BR112014020107B1

BR112014020107B1 - Estruturas compósitas reforçadas para aeronaves e métodos de obtenção das mesmas

Info

Publication number: BR112014020107B1
Application number: BR112014020107-2A
Authority: BR
Inventors: John Everett Reighley; David Charles Hornick; Andrew Foose; Charles Owen Aitken
Original assignee: Gulfstream Aerospace Corporation
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2021-09-28
Also published as: EP2814731A4; BR112014020107A2; US8703269B2; CA2863241C; US20130209746A1; CA2863241A1; WO2013162671A2; EP2814731A2; EP2814731B1; CA3008948C; CA3008948A1; WO2013162671A3

Abstract

estruturas compósitas reforçadas para aeronaves e métodos de obtenção das mesmas. a presente invenção refere-se a estruturas compósitas reforçadas para aeronaves, e a métodos de obtenção das referidas estruturas compósitas reforçadas; uma estrutura compósita reforçada para uma aeronave compreende uma longarina compósita reforçada com fibra (12), formada por uma porção de sustentação (16) e pelo menos uma porção distal de transição (18), que se estende a partir da referida porção de sustentação (16), em uma primeira direção; as referidas porções (16) e (18) são definidas pela projeção de uma seção transversal variável em forma de "i" (20) na referida primeira direção, ao longo de, pelo menos, um trecho do comprimento total das porções (16) e (18); dita seção transversal variável em forma de "i" (20) apresenta uma seção de topo {22), uma seção de base (24) e uma seção de haste intermediária (26) que se estende entre as seções de topo (22) e de base (24); a seção transversal variável em forma de "i" (20) é configurada de modo que a altura de sua seção de haste intermediária (26) diminui na referida primeira direção, ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total da porção distal de transição (18).

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção refere-se, de um modo geral, a estruturas compósitas reforçadas e a métodos de obtenção das referidas estruturas; mais particularmente, a presente invenção refere-se a estruturas compósitas reforçadas destinadas a uma aeronave, tais como longarinas compósitas reforçadas com fibra e películas compósitas reforçadas fixadas às referidas longarinas, bem como aos métodos de obtenção das mesmas.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] Como é do conhecimento da técnica, a fuselagem, as asas, e a empenagem (parte terminal) de uma aeronave incluem longarinas que são afixadas em uma película externa, dando origem às superfícies externas lisas das referidas fuselagem, asas e empenagem. As longarinas e a película externa cooperam para proporcionar a essas partes da aeronave, rigidez e resistência à flexão e à torção. Tradicionalmente, as superfícies externas da fuselagem, das asas e da empenagem, bem como as longarinas a elas associadas, são fabricadas a partir de materiais metálicos, tais como alumínio, aço ou titânio. As longarinas geralmente incluem uma porção de sustentação (ou alma), e pelo menos uma porção distai. A porção de sustentação (ou alma) pode ser configurada por uma parede plana, que é geralmente orientada em uma direção aproximadamente perpendicular à película, e que se estende ao longo de uma direção longitudinal em relação à fuselagem e à empenagem, e ao longo de uma direção paralela ao eixo das asas; desta forma, a alma das longarinas proporciona resistência à flexão. A porção distai pode ser prevista em uma ou em ambas as bordas longitudinais da porção de sustentação (ou alma), e proporciona maior rigidez, bem como configura suporte para a longarina. A porção distai ao longo de uma das bordas longitudinais da alma pode também ser utilizada como uma superfície de fixação, através da qual a longarina e a película externa são unidas entre si .

[0003] Materiais compósitos reforçados com fibra vêm sendo amplamente utilizados em uma variedade de produtos de aeronaves militares e comerciais, como substituto para os metais, particularmente em aplicações nas quais são necessários peso relativamente baixo e elevada resistência mecânica. Tais materiais compósitos são geralmente constituídos por uma rede ou trama de fibras reforçadas, dispostas em camadas ou pregas. As camadas incluem uma matriz de resina que umedece substancialmente as fibras, e que é curada para formar uma ligação íntima entre a resina e as fibras reforçadas. Esse material compósito pode ser conformado, de modo a resultar em um componente estrutural, sendo que tal conformação pode ser efetuada através de uma variedade de métodos de conformação conhecidos, tais como extrusão, ensacamento a vácuo, autoclavagem, e/ou similares.

