BR112016029083B1

BR112016029083B1 - Processo para ligação de uma estrutura em caixão, compreendendo peças elementares, asa de aeronave e aeronave

Info

Publication number: BR112016029083B1
Application number: BR112016029083-6A
Authority: BR
Inventors: Dominique Bailly; Cédric Blanchegeorge; Elric Minard
Original assignee: Daher Aerospace
Priority date: 2014-06-10
Filing date: 2015-06-10
Publication date: 2021-08-17
Also published as: EP3041664B1; BR112016029083A2; US10350830B2; PT3041664T; WO2015189242A1; FR3021898A1; CA2951757C; CA2951757A1; ES2654418T3; EP3041664A1; US20170232662A1; FR3021898B1

Abstract

processo de ligação de um conjunto de peças compósitas e conjunto obtido por esse processo processo e conjunto das superfícies de sustentação (100) para uma aeronave obtido por esse processo, para ligação de uma estrutura (100) em caixão, compreendendo peças elementares (230, 240, 321), ligadas segundo uma subestrutura de enrijecedores (230, 240) e revestimentos (321), a subestrutura e os revestimentos sendo constituídos de um material compósito com matriz polímero, processo esse que compreende etapas que consistem em: a. dimensionar a estrutura em caixão, em função das solicitações sofridas e para uma ligação colada dessa estrutura; b. obter uma cartografia das solicitações dessa estrutura e definir um primeiro limite de solicitação, em função de uma probabilidade de dano da estrutura; c. ligar a subestrutura e os revestimentos por colagem; d. nas zonas da estrutura em caixão ligada onde o primeiro limite de solicitação é atingido, aplicar uma contra estratificação (350) que recobre as peças elementares ligadas.

Description

[001] A presente invenção se refere a um processo de ligação de um conjunto de peças compósitas e um conjunto estrutural obtido por esse processo. A invenção é mais particularmente destinada a uma aplicação aeronáutica, notadamente à realização de um conjunto das superfícies de sustentação para aeronave.

[002] O documento WO 2013/038012 descreve um método para ligação de uma estrutura em caixa, método esse que utiliza uma ligação por colagem. Esse método de ligação, dito sem fixação, satisfaz inteiramente e permite notadamente ganhar em produtividade diante das soluções da técnica anterior, utilizando principalmente o rebita- mento. Esse tipo de ligação, por colagem, permite à estrutura assim ligada drenar os esforços de serviço, aos quais ela é submetida. Por exemplo, quando essa ligação é utilizada para a constituição de um caixão de conjunto das superfícies de sustentação submetido a solicitações de torção, as interfaces assim coladas permitem drenar os esforços entre o revestimento e a subestrutura em condições nominais de funcionamento. Todavia, para uma aplicação aeronáutica, a estru-tura dever ser tolerante aos danos, e, nessa configuração, uma interface colada, quando é degradada, não está em condições de transmitir esforços, segundo um cisalhamento paralelo a essa interface, e não oferece um caminho alternativo à propagação do fluxo de esforço. Também, segundo a técnica anterior, os conjuntos vitais para a segurança da aeronave, tais como o caixão do conjunto das superfícies de sustentação, permanecem ligados por rebitamento, mesmo se as peças elementares que os constituem sejam constituídas de materiais compósitos. Além do efeito desfavorável sobre a massa do conjunto assim obtido, a colocação de fixações leva a numerosas desvantagens em termos de produtividade e em riscos sem valor. Assim, a colocação de cada fixação deve fazer o objeto de uma perfuração, realizada enquanto que as peças elementares são pré-ligadas, de uma colocação, de um controle e, conforme o caso, de uma proteção face os riscos de faiscamento, caso esta desemboque em uma zona contendo combustível. Cada uma dessas operações é capaz de gerar um defeito e sobre uma estrutura de conjunto das superfícies de sustentação, vários milhares de fixações são colocadas, sabendo-se que determinadas dessas fixações devem ser realizadas tendo acesso apenas a um lado do revestimento ou dispondo apenas de um acesso reduzido sobre a outra face, devido ao fechamento, por esse revestimento, da estrutura em caixão.

[003] O documento EP 2 703 284 descreve a estrutura de um conjunto das superfícies de sustentação de aeronave, ligado por colagem.

[004] O documento FR 2 576 279 descreve a estrutura de um conjunto das superfícies de sustentação constituído de um material compósito e compreendendo uma ligação de uma longarina aos revestimentos que constituem as superfícies aerodinâmicas por esquadros.

