BR112013003588B1

BR112013003588B1 - Estrutura para aeronave composta híbrida de metal e resina e método de fabricação de uma estrutura composta

Info

Publication number: BR112013003588B1
Application number: BR112013003588-9A
Authority: BR
Inventors: Kenneth Harlan Griess; Gary E. Georgeson
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2020-02-11
Also published as: EP2605902A1; US8894801B2; US20120045606A1; WO2012024023A1; US8652606B2; JP5840687B2; CN103068565B; CN103068565A; BR112013003588A2; JP2013539428A; CA2805468A1; KR20130096232A; KR101859783B1; US20130122236A1; EP2605902B1; CA2805468C

Abstract

estruturas compostas possuindo juntas de material composto com metal e método de fabricação das mesmas. a presente invenção refere-se a uma estrutura composta que compreende conjuntos empilhados de camadas de resina reforçadas por fibra laminadas e folhas metálicas. as bordas das camadas de resina e folhas metálicas são intercaladas para formar uma junção de material composto para metal conectando as camadas de resina com as follhas metálicas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ESTRUTURA PARA AERONAVE COMPOSTA HÍBRIDA DE METAL E RESINA E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UMA ESTRUTURA COMPOSTA.

Campo Técnico [001] Essa descrição geralmente se refere a estruturas compostas, especialmente a laminados de resina reforçada com fibra e lida mais particularmente com um composto híbrido possuindo uma junta de material composto com metal.

Antecedentes [002] Técnicas de união são frequentemente utilizadas para montar as estruturas compostas. Em aplicações onde a estrutura composta também exige fixadores, a espessura local ou calibragem da estrutura que cerca o fixador pode precisar ser aumentada a fim de suportar as cargas transmitidas através da junta de fixado. À medida que a espessura da estrutura aumenta, o fixador pode precisar ser alongado, adicionando, assim, peso à estrutura. Adicionalmente, a espessura local aumentada da estrutura pode aumentar a excentricidade do percurso de carga através da junta de fixador, que pode colocar cargas de camada indesejáveis ao fixador.

[003] Uma solução para os problemas mencionados acima consiste de fixação de acessórios metálicos à estrutura composta na área dos fixadores. Esses acessórios metálicos podem ser formados de titânio ou metais similares que podem não reagir substancialmente quimicamente com compostos reforçados com fibra de carbono onde entram em contato. Os acessórios de titânio, no entanto, podem ser relativamente caros, particularmente quando é necessário se formar os mesmos em formatos complexos.

[004] De acordo, existe a necessidade de uma junta de resina para metal composta que pode ser utilizada para conectar substanci

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2/17 almente todos os acessórios metálicos com substancialmente todas as estruturas de resina compostas, que seja relativamente barata e fácil de fabricar e que possa suportar as cargas transferidas em torno dos pontos de conexão de fixador. Existe também a necessidade de uma junta de resina composta com metal que evita substancialmente as reações químicas entre todo o acessório metálico e toda a estrutura de resina composta.

Sumário [005] As modalidades descritas fornecem uma estrutura comporta híbrida que inclui uma junta de metal e composto de resina reforçada com fibra que pode ser utilizada para conectar um acessório substancialmente metálico com uma estrutura substancialmente toda constituída de resina composta. A junta fornece uma transição entre as estruturas composta e metálica que é adequada para uso nas aplicações de desempenho superior, tal como veículos aeroespaciais. Essa transição de um material substancialmente totalmente composto para um material substancialmente todo metálico pode reduzir ou eliminar a possibilidade de corrosão e/ou problemas decorrentes de excentricidade. Durante a colocação da estrutura composta, folhas metálicas são substituídas por um número de camadas compostas, e a transição das camadas compostas para as folhas metálicas ocorre em locais enviesados de modo a fornecer uma transferência de carga adequada da parte composta para a parte metálica. A transição enviesada resulta em um intercalamento entre as camadas compostas e as folhas metálicas e cria múltiplas linhas de união que podem reduzir a ocorrência e/ou propagação de rachaduras ou separações na junta. Um adesivo localizado entre as folhas metálicas une as folhas em um acessório metálico quase sólido.