[0004] Como as películas e as longarinas empregadas nas várias partes das aeronaves transitam entre materiais metálicos e materiais compósitos reforçados com fibra, verifica-se a existência de alguns problemas. Em um processo de fabricação usual, uma película compósita reforçada com fibra é obtida pelo empilhamento de várias camadas de fibras reforçadas em uma matriz de resina. Normalmente, algumas das camadas são escalonadas umas em relação às outras, de modo que a pilha pode resultar em uma conformação cônica ou arredondada desejada. As camadas empilhadas são aquecidas e pressurizadas para a cura da matriz de resina polimérica, e para a formação de uma película pré-curada. Um ferramental de moldagem, por exemplo, um molde metálico, contendo um material compósito reforçado com fibra, não curado, e pré-moldado ou pré- formado no formato de uma longarina, é posicionado ao longo da película pré-curada. Pressão e calor são aplicados para curar a longarina pré-moldada, usando o ferramental de molde para formar uma longarina compósita reforçada com fibra, que é ligada à película pré-curada. Infelizmente, é frequente a ocorrência de defeitos ao longo da interface entre a película pré- curada e a longarina compósita reforçada. Em particular, a película pré-curada geralmente apresenta uma superfície externa com contornos (níveis) que incluem pequenos degraus ou declives, que são formados pelas camadas empilhadas de fibras e pela resina de polímero. Assim sendo, é difícil igualar e posicionar o ferramental, de modo a fazê-lo seguir continuamente a superfície externa da película pré-curada, com o que, muitas vezes, o ferramental efetua "pontes" nessas zonas da película pré-curada, criando, na interface entre a película pré-curada e a longarina compósita reforçada com fibra, ora áreas pouco comprimidas, que formam espaços vazios, ora áreas excessivamente comprimidas, que formam áreas pobres em resina. Estas áreas mais e menos comprimidas podem reduzir a eficácia de transferência de carga entre a película pré-curada e a longarina, reduzindo, assim, a rigidez e a resistência proporcionadas pela longarina compósita reforçada com fibra. Além disso, as longarinas compósitas reforçadas formadas por este processo de fabricação, ou por processos similares, apresentam a porção distai disposta em apenas uma das bordas longitudinais da porção de sustentação, ou alma, da longarina, em função de ser difícil remover o ferramental de moldagem após a cura. Assim sendo, a rigidez e a resistência proporcionadas pela longarina compósita são ainda mais comprometidas.

[0005] Por conseguinte, seria desejável obter estruturas compósitas reforçadas para utilização em aeronaves, incluindo as longarinas compósitas reforçadas com fibra, e opcionalmente, as películas compósitas reforçadas fixadas às referidas longarinas, que fornecessem maior rigidez e maior resistência à flexão e à torção, bem como métodos para produzir tais estruturas compósitas reforçadas. Outras características da presente invenção tornar-se-ão evidentes a partir da descrição detalhada que será, a seguir, apresentada, e das reivindicações anexas, tomadas em conjunto com os desenhos que acompanham este relatório.

RESUMO DA INVENÇÃO

[0006] A presente invenção refere-se a estruturas compósitas reforçadas para aeronaves, e aos métodos de obtenção das referidas estruturas compósitas reforçadas. De acordo com uma forma de realização exemplificativa, uma estrutura compósita reforçada para uma aeronave compreende uma longarina compósita reforçada com fibra. Tal longarina compósita reforçada com fibra compreende uma porção de sustentação, ou alma, e pelo menos uma porção distai, que se estende a partir da porção de sustentação (alma), em uma primeira direção. A porção de sustentação (alma) e as porções distais são definidas pela projeção de uma seção transversal variável em forma de "I", na referida primeira direção, ao longo de, pelo menos, um trecho do comprimento total da porção de sustentação (alma) e das porções distais. A seção transversal variável em forma de "I" apresenta uma seção de topo (superior) , uma seção de base (inferior) , e uma seção intermediária, que se estende entre a seção de topo e a seção de base. A seção transversal variável em forma de "I" é configurada de tal modo que a altura da porção de sustentação (alma) diminui na referida primeira direção, ao longo de pelo menos um trecho do comprimento cotai da porção distai.

[0007] De acordo com outra forma de realização exemplificativa, a estrutura compósita reforçada para uma aeronave compreende uma longarina compósita reforçada com fibra. A longarina compósita reforçada com fibra compreende uma porção de sustentação (alma) e pelo menos uma porção distai que se estende a partir da porção de sustentação (alma) em uma primeira direção. A porção de sustentação (alma) e as porções distais são definidas pela projeção de uma seção transversal variável em forma de "I" ao longo de, pelo menos, um trecho do comprimento total da porção de sustentação e das porções distais. A seção transversal variável em forma de "I" tem uma seção de topo (superior) , uma seção de base (inferior) , e uma seção de haste (intermediária) que se estende entre a seção de topo e a seção de base. A seção transversal variável em forma de "I" é configurada de tal modo que a altura da seção de haste intermediária diminui, e a largura da referida seção de haste intermediária aumenta, ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total da porção distai, para fundir a seção de topo com a seção de base. A estrutura da película é fixada à longarina compósita reforçada com fibra ao longo da referida seção de base.

[0008] De acordo com outra forma de realização exemplificativa, é previsto um método de obtenção da estrutura compósita reforçada para aeronaves. O método compreende a etapa de acomodar um conjunto pré- impregnado ao longo de uma cavidade prevista em um molde elastomérico, para formar uma longarina pré- impregnada e pré-moldada. A longarina pré-impregnada e pré-moldada é posicionada, juntamente com o molde elastomérico, sobre uma estrutura de película. A longarina pré-impregnada e pré-moldada é aquecida e pressurizada, usando o molde elastomérico para curar a longarina pré-impregnada e pré-moldada, e para formar uma longarina compósita reforçada com fibra afixada à estrutura de película.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] A presente invenção será a seguir descrita em conjugação com os desenhos abaixo especificados, nos quais os elementos semelhantes foram indicados pelos mesmos números.

[0010] A FIG. 1 é uma vista lateral de uma estrutura compósita reforçada para uma aeronave, de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[0011] A FIG. 2 é uma vista em corte da referida estrutura compósita reforçada, segundo a linha 2-2 indicada na FIG. 1.

[0012] A FIG. 3 é uma vista em perspectiva parcial de um trecho da referida estrutura compósita reforçada, de acordo com a mesma forma de realização.

