tornar, após o processo de cura, o segundo painel 12b removível do restante da caixa de asa 10, com o propósito de garantir a acessibilidade ao seu interior para a eventual instalação de sistemas ou de componentes estruturais. O segundo painel 12b pode subsequentemente ser montado nas vigas 14 por meio de métodos tradicionais, aproveitando o fato de que, após o processo de cura, o perfil do segundo par de flanges 15b foi moldado no segundo painel 12b (exceto o filme liberação, que geralmente é muito fino, tendo por exemplo uma espessura de cerca de 0,1 mm), facilitando o acoplamento perfeito das partes.

[055] Vantajosa mente, é possível colocar um par de ferramentas 24 externamente no citado primeiro lado 16' do revestimento 16 do primeiro painel 12a, respectiva mente em contato com uma primeira e com uma última viga 14.

[056] O processo é concluído vedando-se as respectivas extremidades das bolsas de cura de cada ferramenta 24 juntas, e vedando-se as respectivas superfícies da superfície de cura 22 e uma respectiva ferramenta de cura superior disposta no segundo painel 12b, com duas tiras adicionais de materiais de bolsa colocadas fora da caixa de asa 10 nas ferramentas externas 24.

[057] Após a aplicação de vácuo total às bolsas de cura e da realização dos testes de vazamento necessários, cada ferramenta 24 é retirada dos compartimentos e as ferramentas externas 24 são removidas. De acordo com a invenção, a extração das ferramentas 24 dos compartimentos é possível devido à configuração particular de cada ferramenta 24. Especificamente, é possível, primeira mente, proceder com a extração da parte central 24a, mantendo preferivelmente a parte superior 24c presa, a fim de evitar sua queda por gravidade. Então, a parte superior 24c pode ser removida, e finalmente a parte inferior 24b.

[058] É possível extrair ou remover a parte central 24a de cada ferramenta 24 apenas

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14/15 puxando-a na direção transversal y. Em seguida, a parte superior 24c e a parte inferior 24b de cada ferramenta 24 são primeiramente movidas na direção vertical para contornar os rebaixos dentro dos compartimentos, sendo depois puxadas ao longo da direção transversal y.

[059] Quando estiver presente, é necessário remover o elemento de restrição 32 antes de prosseguir com a extração da parte central 24a de cada ferramenta 24, para poder liberar a parte central 24a, a parte inferior 24b e a parte superior 24c uma da outra.

[060] Também é possível remover a ferramenta 24 após o processo de cura em autoclave, ou seja, é possível executar a etapa (e) descrita na reivindicação independente 1 antes da etapa (d) descrita, seguindo as mesmas operações já explicadas.

[061] Finalmente, a montagem compreendendo o primeiro painel 12a, o segundo painel 12b e cada viga 14 é submetida a um processo de cura. O processo de cura já é bem conhecido e envolve a aplicação de um ciclo específico de temperatura e pressão, o qual não será descrito.

[062] Após o processo de cura, é possível proceder com a finalização do trabalho, isto é, a remoção das bolsas de cura, e em seguida com o içamento da ferramenta de cura superior, e então, finalmente, proceder com a remoção da placa de calafetagem e dos insertos de estabilização alongados 17, colocados entre as longarinas de reforço 18 e o revestimento 16, bem como com a remoção de quaisquer insertos de suporte 20 nas aberturas 14' de cada viga 14.

[063] Nesse ponto, o componente monolítico assim obtido pode ser equipado com uma longarina dianteira 36 e com uma longarina traseira 38 correspondentes (mostradas na figura 7, já bem conhecidas), fabricadas separadamente como componentes soltos, por meio de uma montagem tradicional, para complementar a caixa de asa 10.

[064] Como pode ser visto na descrição provida acima, diversas vantagens podem ser obtidas através de um método de fabricação de acordo com a invenção.