[006] De acordo com uma modalidade descrita, uma estrutura composta é fornecida compreendendo uma pilha laminada de cama

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3/17 das de resina reforçadas com fibra e uma pilha de folhas metálicas. As folhas metálicas possuem bordas que são intercaladas com as bordas das camadas de resina reforçada com fibra para formar uma junta de material composto e metal conectando as camadas de resina reforçadas com fibra com as folhas metálicas.

[007] De acordo com outra modalidade, uma estrutura de metal e resina híbrida é fornecida compreendendo uma parte de resina composta, uma parte de metal e uma seção de transição entre a as partes de resina e metal. A parte de resina inclui camadas laminadas de resina reforçada com fibra, e a parte de metal inclui folhas unidas de metal. A seção de transição inclui sobreposições enviesadas entre as camadas laminadas e as folhas metálicas.

[008] De acordo com outra modalidade, uma parte metálica composta hibrida é fornecida. A parte compreende uma colocação do material composto reforçado com fibra que é encerrado em um local de interface. No local de interface, uma camada metálica da mesma espessura que o material composto continua para a borda metálica da parte, e a colocação é repetida com um composto para a interface metálica que é enviesada na direção da borda da parte do local de interface anterior. Uma camada de adesivo estrutural é colocada entre as camadas metálicas, com a próxima interface de metal para material composto enviesada para longe da borda de parte para produção de uma junta aninhada, e as linguetas aninhadas produzidas pelo empilhamento da interface enviesada continua até sua espessura total da parte sem qualquer uma das camadas compostas se estendendo totalmente para a borda da parte.

[009] De acordo com outra modalidade adicional, um método é fornecido para a fabricação de uma estrutura composta. O método compreende a formação de um composto de múltiplas camadas possuindo uma parte composta e uma parte metálica, e formando uma

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4/17 junta de metal de material composto entre a parte composta e a parte metálica. O método inclui adicionalmente a compactação e cura das camadas.

[0010] De acordo com outra modalidade, um método é fornecido para a produção de uma parte metálica híbrida. O método compreende a colocação em camadas de pelo menos uma camada composta reforçada com fibra que é encerrada em um local de interface, e a colocação em camadas de uma camada de metal adjacente onde a camada metálica tem substancialmente a mesma espessura que a camada composta reforçada com fibra adjacente. As etapas de colocação em camadas das camadas compostas e camadas metálicas adjacentes são repetidas para formar uma interface de material composto e metal que é enviesada na direção da dita borda da parte a partir da localização da interface anterior. O método compreende adicionalmente a colocação em camadas de uma camada de adesivo estrutural entre as camadas metálicas, e a repetição da colocação em camadas da camada de material composto e metal onde a próxima interface de metal para material composto é enviesada para longe da borda de parte para produção de uma junta aninhada.

9. Uma estrutura de metal e resina composta híbrida, compreendendo:

[0011] uma parte de resina composta incluindo dobras laminadas de resina reforçada com fibra;

[0012] uma parte metálica incluindo folhas unidas de metal; e [0013] uma seção de transição entre a parte de resina composta e a parte metálica, a seção de transição incluindo sobreposições enviesadas entre as camadas laminadas e as folhas metálicas.

10. Estrutura de metal e resina composta híbrida, de acordo com a cláusula 9, na qual:

[0014] as camadas laminadas e as folhas metálicas são dispostas

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5/17 em camadas; e [0015] cada uma das camadas inclui uma das folhas metálicas e uma pluralidade de camada de resina reforçadas com fibra em um apoio substancialmente de borda com borda.

11. Estrutura de metal e resina composta híbrida, de acordo com a cláusula 10, na qual a espessura das camadas em cada uma das camadas é substancialmente igual à espessura da folha metálica na camada.

20. Método de produção de uma parte metálica híbrida, compreendendo:

[0016] a colocação de pelo menos uma camada composta reforçada com fibra que é encerrada em um local de interface;

[0017] a colocação de uma camada metálica adjacente onde a camada metálica tem a mesma espessura que a camada composta reforçada por fibra adjacente;

[0018] a repetição das etapas de colocação das camadas compostas e camadas metálicas adjacentes para a formação de uma interface de material composto e metal que é enviesada na direção da dita borda da parte a partir da localização de interface anterior;

[0019] a colocação de uma camada de adesivo estrutura entre as camadas metálicas; e [0020] a repetição da colocação em camadas de material composto e metal onde a próxima interface de metal e material composto é enviesada para longe da borda de parte para a produção de uma junta aninhada.