[0013] A FIG. 4A é uma vista lateral do trecho da estrutura ilustrado na FIG. 3.

[0014] As FIGs. 4B, 4C, 4D e 4E são vistas em corte do referido trecho, respectivamente segundo as linhas 4B-4B, 4C-4C, 4D-4D e 4E-4E indicadas na FIG. 4A.

[0015] As FIGs. 5 a 9 são vistas em corte de uma estrutura compósita reforçada, durante as etapas de sua fabricação, de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[0016] A FIG. 10 é uma vista em corte parcialmente explodido de uma estrutura compósita reforçada de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0017] A descrição detalhada a seguir apresentada é meramente exemplificativa na sua natureza, e não se destina a limitar a invenção ou a aplicação e o uso da mesma. Além disso, não há nenhuma intenção de esta descrição detalhada ser atrelada a qualquer teoria explícita ou implícita que já tenha sido divulgada no estado da técnica.

[0018] Diversas formas de realização aqui descritas referem-se a estruturas compósitas reforçadas para uma aeronave incluindo longarinas compósitas reforçadas com fibra, e, opcionalmente, películas compósitas reforçadas com fibra afixadas às referidas longarinas compósitas, bem como aos métodos de obtenção de tais estruturas compósitas reforçadas. Ao contrário da técnica anterior, as formas de realização aqui expostas preveem um conjunto pré-impregnado disposto no interior e ao longo de uma cavidade formada em um molde elastomérico, por exemplo, um molde de silicone, para formar uma longarina pré-moldada e pré- impregnada. O conjunto pré-impregnado é constituído por uma pluralidade de camadas pré-impregnadas que são empilhadas em conjunto, e que podem ser orientadas em uma disposição predeterminada. Tal como aqui utilizado, o termo "conjunto pré-impregnado" refere-se a um conjunto de camadas de fibras reforçadas pré- impregnadas com uma resina, como já é do conhecimento da técnica. As camadas pré-impregnadas reforçadas podem incluir camadas de fibras unidirecionais, de tecido ou fibras de tecido, de não-tecido, de fibras aleatórias, de fibras trançadas, de fibras contínuas, e/ou de fibras descontínuas. Exemplos não restritivos de fibras reforçadas incluem fibras de vidro, fibras de carbono, fibras cerâmicas, fibras metálicas, fibras poliméricas, e semelhantes. Exemplos não restritivos de resinas poliméricas incluem epóxis, poliuretanos e/ou precursores de poliuretano, poliésteres e/ou precursores de poliéster, e outros semelhantes. Outras fibras reforçadas e/ou outras resinas poliméricas conhecidas da técnica, no ramo dos materiais compósitos reforçados com fibra, podem também ser utilizadas.

[0019] Em uma forma de realização exemplificativa, a cavidade do molde elastomérico apresenta uma seção transversal variável em forma de "T" que se projeta através de um trecho do molde elastomérico. A seção transversal variável aqui ilustrada constitui um exemplo, entendendo-se que as dimensões, por exemplo, a altura, a espessura e/ou a largura, da referida seção transversal podem variar ao longo do comprimento. A seção transversal variável em forma de "T" tem uma seção de cavidade de topo e uma seção de cavidade de haste que se estende entre a seção de cavidade de topo e a superfície externa do molde elastomérico. O molde elastomérico é flexível e pode ser dobrado para facilitar o posicionamento das porções do conjunto pré-impregnado na seção de cavidade de topo e na seção de cavidade de haste do molde. Em uma forma de realização exemplificativa, as porções distais extremas opostas do conjunto pré- impregnado se estendem a partir da seção de cavidade de haste para fora do molde elastomérico. As porções distais extremas opostas do conjunto pré-impregnado são dobradas sobre os lados adjacentes da superfície externa do molde elastomérico. Desta forma, a longarina pré-moldada e pré-impregnada adquire uma seção transversal variável em forma de "I", e compreende uma seção pré-moldada de topo, uma seção pré-moldada de haste e uma seção pré-moldada de base, que correspondem às porções do conjunto pré-impregnado dispostas ao longo da seção de cavidade de topo, da seção de cavidade de haste e dos lados adjacentes da superfície externa do molde elastomérico, respectivamente.

[0020] Em uma forma de realização exemplificativa, a longarina pré-impregnada e pré-moldada é posicionada, juntamente com o molde elastomérico, sobre uma estrutura de película. A seção pré-moldada de base da longarina pré-impregnada e pré-moldada é disposta diretamente sobre a superfície externa da estrutura de película, com os lados adjacentes da superfície externa do molde elastomérico se sobrepondo em relação à referida seção pré-moldada de base. Em uma forma de realização exemplificativa, a estrutura da película compreende um material reforçado de fibra, não curado, tal como, por exemplo, uma pluralidade de camadas ou pregas pré-impregnadas que são empilhadas em conjunto, em uma orientação predeterminada. Em uma forma de realização alternativa, a estrutura da película compreende um material reforçado de fibra, curado. Calor e pressão são aplicados à estrutura da película t e à longarina pré-impregnada, usando o molde elastomérico para fundir a longarina pré-impregnada na estrutura de película, formando uma longarina compósita reforçada com fibra que é afixada na estrutura de película. Os inventores descobriram que, com a utilização de um molde elastomérico para posicionar e fixar a longarina pré-moldada e pré- impregnada à estrutura de película, o referido molde elastomérico flexiona prontamente sob pressão, e se amolda para se conformar com a superfície externa da estrutura de película, fazendo com que a seção de base pré-moldada da longarina pré-moldada e pré-impregnada, que é "ensanduichada" entre o molde elastomérico e a estrutura de película, siga continuamente os contornos (níveis) e/ou quaisquer pequenos degraus ou declives da superfície externa da estrutura de película. Desta forma, consegue-se reduzir, minimizar ou até mesmo eliminar as áreas pouco comprimidas e as áreas excessivamente comprimidas ao longo da interface entre a estrutura de película e a longarina compósita reforçada com fibra.