[005] O documento US 5 847 375 descreve um processo de liga ção de uma estrutura de enrijecedores constituídos de um material compósito com matriz termoplástica por soldagem.

[006] A invenção visa a resolver os inconvenientes da técnica an terior e se refere para esse fim um processo para a ligação de uma estrutura em caixão que compreende peças elementares, ligadas segundo uma subestrutura de enrijecedores, e revestimentos, a subes- trutura e os revestimentos sendo constituídos de um material compósito com matriz polímero, processo esse que compreende etapas que consistem em: a. dimensionar a estrutura em caixão, em função das solicitações sofridas e para uma ligação colada dessa estrutura; b. obter um mapeamento das solicitações dessa estrutura e definir um primeiro limite de solicitação, em função de uma probabilidade de dano da estrutura; c. ligar a subestrutura e os revestimentos por colagem; d. nas zonas da estrutura em caixão ligada onde o primeiro limite de solicitação é atingido, aplicar uma contraestratificação (350) que recobre as peças elementares ligadas.

[007] Em todo o texto, o termo "zona" designa uma parte alveolar da estrutura em caixão, parte delimitada pelos revestimentos e pelos enrijecedores.

[008] Assim, essa contraestratificação permite criar um conjunto entre o revestimento e vários enrijecedores e oferece um caminho alternativo para a drenagem dos esforços entre esses enrijecedores, em caso de defeito no nível da colagem, sem apresentar os inconvenientes dos prendedores em termos de massa, de concentração de esforços, e de risco para a estanqueidade e o faiscamento.

[009] A invenção é vantajosamente aplicada segundo os modos de realização expostos a seguir os quais devem ser considerados indi-vidualmente ou segundo qualquer combinação tecnicamente operante.

[0010] Vantajosamente, o processo, objeto da invenção, comporta etapas que consistem em: e. determinar sobre o mapeamento obtido na etapa b) as zonas submetidas a um segundo limite de solicitação, superior ao primeiro limite, em função de uma probabilidade de dano da estrutura ligada; f. nas zonas da estrutura ligada em que o segundo limite é atingido, inserir prendedores entre as peças elementares ligadas.

[0011] Assim, essas fixações forneçam uma segurança suplemen- tares permanece limitada às zonas submetidas a grandes solicitações ou que requerem uma tolerância aos danos em condições rigorosas.

[0012] Vantajosamente, a operação de contraestratificação de uma zona compreende a instalação de uma camada pré-impregnado sobre a face do revestimento colado com enrijecedores da subestrutu- ra, a qual cobre uma parte do revestimento e uma parte doas calços dos enrijecedores nessa zona. Assim, a superfície da camada é sensivelmente aquela da zona considerada e a massa acrescentada é reduzida. A contraestratificação coopera com a colagem entre os calços dos enrijecedores e o revestimento, a fim de drenar o fluxo de esforços. A ausência de fixações permite utilizar essa zona como reservatório de combustível, evitando o tratamento específico das fixações diante da estanqueidade e do risco de faiscamento.

[0013] A invenção se refere também a um conjunto das superfícies de sustentação para uma aeronave, cuja estrutura em caixão é obtida pelo processo objeto da invenção, de acordo com qualquer um de seus modos de realização, esse caixão compreendendo uma parte central de ligação com a fuselagem, e comportando zonas de contra- estratificação nas extremidades. Assim, o reforço em contraestratifica- ção das zonas nas extremidades do conjunto permite reforçar a resistência da estrutura em caixão com iniciação de descascamento entre o revestimento e os enrijecedores.

[0014] Vantajosamente, o conjunto das superfícies de sustenta ção, objeto da invenção, comporta uma zona ligada por fixações na parte central. Assim, essa zona, que é a mais carregada e a mais exposta aos danos é mais particularmente reforçada.

[0015] De acordo com um modo de realização particular, o conjun to, objeto da invenção, comporta uma zona ligada por fixações nas ex-tremidades da estrutura em caixão. Assim, essa zona é reforçada, de maneira suplementar, em função das solicitações às quais ela é sub- metida.

[0016] De acordo com esse último modo de realização, o conjunto das superfícies de sustentação, objeto da invenção, comporta uma zona ligada unicamente por colagem entre a parte central e as zonas de extremidades da estrutura em caixão. Essas zonas que não compreendemfixação são mais particularmente destinadas à estocagem de combustível.

[0017] A invenção se refere também a uma aeronave que compre ende um caixão, um conjunto, de acordo com qualquer um dos modos de realização expostos antes. A utilização desse conjunto permite reduzir, ao mesmo tempo: a massa, o custo e o tempo de fabricação dessa aeronave.