21. Método, de acordo com a cláusula 20, compreendendo adicionalmente:

[0021] a continuação do empilhamento de interface enviesada de camadas composta e metálica para produzir linguetas aninhadas até a espessura total da parte sem quaisquer camadas compostas se esPetição 870190112114, de 01/11/2019, pág. 9/29

6/17 tendendo totalmente para a borda da parte.

22. Método, de acordo com a cláusula 21, compreendendo adicionalmente:

[0022] um saco de vácuo processando a parte para remoção de espaços vazios de ar na colocação em camadas; e [0023] a cura da parte colocada em camadas.

23. Estrutura de aeronave de metal e resina composta híbrida, compreendendo:

[0024] uma pluralidade de camadas laminadas formando uma parte totalmente composta reforçada com fibra, uma parte totalmente metálica e uma junta de extensão de metal e material composto híbrida conectando a parte composta e a parte metálica, [0025] cada uma das camadas incluindo uma pluralidade de camadas de resina composta e uma folha metálica de titânio, onde as camadas e a folha metálica são dispostas em um apoio de borda para borda uma com a outra formando um ponto de transição de material composto para metal na camada, e onde os pontos de transição nas camadas são enviesados com relação um ao outro para formar a junta de extensão; e [0026] uma camada de adesivo entre as folhas metálicas para unificar as folhas metálicas; e [0027] onde a espessura das camadas em cada uma das camadas é substancialmente igual à espessura combinada de uma das folhas e a camada de adesivo.

24. Método de fabricação de uma estrutura de aeronave de metal e resina composta híbrida, compreendendo:

[0028] a formação de camadas incluindo uma parte totalmente composta reforçada com fibra, uma parte totalmente metálica e uma junta de extensão de metal e material composto híbrida conectando a parte composta com a parte metálica, formando a colocação em caPetição 870190112114, de 01/11/2019, pág. 10/29

UM madas incluindo a colocação em camadas de uma pluralidade de camadas onde cada uma das camadas é formada pela colocação de uma pluralidade de camadas de resina composta em apoio de borda para borda com uma folha metálica de titânio formando um ponto de transição de material composto para metal na camada;

[0029] a colocação de uma camada de adesivo entre as folhas metálicas para unificar a parte metálica;

[0030] a formação da junta entre a parte composta e a parte metálica pelo enviesamento dos pontos de transição nas camadas com relação um ao outro;

[0031] a compactação das camadas; e [0032] a cura das camadas.

12. Estrutura de metal e material de resina composta híbrida, de acordo com a cláusula 9, na qual as sobreposições enviesadas formam uma junta de extensão de material composto para metal entre a parte de resina composta e a parte de metal.

13. Estrutura de metal e resina composta híbrida, de acordo com a cláusula 9, compreendendo adicionalmente uma camada de adesivo entre cada uma das folhas metálicas para unir as folhas e unificar a parte metálica.

14. Estrutura de metal e resina composta híbrida, de acordo com a cláusula 9, na qual cada uma das folhas metálicas é uma liga de titânio.

15. Parte metálica composta híbrida, compreendendo:

[0033] uma colocação em camadas de material composto reforçado com fibra que é encerrado em um local de interface, onde uma camada metálica de mesma espessura que o material composto continua até a borda metálica da parte, e a colocação de camadas é repetida com uma interface de material composto para metal que é enviesada na direção da borda da parte a partir do local da interface anterior e

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8/17 inclui uma camada de adesivo estrutural entre as camadas metálicas, com a próxima interface de metal para material composto enviesada para longe da borda de parte para produzir uma junta aninhada, e o empilhamento de interface enviesada produzindo linguetas aninhadas que continua até a espessura total da parte sem qualquer uma das camadas compostas se estenderem totalmente para a borda da parte. Breve Descrição das Ilustrações [0034] A Figura 1 é uma ilustração de uma vista em corte de uma estrutura composta possuindo uma junta de material composto para metal;

A Figura 2 é uma ilustração de uma vista em perspectiva da estrutura composta incluindo a junta de material composto para metal;

A Figura 3 é uma ilustração de uma vista em perspectiva da área designada como Figura 3 na Figura 2;

A Figura 4 é uma ilustração de uma vista transversal da junta, mais bem ilustrada intercalando entre as camadas compostas e as folhas metálicas;