[0021] Em uma forma de realização exemplificativa, como discutido acima, a longarina compósita reforçada com fibra compreende uma porção de sustentação (ou alma) e pelo menos uma porção distal de transição que se estende a partir da porção de sustentação, em uma primeira direção. A porção de sustentação (alma) e as porções distais de transição são definidas pela projeção de uma seção transversal variável em forma de "I" (ou seja, correspondem à seção transversal variável em forma de "I" da longarina pré-moldada e pré-impregnada) , na referida primeira direção, ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total da porção de sustentação e das porções distais de transição. A seção transversal variável em forma de "I" apresenta uma seção de topo, uma seção de base, e uma seção de haste que se estende entre a seção de topo e a seção de base. As referidas seção de topo, seção de base e seção de haste correspondem, respectivamente, à seção pré-moldada de topo, à seção pré-moldada de base e à seção pré-moldada de haste da longarina pré-impregnada/pré-moldada. Em uma forma de realização exemplificativa, a seção transversal variável em forma de "I" é configurada de tal modo que a altura da seção de haste diminui na primeira direção, ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total da porção distai, para fundir a seção de topo com a seção de base. Notadamente, as seções de topo e de base são configuradas como porções distais que são dispostas ao longo de ambas as bordas longitudinais opostas da porção de sustentação (ou alma) . Desta forma, as seções de topo e de base se estendem continuamente ao longo da porção de sustentação (alma) e das porções distais da longarina, para melhorar a rigidez e a resistência da mesma. Em uma forma de realização exemplificativa, a seção transversal variável em forma de "I" também é configurada de modo que a largura da seção de haste aumenta na referida primeira direção, ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total da porção distai, definindo um formato de "cunha". Os inventores descobriram que, com a previsão das referidas porções distais, cuja seção de haste apresenta formato de "cunha", o molde elastomérico pode ser facilmente flexionado e dobrado em relação à seção de topo, para facilitar a posterior remoção do molde elastomérico da longarina compósita reforçada com fibra.

[0022] Com referência às FIGs. 1 e 2, uma estrutura compósita reforçada (10) para uma aeronave, de acordo com uma forma de realização exemplificativa, é ilustrada em vista lateral e em vista em corte, respectivamente. A estrutura compósita reforçada (10) compreende uma longarina compósita reforçada com fibra (12) e uma estrutura de película (14) que é afixada à longarina compósita reforçada com fibra (12). Como será discutido em detalhe mais abaixo, a longarina compósita reforçada com fibra (12) e a estrutura de película (14) são formadas, cada uma delas, a partir de um material compósito reforçado com fibra (30) , que já se encontra curado nesta fase. Tal como ilustrado, de acordo com uma forma de realização exemplificativa, a longarina compósita reforçada com fibra (12) compreende uma porção de sustentação (ou alma) (16), e duas porções distais de transição (18) que se estendem a partir da porção de sustentação (16), em direções opostas. A porção de sustentação (16) e as porções distais de transição (18) são definidas pela projeção de uma seção transversal variável em forma de "I" (20) [ver a vista em corte transversal da longarina (12) ilustrada na FIG. 2], ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total das porções (16) e (18). Embora a estrutura de película (14) tenha sido ilustrada como sendo relativamente plana, deve ser entendido que tal estrutura (14) pode ser cônica ou encurvada, podendo incluir pequenos degraus ou declives que devem ser acompanhados pela longarina compósita reforçada com fibra (12), a qual geralmente segue os contornos (os níveis) da estrutura de película (14). Desta forma, a direção e o comprimento nos quais a seção transversal variável em forma de "I" (20) é projetada para definir a longarina compósita reforçada com fibra (12), podem ser lineares, não lineares, ou uma combinação de lineares e não lineares, de modo que a longarina compósita reforçada com fibra (12) consegue seguir os contornos (os níveis) da estrutura de película (14).

[0023] A referida seção transversal variável em forma de "I" (20) apresenta uma seção de topo (superior) (22), uma seção de base (inferior) (24) e uma seção de haste (intermediária) (26) que se estende entre as seções de topo (22) e de base (24). Como será discutido em detalhe mais abaixo, a longarina compósita reforçada com fibra (12) compreende um inserto superior pré-curado (28) , disposto dentro da seção de topo (22) da porção de sustentação (16) e das porções distais de transição (18), sendo que o material compósito reforçado com fibra (30) da seção de topo (22) encobre o referido inserto pré-curado (28). A seção de base (24) encontra-se afixada à estrutura da pelicula (14) e, como ilustrado, pode ter uma primeira porção em degrau (32) e uma segunda porção em degrau (34) para fazer a transição entre a longarina (12) e a estrutura de pelicula (14).