[065] Em virtude desse método é possível reduzir, em comparação com a chamada configuração 'construída⁷, os custos de produção, em virtude do menor número de peças a serem fabricadas e gerenciadas no sistema de produção; o número de furos e os respectivos elementos de fixação a serem instalados, reduzindo assim os tempos de

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15/15 montagem e aquisição e os custos com brocas e membros de fixação, que geralmente são muito onerosos; o número de inspeções a serem realizadas durante a montagem, para testar os elementos de fixação e verificar a ausência de folga entre as partes acopladas; e o peso da estrutura, devido ao número reduzido de elementos de fixação necessários e à eliminação do espessamento local nas áreas de perfuração, necessário para que elas suportem com segurança as cargas de projeto.

[066] Além disso, com relação ao estado da técnica conhecida para a construção de caixas de asa através da co-cura de materiais compósitos, é possível fabricar, por meio do método de acordo com a invenção, uma configuração menos simplificada e aplicável não apenas a estabilizadores horizontais, mas também a estruturas que requerem alta resistência à torção, tais como caixas de asa e de cauda, que são economicamente competitivas.

[067] Sem alterar o princípio da invenção, as formas de incorporação e os detalhes de implementação podem variar amplamente em relação àqueles descritos e ilustrados puramente a título de exemplo não limitativo, sem por isso fugir do escopo da invenção, conforme definido nas reivindicações anexas.

Claims

1. MÉTODO PARA FABRICAR UMA CAIXA DE ASA (10) PARA AERONAVES, caracterizado por compreender as etapas de:

al) Colocar, em uma superfície de cura (22), um primeiro painel (12a), feito de um material compósito, compreendendo um revestimento (16) tendo um primeiro lado (16'), e uma pluralidade de longarinas de reforço (18) que se estendem paralelamente a uma direção longitudinal (x);

a2) Prover uma pluralidade de vigas (14) feitas de material compósito não polimerizado, cada uma compreendendo uma placa (15), um primeiro par de flanges (15a) e um segundo par de flanges (15b), com cada par de flanges (15a, 15b) sendo disposto em extremidades opostas da referida placa (15);

a3) Prover pelo menos uma ferramenta (24), cada ferramenta (24) tendo uma primeira superfície lateral (25) e uma segunda superfície lateral (27) oposta à primeira superfície lateral (25), e compreendendo uma parte central (24a), uma parte inferior (24b) e uma parte superior (24c), com a parte central (24a) de cada ferramenta (24) ficando interposta entre a mencionada parte inferior (24b) e a citada parte superior (24c) de cada ferramenta (24) e podendo ser puxada em uma direção transversal (y);

b) Colocar alternada mente uma viga (14) no referido primeiro lado (16') do primeiro painel (12a) ao longo da direção transversal (y), colocando-se o primeiro par de flanges (15a) no citado primeiro lado (16') do primeiro painel (12a), e uma ferramenta (24) entre cada par de vigas consecutivas (14), em contato com ambas;

c) Colocar um segundo painel (12b) feito de um material compósito, compreendendo um revestimento (16), tendo um primeiro lado (16'), e uma pluralidade de longarinas de reforço (18) que se estendem ao longo de uma direção longitudinal (x), colocando-se o mencionado segundo painel (12b) em contato com o segundo par de flanges (15b) de cada viga (14);

d) Puxar a parte central (24a) de cada ferramenta (24) ao longo da direção transversal (y), e subsequentemente remover a parte superior (24c) e a parte inferior (24b) de cada ferramenta (24); e

e) Submeter o primeiro painel (12a), o segundo painel (12b) e cada viga (14) a um

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2/4 processo de cura em autoclave com bolsa de vácuo, de acordo com um ciclo específico de pressão e temperatura, para curar os componentes não polimerizados.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda a etapa de:

f) Prover, antes da etapa (c), um outro par de ferramentas (24), externamente, no referido primeiro lado (16') do primeiro painel (12a), com cada ferramenta ficando respectiva mente em contato com uma primeira e com uma última viga (14).