A Figura 5 é uma ilustração de uma vista transversal de duas camadas separadas de junta ilustradas na Figura 4, também ilustrando a aplicação de um adesivo filme nas folhas metálicas;

A Figura 6 é uma ilustração de uma vista transversal aumentada de uma parte da junta formada por duas camadas ilustradas na Figura 5;

A Figura 7 é uma ilustração de um fluxograma amplo de um método de criação de uma estrutura composta possuindo a junta composta ilustrada nas Figuras de 2 a 4;

A Figura 8 é uma ilustração de um fluxograma ilustrando detalhes adicionais do método ilustrado na Figura 7;

A Figura 9 é um fluxograma de outro método de fabricação de uma estrutura composta possuindo a junta composta ilustrada nas

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Figuras de 2 a 4;

A Figura 10 é uma ilustração de um fluxograma de produção de aeronaves e metodologia de serviço;

A Figura 11 é uma ilustração de um diagrama em bloco de uma aeronave.

Descrição Detalhada [0035] Com referência primeiro à Figura 1, uma estrutura composta híbrida 20 inclui uma parte de resina composta 22 unida a uma parte metálica 24 por uma seção de transição 25 que inclui uma junta de material composto para metal 26. No exemplo ilustrado, a estrutura composta 20 é uma folha composta substancialmente plana, no entanto, dependendo da aplicação, a estrutura 20 pode ter uma ou mais curvas, contornos ou outras características geométricas. Por exemplo, a estrutura composta 20 pode compreender um revestimento contornado interno e/ou externo de uma aeronave (não ilustrada) que é fixado a uma parte de estrutura 28 da aeronave por meio de uma junta lap 30 e fixadores 32 que passam através do revestimento 20 para dentro da estrutura 28.

[0036] A estrutura 28 pode compreender um material composto, metálico ou outro material rígido, e a parte metálica 24 da estrutura 20 pode servir como um acessório metálico rígido 24 que é adequado para a transferência de uma faixa de cargas e tipos de carregamentos entre a estrutura 28 e a parte composta 20. Como será discutido abaixo em maiores detalhes, a parte metálica 24 pode compreender qualquer um dentre vários metais tal como, sem limitação, titânio que é substancialmente não reagente e compatível com a parte composta 20 e a estrutura 28. Em uma modalidade prática, por exemplo, e sem limitações, a parte de resina composta 22 pode compreender um epóxi reforçado com fibra de carbono, a parte metálica 24 pode compreender uma liga de titânio, e a estrutura 28 pode compreender uma liga de

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10/17 alumínio ou um composto. A seção de transição 25 e a junta 26 são fortes o suficiente para portar a faixa típica e tipos de carga entre a parte de resina composta 22 e a parte metálica 24, incluindo, mas não limitado a tensão, dobra, torção e cisalhamento. Apesar de a seção de transição ilustrada 25 e a junta 26 serem formadas entre uma parte de resina totalmente composta 22 e uma parte totalmente metálica 24, pode ser possível se empregar as mesmas para unir duas estruturas compostas diferentes (não ilustradas) ou duas estruturas metálicas diferentes (não ilustradas).

[0037] Com referência às Figuras de 1 a 4, uma colocação em camadas de camadas de material composto 35 é encerrada em um local de interface 39 referido posteriormente aqui como um ponto de transição 39, onde uma folha metálica ou camada 37 substancialmente de mesma espessura que as camadas de material composto 35 continua até a borda metálica 24a da parte metálica 24, e a colocação em camadas é repetida com uma interface de material composto para metal 39 que é enviesada na direção da borda metálica 24a a partir do local de interface anterior 39 e inclui uma camada de adesivo de metal estrutura 45 (ver Figuras 5 e 6) entre as camadas metálicas 37, com a próxima interface de metal para material composto 39 enviesada para longe da borda de parte 24a para produzir uma junta aninhada 27. Esse empilhamento de interface enviesado, que produz linguetas aninhadas 29 (ver Figura 3) é continuado até a espessura total da estrutura composta híbrida 20 sem quaisquer camadas compostas 35 se estendendo totalmente par a borda metálica 24a da parte totalmente metálica 24.