[0024] Com referência também às FIGs. 3 a 4E, a seção de haste intermediária (26) tem uma altura determinada, que é indicada por uma seta de duas pontas (36) na FIG. 4D, bem como uma largura determinada, que é indicada por duas setas opostas (38) nas FIGs. 4B, 4C e 4D. Em um exemplo de realização, as porções da seção de haste intermediária (26) que se estendem ao longo das porções distais (18), incluem, cada uma delas, uma porção em forma de cunha (40) . Em particular, a seção transversal variável em forma de "I" (20) é configurada de tal modo que a altura de sua seção de haste intermediária (26) [indicada pela seta (36)] diminui gradativamente, e a largura da mesma seção de haste intermediária (26) [indicada pelas setas (38)] aumenta gradativamente, ao longo do comprimento das porções distais (18), para fundir a seção de topo (22) com a seção de base (24) . Em uma forma de realização exemplificativa, cada uma das porções distais (18) compreende um inserto em forma de cunha (39), que é disposto dentro da seção de haste intermediária (26) da referida porção distai (18) , e que se estende longitudinalmente ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total da referida porção (18). 0 material compósito reforçado com fibra (30) sobrepõe-se ao referido inserto em forma de cunha (39) . Com relação a isso, o inserto em forma de cunha (39) ajuda a formar a porção em forma de cunha (40). O inserto em forma de cunha (39) pode ser feito a partir de um material relativamente rígido, de baixa densidade, tal como espuma rígida, por exemplo, espuma rígida de polimetacrilamida (PMI). Um material adequado é a espuma Rohacell®51 WF, fabricada pela empresa Evonik Industries AG, com sede em Darmstadt, Alemanha. Outros materiais relativamente rígidos, de baixa densidade, conhecidos da técnica também podem ser utilizados para formar o inserto em forma de cunha (39) .

[0025] As FIGs. 5 a 10 ilustram métodos de obtenção da estrutura compósita reforçada (10), de acordo com diversas formas de realização. As etapas do processo, os procedimentos e os materiais aqui descritos devem ser considerados apenas como exemplos das possíveis formas de realização, sendo destinados a ilustrar, para um especialista no ramo, os métodos para a obtenção da estrutura da invenção; obviamente, a invenção não se limita a estes exemplos de formas de realização. Diversas etapas na fabricação de estruturas compósitas reforçadas são bem conhecidas, e, por isso, com o intuito de simplificar e abreviar a descrição, algumas etapas convencionais serão aqui mencionadas brevemente, ou serão inteiramente omitidas, sem a necessidade de se fornecer detalhes de um processo já usual.

[0026] Com referência à FIG. 5, uma porção da estrutura compósita reforçada (10) descrita acima é ilustrada na fase inicial de sua fabricação. Uma pluralidade de camadas pré-impregnadas (50) é empilhada uma sobre a outra, para formar uma pilha pré-impregnada (51) que é posicionada sobre uma ferramenta de moldagem (52). Um inserto de topo pré- curado (28) é previsto para encobrir a parte central (54) da pilha pré-impregnada (51), de tal modo que porções distais extremas opostas (56) da pilha pré- impregnada (51) prolongam-se lateralmente para além do inserto de topo pré-curado (28) . Em uma forma de realização exemplificativa, o inserto de topo pré- curado (28) é configurado na forma de uma faixa alongada, que constitui um elemento rígido para ajudar a dar forma e resistência à pilha pré-impregnada (51).

[0027] Com referência à FIG. 6, a pilha pré-impregnada (51) , juntamente com o inserto de topo pré-curado (28), são posicionados no interior da cavidade (58) da ferramenta de moldagem (52). Um inserto de moldagem removível (60), configurado como uma tira alongada, é disposto substancialmente na vertical em relação à porção central do inserto de topo pré-curado (28), de tal modo que o inserto de topo pré-curado (28) e o inserto removível (60) delimitam a formação da figura de um "T" invertido. Em uma forma de realização exemplificativa, o inserto removível (60) é formado a partir de um material relativamente antiaderente, tal como o politetrafluoretileno (PTFE), ou outros semelhantes, de modo que a pilha pré-impregnada (51) não adere ao referido inserto removível (60). As porções distais extremas opostas (56) da pilha pré- impregnada (51) são dobradas sobre o inserto pré- curado (28) e, depois, ao longo dos lados opostos do inserto removível (60), para formar um conjunto pré- impregnado (62) que tem uma seção de topo pré-moldada (64) e uma seção de haste pré-moldada (66). Em uma forma de realização exemplificativa, os insertos em forma de cunha (39) já mencionados acima (ver FIGs. 4B a 4E) são dispostos adjacentes às extremidades longitudinais do inserto de topo pré-curado (28), ou seja, correspondem à localização das porções distais (18) antes da dobragem, sendo que as porções distais extremas opostas (56) da pilha pré-impregnada (51) também são dobradas sobre os insertos em forma de cunha (39) para formar a seção de haste pré-moldada (66). A cavidade (58) da ferramenta de moldagem (52) pode ser arredondada para facilitar a dobragem da pilha pré-impregnada (51) sobre o inserto pré-curado (28) . Se desejado, camadas pré-impregnadas adicionais (68) podem ser posicionadas na pilha pré-impregnada (51), em locais e/ou orientações predeterminados, antes e/ou durante a dobragem da pilha pré-impregnada (51) .