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda, antes da etapa b), as etapas de:

gl) Colocar uma primeira ferramenta (24) sobre sua primeira superfície lateral (25);

g2) Colocar, alternadamente, uma viga (14), colocando-se a respectiva placa (15) na referida segunda superfície lateral (27) da ferramenta (24), e uma ferramenta (24) entre cada par de vigas consecutivas (14) e em contato com ambas; e g3) Girar a montagem de vigas (14) e ferramentas (24) para colocar a montagem no referido primeiro lado (16') do primeiro painel (12a), de modo a que cada primeiro par de flanges (15a) fique apoiado no citado primeiro lado (16') do primeiro painel (12a).

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o primeiro painel (12a) ser feito de um material compósito polimerizado, tal método compreendendo ainda a etapa de:

fl) Colocar, antes da etapa (b), uma respectiva camada de adesivo estrutural de alta temperatura entre cada primeiro par de flanges (15a) de cada viga (14) e o referido primeiro lado (16') do primeiro painel (12a).

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o segundo painel (12b) ser feito de um material compósito já polimerizado, tal método compreendendo ainda a etapa de:

f2) Colocar, antes da etapa (c), uma respectiva camada de adesivo estrutural de alta temperatura entre cada segundo par de flanges (15b) de cada viga (14) e o referido primeiro lado (16') do segundo painel (12b).

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado

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3/4 por compreender ainda a etapa de:

f3) Colocar, antes da etapa (c), uma respectiva camada de liberação de alta temperatura entre cada segundo par de flanges (15b) de cada viga (14) e o referido primeiro lado (16') do segundo painel (12b).

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a pluralidade de longarinas de reforço (18) do primeiro painel (12a) e/ou do segundo painel (12b) serem feitas de um material compósito não polimerizado, com o dito método compreendendo ainda as etapas de:

hl) Colocar, antes da etapa (al), insertos de estabilização alongados (17), de seção transversal sólida, em um espaço definido entre cada longarina de reforço (18) e os respectivos primeiro ou segundo painéis (12a, 12b); e h2) Remover, após a etapa (e), os mencionados insertos de estabilização alongados (17).

8. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por os referidos insertos de estabilização alongados (17) serem feitos de uma borracha do grupo de elastômeros básicos de VMQ (isto é, vinil-metil-polissiloxano do grupo Q, de acordo com a norma ISO 1629).

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o material compósito pelo menos do primeiro painel (12a), e / ou do segundo painel (12b), e / ou da pluralidade de vigas (14), compreender uma matriz de resina termo-endurecível ou bismaleimida, e / ou um reforço de carbono e / ou de fibra de vidro.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda a etapa de:

m) Recobrir cada ferramenta (24), antes da etapa (b), com uma bolsa de cura.

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por cada viga (14) possuir aberturas (14') dispostas em correspondência com respectivas longarinas de reforço (18) do primeiro painel (12a) e / ou do segundo painel (12b).

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por compreender

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4/4 a etapa de:

n) Prover insertos de suporte (20) feitos de material plástico, para ser possível suportar o ciclo específico de pressão e temperatura do processo de cura em autoclave, em cada abertura (14') de cada viga (14), em contato com as respectivas longarinas de reforço (18).

13. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender ainda a etapa de:

p) Antes da etapa d), remover de cada ferramenta (24) um elemento de restrição removível (32), adaptado para prender uma à outra pelo menos duas partes dentre a parte inferior (24b), a parte central (24a) e a parte superior (24c) de cada ferramenta (24).

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a parte central (24a) de cada ferramenta (24) apresentar uma seção afunilada ao longo da direção transversal (y).

15. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por cada ferramenta (24) ser feita de um material com densidade de massa inferior a 1,7 g/cm³, em uma configuração tendo uma rigidez à flexão que faz com que a tensão de flexão fique limitada dentro 1 mm para cada metro de comprimento.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por pelo menos uma dentre a parte central (24a), a parte superior (24c) e a parte inferior (24b) de cada ferramenta (24) possuir chanfros (34) adaptados para facilitarem o manuseio.