[0038] Com referência agora também às Figuras de 2 a 4, a parte composta 22 da estrutura 20 compreende uma pilha laminada 34 das camadas de resina reforçadas com fibra 35, e a parte metálica 24 da estrutura 20 compreende uma pilha 36 de folhas metálicas ou cama

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11/17 das 37 que são unidas para formar uma estrutura metálica substancialmente unificada. Como ilustrado nas Figuras 5 e 6, as camadas compostas 35 e as folhas metálicas 37 são dispostas em camadas 38. Cada uma das camadas 38 compreende uma ou mais das camadas compostas 35 em um apoio substancialmente de borda para borda com uma das folhas metálicas 37. Dessa forma, cada uma das camadas 38 transita em um ponto 39 de um material composto, isso é, camadas de resina composta 35, para um metal, isso é, folha metálica 37.

[0039] Os pontos de transição 39 são enviesados com relação um ao outro de acordo com uma programação de colocação em camadas predeterminada de modo que as camadas 35 e as folhas metálicas 37 se sobreponham uma à outra na seção de transição 25 (Figura 1). O enviesamento dos pontos de transição 39 cria múltiplas linhas de união que podem reduzir a ocorrência e/ou propagação de rachaduras ou separação na junta 26. O enviesamento dos pontos de transição 39 também resulta em uma forma de intercalamento das camadas compostas 35 e folhas metálicas 37 dentro da junta 26 que forma uma junta aninhada 27 entre a parte totalmente composta 22 e a parte totalmente metálica 24. Essa junta aninhada 27 também pode ser referida como uma união de extensão 26, uma junta de extensão 26 ou uma junta lap de múltiplas etapas 26. Os pontos adjacentes dentre os pontos de transição 39 são espaçados um do outro na direção de plano interno da estrutura 20 de modo a alcançar uma junta unida 26 que exibe características de desempenho ideais, incluindo resistência à soltura e propagação de inconsistências tal como rachaduras. No exemplo ilustrado, a junta aninhada 27 formando a junta 26 é uma forma de uma junta de extensão dupla 26 onde os pontos de transição 39 são enviesados em direções opostas a partir de um ponto geralmente central 55 de sobreposição máxima. No entanto, outras configu

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12/17 rações de junta são possíveis incluindo, mas não limitado a uma junta de extensão singular na qual os múltiplos pontos de transição 39 são enviesados em uma única direção.

[0040] As camadas compostas 35 podem compreender uma resina reforçada com fibra, tal como sem limitação, epóxi de fibra de carbono, que pode estar na forma de uma fita pré-impregnada unidirecional ou tecido. Outros reforços de fibra são possíveis, incluindo fibra de vidro, e o uso de materiais não pré-impregnados pode ser possível. As camadas compostas 35 podem ter orientações de fibra predeterminadas e são colocadas de acordo com uma programação de camada pré-definida para corresponder às especificações de desempenho desejadas. Como mencionado previamente, as folhas unidas 37 podem compreender um metal tal como titânio que é adequado para a aplicação pretendida. No exemplo ilustrado, a pilha 36 de folhas metálicas 37 possui uma espessura total t1 que é geralmente substancialmente igual à espessura t2 da pilha laminada 34 de camadas 35. No exemplo ilustrado, no entanto, t2 é ligeiramente maior do que ti por um fator de espessura de várias camadas de sobreposição 43 em lados opostos da pilha 37.

[0041] As Figuras 5 e 6 ilustram detalhes de duas camadas adjacentes 38 da junta 26 ilustradas nas Figuras de 2 a 4. Nesse exemplo, cada camada 38 compreende quatro camadas 35 possuindo uma espessura total coletiva Ti. As folhas metálicas individuais 37 das camadas adjacentes 38 são unidas por meio de uma camada de adesivo estrutural 45, que pode compreender um adesivo de filme comercial ou outras formas de um adesivo adequado que é colocado entre as folhas metálicas 36 durante o processo de formação de camadas.