[0028] Com referência à FIG. 7, o conjunto pré- impregnado (62) é disposto na cavidade (70) de um molde elastomérico (72). Em uma concretização ilustrativa, o molde elastomérico (72) é formado a partir de um material elastomérico, tal como silicone, e tem uma dureza Shore A de cerca de 50 a cerca de 70. Um material elastomérico adequado é o GT 1364 RTV Silcone, fabricado pela empresa GT Products, Inc. , localizada em Grapevine, Texas. Outros materiais elastoméricos adequados conhecidos da técnica, normalmente utilizados para moldes de conformação, também podem ser empregados. Em uma forma de realização, o molde elastomérico (72) é flexível e pode ser dobrado, fletido, e/ou manipulado para permitir o acesso à cavidade (70), até mesmo nas áreas do molde elastomérico (72) que apresentam regiões de bloqueio da saída da peça moldada significativas (por exemplo, zonas rebaixadas no molde que podem obstruir a retirada da peça da cavidade do molde).

[0029] Em uma forma de realização exemplificativa, a cavidade (70) é definida pela projeção de uma abertura com seção transversal variável em forma de "T" (74), longitudinalmente através do molde elastomérico (72), ao longo de todo o comprimento da cavidade (70) . A abertura em forma de "T" (74) tem uma seção de cavidade de topo (76) e uma seção de cavidade de haste (78) que se estende entre a seção de cavidade de topo (76) e a superfície externa (80) do molde elastomérico (72). Conforme ilustrado, a seção de cavidade de topo (76) representa uma área rebaixada ou de bloqueio da saída da peça moldada no molde elastomérico (72).

[0030] Em uma forma de realização exemplificativa, o conjunto pré-impregnado (62) é posicionado no interior do molde elastomérico (72) por dobragem e manipulações de partes do molde elastomérico (72), para expor progressivamente partes da seção da cavidade de topo (76). A seção de topo pré-moldada (64) é, então, progressivamente introduzida nas porções expostas da seção da cavidade de topo (76) . Assim que as porções expostas da seção da cavidade de topo (76) ficam preenchidas com a seção de topo pré-moldada (64) do conjunto pré-impregnado (62), as porções dobradas do molde elastomérico (72) voltam a relaxar, e retornam à sua posição original, alojando a seção de haste pré- moldada (66) do conjunto pré-impregnado (62) na seção de cavidade de haste (78) do molde elastomérico (72). Estendendo-se da seção de haste pré-moldada (66) para fora do moJde elastomérico (72), encontram-se uma primeira e uma segunda porções distais extremas (82) e (84) do conjunto pré-impregnado (62). Em uma forma de realização exemplificativa, a primeira e a segunda porções distais extremas (82) e (84) são dobradas sobre e ao longo dos lados adjacentes (86) da superfície externa (80) do molde elastomérico (72), para formar uma seção de base pré-moldada (88) do conjunto pré-impregnado (62). Assim, o conjunto pré- impregnado (62) adquire uma seção transversal variável em forma de "I" (83) formada pela seção de topo pré- moldada (64), pela seção de haste pré-moldada (66) e pela seção de base pré-moldada (88) para definir uma longarina pré-impregnada e pré-moldada (90). O inserto removível (60) é, em seguida, removido do conjunto pré-impregnado (62).

[0031] Com referência à FIG. 8, em uma forma de realização exemplificativa, um material de enchimento (92) é disposto entre a estrutura de película (14) e a seção de base (24) da porção de sustentação (16) e das porções distais de transição (18). Mais especificamente, o material de enchimento (92) pode ser posicionado ao longo de um espaço longitudinal que é formado entre o raio de curvatura (94) da primeira e da segunda porções distais extremas (82) e (84) do conjunto pré-impregnado (62) . Em uma forma de realização exemplificativa, o material de enchimento (92) é feito de um material polimérico curável, que pode ser reforçado com fibras e/ou enchimentos de reforço, ou, alternativamente, pode não incluir qualquer material de reforço. No estado não curado, o material de enchimento (92) pode ser configurado por um corpo alongado flexível ou uma haste flexível. 0 material de enchimento (92) ajuda a evitar quaisquer defeitos que poderiam ser posteriormente formados ao longo da interface entre a estrutura de película (14) e a longarina compósita reforçada com fibra (12), em função da presença do espaço longitudinal formado entre os raios de curvatura (94).