[0042] A espessura combinada de cada folha metálica 37 e uma camada de adesivo 45 representada como T2 na Figura 5 é substancialmente igual à espessura T1 das camadas compostas 35 na camada

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38. Apesar de não ilustrado nas Figuras, um filme fino de adesivo pode ser colocado entre as camadas 35 para aumentar a resistência à união interlaminar. Em uma modalidade prática, as folhas metálicas de liga de titânio 37 podem ser utilizadas, cada uma possuindo uma espessura de aproximadamente 0,0063 cm, o adesivo de filme 45 podendo ter aproximadamente 0,012 cm. de espessura, e quatro camadas de epóxi de fibra de carbono composto 35 podendo ser utilizadas em cada camada 38 possuindo uma espessura total coletiva de cerca de 0,76 cm. Dependendo da aplicação, o uso de metais além de titânio pode ser possível. A distancia entre os pontos de transição adjacentes 39, e, dessa forma, o comprimento da sobreposição entre as camadas 38, além da espessura e do número de camadas compostas 35 e da espessura das folhas metálicas 37 dependerá das exigências da aplicação em particular, incluindo o tipo e magnitude das cargas que devem ser transmitidas através da junta 26, e possivelmente outras especificações de desempenho.

[0043] As camadas diferentes 38 da junta 26 entre dois materiais diferentes das partes composta e metálica 22, 24 respectivamente (Figura 1), tornam a estrutura 20 bem adequada para avaliações não destrutivas de qualidade de ligação utilizando sensores embutidos ou montados (não ilustrados). As ondas estruturais ultrassônicas (não ilustradas) podem ser introduzidas na estrutura 20 na borda da parte metálica 24, na parte composta 22 ou na seção de transição 25. Essas ondas ultrassônicas percorrem através do que soma um guia de onda formado pelas folhas metálicas 37 e as interfaces (não ilustradas) entre as camadas compostas 35 e as folhas metálicas 37. Sensores à base de MEMS (microeletromecânicos), sensores piezelétricos finos (não ilustrados) ou outros transdutores localizados na estrutura 20 podem ser utilizados para receber ondas estruturais ultrassônicas para fins de análise da condição das linhas de união na junta 26.

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14/17 [0044] Com referência agora à Figura 7, um método de criação de uma estrutura composta 20 compreende a formação de uma colocação em camadas composta de múltiplas camadas como ilustrado em 65. A formação de camadas inclui a colocação em camadas de uma parte de resina composta 22 na etapa 67, a colocação em camadas de uma parte metálica 24 em 69. A etapa 65 de formação de camadas inclui adicionalmente a formação de uma junta de material composto e metal entre a parte de resina composta e a parte metálica da colocação em camadas, ilustrado em 71.

[0045] A Figura 8 ilustra detalhes adicionais do método ilustrado na Figura 7. Começando na etapa 40, as folhas metálicas individuais 37 são aparadas em um tamanho e/ou formato desejado. A seguir em 42, as superfícies das folhas metálicas 37 são preparadas por processos adequados que podem incluir a limpeza das folhas 37 com um solvente, a secagem das mesmas, etc., então em 44, a colocação em camadas é montada pela colocação de folhas metálicas 36 e camadas compostas 35 em uma sequência que é determinada por uma programação de camadas predefinida (não ilustrada) que inclui um enviesamento predeterminado dos pontos de transição 39 entre as camadas 35 e a folha metálica 36 em cada camada 38.

[0046] Durante o processo de colocação em camadas, as folhas metálicas 37 são sequenciadas como camadas na colocação em camadas, de forma muito parecida na qual as camadas compostas são sequenciadas em uma colocação em camadas em um processo de camadas convencional. Como ilustrado na etapa 46, o adesivo pode ser introduzido entre as folhas metálicas 37 a fim de unir as mesmas em uma estrutura metálica unificada. De forma similar, apesar de não ilustrado na Figura 8, um adesivo de união pode ser introduzido entre as camadas compostas individuais 35 a fim de aumentar a resistência da união entre essas camadas 35. A seguir, em 48, a colocação em

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15/17 camadas pode ser compactada utilizando-se qualquer uma dentre as várias técnicas de compactação conhecidas, tal como ensacamento com vácuo seguindo o que as camadas são curadas na etapa 50 utilizando autoclave ou processos de cura fora de autoclave. Na etapa 52, a estrutura composta curada 20 pode ser aparada e/ou inspecionada como necessário.