[0032] Com referência à FIG. 9, a longarina pré- impregnada e pré-moldada (90), juntamente com o molde elastomérico (72), são posicionados na estrutura de película (14) de tal modo que a seção de base pré- moldada (88) fica adjacente à estrutura de película (14) . Em uma forma de realização exemplificativa, a estrutura de película (14) compreende um material reforçado com fibra, não curado, tal como, por exemplo, um conjunto de camadas pré-impregnadas que são impregnadas com uma resina. Embora a presente concretização descreva a estrutura de película (14) como compreendendo um material reforçado com fibra não curado, deve ser entendido que, em formas de realização alternativas, a estrutura de película (14) pode compreender um material reforçado com fibra curado. Como ilustrado, pode ser prevista uma bolsa de vácuo (96) que envolve a estrutura de película (14) e o molde elastomérico (72), com a longarina pré- impregnada e pré-moldada (90) "ensanduichada" entre a estrutura de película (14) e o molde elastomérico (72). Um suporte (97) é posicionado sob a estrutura de película (14). Calor e pressão são, então, aplicados para curar (ou co-extrusar) a longarina pré-impregnada e pré-moldada (90) e a estrutura de película (14), de modo a formar a longarina compósita reforçada com fibra (12) afixada à estrutura de película (14), como mencionado acima. Obviamente, podem ser empregados usuais processos e equipamentos, sob variadas condições, para se obter a cura (ou co-extrusão) da longarina pré-impregnada e pré-moldada (90) e a estrutura de película (14). Entre eles, pode ser prevista a utilização de uma autoclave, em combinação com a disposição da bolsa de vácuo (96), técnica esta já bem conhecida. Os inventores descobriram que o molde elastomérico (72) flexiona, sob pressão, para se adaptar à superfície externa (100) da estrutura de película (14), fazendo com que a seção de base pré- moldada (88) da longarina pré-impregnada e pré-moldada (90), que é colocada entre o molde elastomérico (72) e a estrutura de película (14), siga continuamente os contornos (os níveis) e quaisquer pequenos degraus ou declives da superfície externa (100) da estrutura de película (14). Assim sendo, áreas pouco comprimidas ou excessivamente comprimidas ao longo da interface entre a estrutura de película (14) e a longarina compósita reforçada (12) são reduzidas, minimizadas ou eliminadas.

[0033] Também com referência às FIGs. 1 e 3 a 4E, em uma concretização ilustrativa, o molde elastomérico (72) é removido da longarina compósita reforçada com fibra (12) pela dobragem e manipulação de partes do molde elastomérico (72), para liberar progressivamente a seção de topo (22) da longarina compósita reforçada com fibra (12) da cavidade (76), a qual forma uma zona de bloqueio da saída da peça moldada do molde elastomérico (72). Além disso, os inventores descobriram que, com a previsão das porções distais (18) na longarina compósita reforçada (12), cuja seção de haste intermediária (26) apresenta a porção em forma de "cunha" (40), o molde elastomérico (72) pode ser facilmente dobrado em torno da seção de topo (22) ao longo das porções distais (18), para facilitar a retirada do molde elastomérico (72) da longarina compósita reforçada com fibra (12) . Sem se limitar à teoria, acredita-se que a porção em forma de "cunha" (40) ajuda a reduzir a formação de rebaixos na seção de topo (76) da cavidade do molde elastomérico (72), especialmente nas áreas problemáticas correspondentes às porções distais (18), de modo a facilitar a retirada do molde elastomérico (72) da longarina compósita reforçada (12).

[0034] Com referência à FIG. 10, em uma forma de realização exemplificativa alternativa, um filme adesivo (98) pode também ser disposto entre o inserto pré-curado (28) e o material compósito reforçado com fibra (30) antes da dobragem da pilha pré-impregnada (51) sobre o inserto pré-curado (28), e/ou entre a estrutura de película (14) e a seção de base (24) antes da cura (ou co-extrusão) da longarina pré- impregnada e pré-moldada (90) e da estrutura de película (14). O filme adesivo (98) pode compreender uma resina polimérica curável, e ajuda a melhorar a força de adesão.

[0035] Ainda que tenha sido descrita e ilustrada pelo menos uma forma de realização, a título de exemplo, deve ser apreciado que pode haver um grande número de variações. Também deve ser entendido que as formas de realização apresentadas constituem apenas exemplos, e não têm a intenção de limitar o escopo, a aplicação ou a configuração da invenção. Ao contrário, a descrição detalhada anteriormente apresentada irá simplesmente proporcionar aos especialistas na técnica um roteiro conveniente para a implementação de um modo de realização da invenção. Deve ser entendido que várias alterações podem ser efetuadas na funcionalidade e na disposição dos elementos descritos no presente relatório, sem se afastar do escopo da invenção, tal como definida nas reivindicações anexas.

Claims

1. Estrutura compósita reforçada (10) para uma aeronave, a estrutura compósita reforçada (10) compreendendo: uma longarina compósita reforçada com fibra (12) compreendendo uma porção de sustentação (16) e uma porção distal de transição (18) que se estende a partir da porção de sustentação (16) em uma primeira direção, em que a porção de sustentação e as porções distais de transição (16, 18) são definidas pela projeção de uma seção transversal variável em forma de “I” (20) na primeira direção ao longo de pelo menos um trecho de um comprimento total combinado das porções de sustentação e distal (16, 18), em que a seção transversal variável em forma de “I” (20) apresenta uma seção de topo (22), uma seção de base (24) e uma seção de reforço (26) que se estende entre as seções de topo e de base (22, 24), e em que a seção transversal variável em forma de “I” (20) é configurada de modo que uma altura da seção de reforço (26) diminui na primeira direção ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total da porção distal de transição (18), caracterizada por a seção transversal variável em forma de “I” (20) é configurada de modo que uma largura da seção de reforço (26) aumenta na primeira direção ao longo, pelo menos, do trecho do comprimento total da porção distal de transição (18).

2. Estrutura compósita reforçada (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a seção de topo (22) funde-se com a seção de base (24) ao longo de pelo menos um trecho do comprimento total da porção distal de transição (18).

3. Estrutura compósita reforçada (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda pelo menos um dentre: um inserto de reforço em forma de cunha (39) que é disposto dentro da seção de reforço (26) da porção distal de transição (18), e um material compósito curado reforçado com fibra (30), que se sobrepõe ao inserto de reforço em forma de cunha (39); e um inserto de topo pré-curado (28) disposto dentro da seção de topo (22) da porção de sustentação e das porções distais de transição (16, 18), e um material compósito curado reforçado com fibra (30), que se sobrepõe ao inserto de topo pré-curado (28).