[0047] A Figura 9 ilustra outra modalidade adicional de um método de fabricação de uma parte composta híbrida 20. O método começa na etapa 73 com a colocação de pelo menos uma camada composta 35 que é encerrada em um local de interface 39 em uma ferramenta de colocação adequada (não ilustrada). Em 75, uma camada de metal adjacente 37 é colocada sendo substancialmente da mesma espessura que a camada de material composto adjacente 35. Como ilustrado em 77, o processo de colocação é repetido com uma interface de material composto e metal 39 que é enviesada na direção da borda metálica 24a da parte 20 a partir da localização de interface anterior 39. Em 79, uma camada 45 de adesivo estrutural é colocada entre as camadas metálicas 37. As etapas 73-79 são repetidas sucessivamente para a produção de uma junta aninhada 27 e um empilhamento de interface enviesado formando as linguetas aninhadas 29 até a espessura total da parte híbrida 20, sem quaisquer camadas compostas 35 se estendendo totalmente para a borda metálica 24a da parte 20. Apesar de não ilustrado na Figura 9, a colocação em camadas completada é ensacada com vácuo, processada para a remoção de espaços vazios, e é subsequentemente curada utilizando-se qualquer método de cura adequado.

[0048] As modalidades da descrição podem ter utilização em uma variedade de aplicações em potencial, particularmente na indústria de transporte, incluindo, por exemplo, aplicações aeroespaciais, marinhas e automotoras. Dessa forma, com referência agora às Figuras 10 e 11,

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16/17 as modalidades da descrição podem ser utilizadas no contexto de fabricação de uma aeronave e método de serviço 60 como ilustrado na Figura 10 e uma aeronave 62 como ilustrado na Figura 11. As aplicações de aeronaves das modalidades descritas podem incluir, por exemplo, uma ampla variedade de partes compostas estruturais e componentes, especialmente os que exigem o uso de fixadores durante o processo de montagem. Durante a pré-produção, o método ilustrativo 60 pode incluir a especificação e o desenho 64 da aeronave 62 e aquisição de material 66. Durante a produção, a fabricação de componente e subconjunto 68 e integração de sistema 70 da aeronave 62 ocorre. Depois disso, a aeronave 62 pode passar por certificação e distribuição 72 a fim de ser colocado a serviço 74. Enquanto em serviço por um cliente, a aeronave 62 é programada para manutenção e serviço de rotina 76 (que também pode incluir modificação, reconfiguração, reforma, e assim por diante).

[0049] Cada um dos processos de método 60 pode ser realizado por um integrador de sistema, uma terceira parte, e/ou um operador (por exemplo, um cliente). Para fins dessa descrição, um integrador de sistema pode incluir sem limitação qualquer número de fabricantes de aeronaves e subempreiteiros de sistema principal; uma terceira parte pode incluir sem limitação qualquer numero de vendedores, subempreiteiros e fornecedores; e um operador pode ser uma companhia aérea, uma companhia de leasing, entidade militar, organização de serviços, e assim por diante.

[0050] Como ilustrado na Figura 11, a aeronave 62 produzida pelo método ilustrativo 60 pode incluir uma aeronave 78 com uma pluralidade de sistemas 80 e um interior 82. Exemplos de sistemas de alto nível 82 incluem um ou mais dentre um sistema de propulsão 84, um sistema elétrico 86, um sistema hidráulico 88, e um sistema ambiental 90. Qualquer número de outros sistemas pode ser incluído. O método

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17/17 descrito pode ser empregado para fabricar partes, estruturas e componentes utilizados na estrutura aérea 78 ou no interior 82. Apesar de um exemplo aeroespacial ser ilustrado, os princípios da descrição podem ser aplicados a outras indústrias, tal como indústrias marinhas e automotoras.

[0051] Os sistemas e métodos consubstanciados aqui podem ser empregados durante qualquer um ou mais dos estágios de produção e método de serviço 60. Por exemplo, partes, estruturas e componentes correspondentes ao processo de produção 68 podem ser fabricados de forma similar a partes, estruturas e componentes produzidos enquanto a aeronave 62 está a serviço. Além disso, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método ou uma combinação dos mesmos podem ser utilizadas durante os estágios de produção 68 e 70, por exemplo, pela aceleração substancial da montagem ou redução do custo de uma aeronave 62. De forma similar, uma ou mais modalidades de aparelho, modalidades de método, ou uma combinação das mesmas podem ser utilizadas enquanto a aeronave 62 está a serviço, por exemplo, e sem limitação, para manutenção e serviço 76.