4. Estrutura compósita reforçada (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda uma estrutura de película (14) afixada à longarina compósita reforçada com fibra (12) ao longo da seção de base (24).

5. Método de obtenção da estrutura compósita reforçada (10) para uma aeronave, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por compreender as etapas de: acomodar um conjunto pré-impregnado ao longo de uma cavidade formando um molde elastomérico para formar uma longarina pré-impregnada e pré-moldada; posicionar a longarina pré-impregnada e pré- moldada juntamente com o molde elastomérico sobre uma estrutura de película (14); e aquecer e pressurizar a longarina pré- impregnada e pré-moldada, usando o molde elastomérico para curar a longarina pré-impregnada e pré-moldada e para formar uma longarina compósita reforçada com fibra (12) afixada à estrutura de película (14).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de acomodar compreender pelo menos um dentre acomodar um conjunto pré-impregnado no molde elastomérico que compreenda silicone e acomodar um conjunto pré-impregnado no molde elastomérico que tenha uma dureza Shore A de 50 a 70.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de posicionar a longarina pré-impregnada e pré-moldada sobre uma estrutura de película (14) que compreende um material reforçado de fibra não curado, e em que a etapa de aquecer e pressurizar compreende o aquecimento da estrutura de película (14) para curar o material reforçado de fibra não curado junto com a longarina pré-impregnada e pré-moldada, para fixar a estrutura de película (14) na longarina compósita reforçada com fibra (12).

8. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a cavidade é definida pela projeção de uma abertura com seção transversal variável em forma de “T”, em uma primeira direção através do molde elastomérico, ao longo de um comprimento da cavidade, em que a abertura de seção transversal variável em forma de “T” apresenta uma seção de cavidade de topo e uma seção de cavidade de reforço que se estende entre a seção de cavidade de topo e a superfície externa do molde elastomérico, e em que a etapa de acomodar compreende a dobragem de porções do molde elastomérico para facilitar o posicionamento do conjunto pré-impregnado nas seções de cavidade de topo e de reforço.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende ainda as etapas de: empilhar uma pluralidade de camadas pré- impregnadas (50) para formar uma pilha pré-impregnada (51); acomodar um inserto de topo pré-curado que se sobrepõe a uma primeira parte central da pilha pré- impregnada (51); dobrar as porções extremas opostas (56) da pilha pré-impregnada (51) sobre o inserto de topo pré- curado para formar um conjunto pré-impregnado apresentando uma seção de topo pré-formado (22) que inclui o inserto de topo pré-curado (28), sendo que a etapa de acomodar o conjunto pré-impregnado compreende a dobragem das porções do molde elastomérico para facilitar o posicionamento da seção de topo pré- moldada na seção de cavidade de topo do molde elastomérico.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que que compreende ainda a etapa de: posicionar um inserto de moldagem removível adjacente a uma segunda parte central do inserto de topo pré-curado (28), sendo que a etapa de dobrar as porções extremas opostas (56) compreende a dobragem das porções extremas opostas (56) da pilha pré- impregnada (51) sobre o inserto de topo pré-curado (28) e ao longo dos lados opostos do inserto de moldagem removível, para formar o conjunto pré- impregnado que inclui a seção de topo pré-moldada (22) e uma seção de reforço pré-moldada (26), e em que a etapa de acomodar o conjunto pré-impregnado compreende a dobragem das porções do molde elastomérico para facilitar o posicionamento das seções de topo e de reforço pré-moldadas (22, 26) nas seções de cavidade de topo e de reforço do molde elastomérico, respectivamente.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a etapa de acomodar o conjunto pré-impregnado compreende o posicionamento da seção de reforço pré-moldada na seção de cavidade de reforço, de modo que uma primeira porção distal extrema e uma segunda porção distal extrema da pilha pré-impregnada (51) estendem-se a partir da seção de cavidade de reforço para fora do molde elastomérico e em que o método compreende ainda as etapas de: dobrar as primeira e segunda porções distais extremas ao longo dos lados adjacentes da superfície externa do molde elastomérico, respectivamente, para formar o conjunto pré-impregnado que inclui uma seção de base pré-formada; e remover o inserto de formação removível do conjunto pré-impregnado.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de: posicionar um material de enchimento ao longo da seção de base pré-formada, em um espaço formado entre as primeira e segunda porções distais extremas antes da etapa de posicionamento da longarina pré- impregnada e pré-formada.

13. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de: posicionar as porções extremas opostas (56) da pilha pré-impregnada (51) sobre um inserto de reforço em forma de cunha (39), para formar a seção de reforço pré-formada (26) que inclui o inserto de reforço em forma de cunha (39).

14. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de aquecimento e pressurização da longarina pré-impregnada e pré- moldada compreender a formação da longarina compósita reforçada com fibra (12), em que a seção transversal variável em forma de “I” (20) é configurada de modo que uma altura da seção de reforço (26) diminui na primeira direção ao longo de, pelo menos, uma porção de um comprimento total da porção distal de transição (18) para fundir a seção de topo (22) com a seção de base (24) e em que a longarina compósita reforçada com fibra (12) é afixada à estrutura de película (14) ao longo da seção de base (24).