[0052] Apesar de as modalidades dessa descrição terem sido descritas com relação a determinadas modalidades ilustrativas, deve-se compreender que as modalidades específicas servem à finalidade de ilustração e não de limitação, visto que outras variações ocorrerão aos versados na técnica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Estrutura para aeronave composta híbrida de metal e resina compreendendo:

uma pluralidade de camadas laminadas (38) formando uma fibra reforçada, todas as partes compostas (22), todas as partes metálicas (24), e uma junta de articulação de material composto híbrido (26) conectando a parte composta (22) com a parte metálica (24);

caracterizada pelo fato de que cada uma das camadas (38) incluem uma pluralidade de camadas de resina reforçada com fibra (35) e uma folha metálica de titânio (37);

em que as camadas e a folha metálica (37) são dispostas em um apoio borda com borda uma com a outra formando um ponto de transição (39) de material composto e metal na camada (38);

em que a pluralidade de camadas (35) de cada uma das camadas (38) forma uma pilha laminada (34) de camadas de resina reforçada com fibra (35);

em que as folhas metálicas de titânio (37) de cada uma das camadas (38) formam uma pilha de folhas metálicas (37) possuindo bordas intercaladas com as bordas de camadas de resina reforçada com fibra (35) para formar uma junta de material composto e metal (26) conectando as camadas de resina reforçada com fibra (35) com as folhas metálicas (37), em que os pontos de transição (39) nas camadas (38) são enviesados um com relação um ao outro para formar uma junta de articulação e uma camada de adesivo (45) entre as folhas metálicas (37) para unitizar as folhas metálicas (37);

em que as folhas metálicas (37) são uma liga de titânio, e o reforço de fibra das camadas inclui carbono; e em que a espessura (T1) das camadas (35) em cada uma das camadas (38) é igual à espessura (T2) combinada de uma das foPetição 870190112114, de 01/11/2019, pág. 22/29
2/3 lhas metálicas (37) e a camada de adesivo (45).

2. Estrutura composta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as folhas metálicas (37) formam uma pilha de folhas metálicas (37) definindo uma borda metálica (24a) de todas as partes metálicas (24), em que nenhuma das camadas de resina (35) se estendem totalmente na borda metálica (24a) de todas as partes metálicas (24).
3. Estrutura composta, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as camadas de resina formam uma pilha laminada de camadas de resina reforçada com fibras (35); e as folhas de metal formam uma pilha de folhas de metal (37) tendo bordas intercaladas com bordas das camadas de resina reforçada com fibra (35) para formar uma junta de articulação de material composto e metal (26) conectando as camadas de resina reforçada com fibras com as folhas de metal.
4. Estrutura composta, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que as pilhas de camadas de resina reforçadas com fibras são dispostas em camadas, em que cada uma das camadas inclui uma folha de metal e pelo menos uma das camadas de resina reforçadas com fibra.
5. Método de fabricação de uma estrutura composta, caracterizada pelo fato de que compreende:

formar uma camada composta (35) de múltiplas camadas possuindo uma parte de resina composta (22) reforçada com fibra e uma parte metálica (24), incluindo a formação de uma junta de material composto e metal (26) entre a parte de resina composta (22) e a parte metálica (24) da camada, cada uma das camadas (38) incluindo uma pluralidade de camadas (35) de resina composta reforçada por fibras e uma folha metálica de titânio (37), em que as camadas (35) e a folha metálica (37) são dispostas em um apoio borda com borda uma

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3/3 com a outra formando um ponto de transição (39) de material composto e metal na camada (38), em que a pluralidade de camadas (635) de cada uma das camadas (38) forma uma pilha laminada (34), em que as folhas metálicas de titânio (37) de cada uma das camadas (38) formam um pilha de folhas metálicas (36), em que a parte de resina (22) composta inclui carbono e a parte metálica (24) é uma liga de titânio, em que formar a camada inclui formar cada uma das camadas colocando uma pluralidade de camadas de resina reforçada com fibra e uma folha metálica em apoio borda com borda uma com a outra para formar um ponto de transição entre a resina composta reforçada com fibra e o metal na camada, em que formar a camada inclui enviesar os pontos de transição nas camadas um com relação ao outro, o método ainda compreende:

unitizar a parte metálica pela colocação de uma cada de adesivo entre as folhas metálicas;

em que a espessura (Ti) das camadas (35) em cada uma das camadas (38) é igual à espessura (T2) combinada de uma das folhas metálicas (37) e uma cada de adesivo (45).