[0018] A invenção é exposta a seguir, segundo seus modos de realização preferidos, de modo nenhum limitativo e com referência às figuras 1 a 4, nas quais: - a figura 1 mostra, segundo uma vista em perspectiva, um exemplo de realização de um conjunto das superfícies de sustentação, de acordo com a invenção; - a figura 2 representa, segundo uma vista, em perspectiva, o conjunto das superfícies de sustentação da figura 1, cuja face extra- dorso foi retirada sobre um semiconjunto das superfícies de sustentação; - a figura 3 representa uma vista de detalhes, segundo Z, marcado na figura 2 do conjunto das superfícies de sustentação, segundo esse exemplo de realização; e - a figura 4 representa uma vista de detalhe, segundo Y, marcado na figura 2, da extremidade do conjunto das superfícies de sustentação, segundo um exemplo de realização do conjunto objeto da invenção.

[0019] Na figura 1, segundo um exemplo de realização, o conjunto 100, objeto da invenção, compreende uma parte 110, dita central, parte essa que realiza a ligação entre esse conjunto das superfícies de sustentação e a fuselagem da aeronave (não representada). De cada lado dessa estrutura central, se estendem as asas 120. Cada asa comporta uma face 121 intradorso e uma face extradorso 122 recoberta por um revestimento. A título de exemplo não limitativo, esse conjunto das superfícies de sustentação tem um comprimento de 14 metros para uma largura máxima de aproximadamente 2 metros na mecha.

[0020] Na figura 2, essas faces 121, 122 intradorso e extradorso são constituídas por painéis de revestimento compósitos que são fixados sobre uma estrutura em caixão, compreendendo enrijecedores, ditos longarinas 230 e enrijecedores, ditos nervuras 240, de modo que esses enrijecedores constituem, com os revestimentos, uma estrutura em caixão compreendendo alvéolos. O termo "revestimento" se aplica a uma peça elementar, cuja espessura é inferior a 30 vezes a menor de suas outras dimensões. De um ponto de vista mecânico, esse revestimentoé assimilável a um casco, um enrijecedor 230, 240 sendo assimilável a um pó. De acordo com esse exemplo de realização os enrijecedores, assim como os revestimentos são constituídos de um material compósito estratificado que compreende fibras contínuas em uma matriz polímero. A título de exemplo não limitativo, trata-se de fibras de carbono em uma matriz termoendurecível como uma resina epóxida ou em uma matriz termoplástica constituída de poliéter éter acetona (PEEK), de poli-sulfeto de fenileno (PPS) ou de polieterimida (PEI). Segundo sua natureza, as longarinas e as nervuras são ligadas entre si por co-cozimento, soldagem, colagem até mesmo para de fixações, as interfaces de ligação dessa estrutura em grade sendo acessíveis antes da instalação dos revestimentos. Os revestimentos são ligados aos enrijecedores, segundo um processo de colagem, tal como descrito no documento WO 2013/038012.

[0021] Na figura 3, segundo um exemplo de realização, a ligação do revestimento 321, que constitui o intradorso com os calços dos enri- jecedores 230, 240 em uma zona central do conjunto das superfícies de sustentação, compreende uma contraestratificação 350 que se estende entre esse calço do enrijecedor e o revestimento 321. A título de exemplo não limitativo, a contraestratificação 350 compreende duas camadas de fibra de carbono pré-impregnados. Essa contra-estratificação350 é instalada, após a colagem do revestimento sobre os enrijecedores. Ela é vantajosamente polimerizada ao mesmo tempo que o cozimento da cola.

[0022] Na figura 4, de acordo com um exemplo de realização, a extremidade Y da asa, compreende, ao mesmo tempo, uma contra- estratificação 350, representada aqui entre um enrijecedor e o revestimento 321 intradorso, e uma ligação por fixações 450 atravessadoras entre os enrijecedores e os revestimentos, no caso o painel extradorso (não representado). O mesmo tipo de ligação combinado é utilizado nas zonas carregadas da parte central. De acordo com exemplos de realização não limitativos, essas fixações são rebites com extremidade de tração e anel de engaste conhecidos pelo nome comercial de LGP, ou uma fixação cega com parafuso com porca. Preferencialmente, essasfixações são constituídas de uma liga de titânio.

[0023] O mesmo tipo de ligação combinando, ou não, fixações e contraestratificação é utilizado na parte central Z de conjunto das superfícies de sustentação, parte muito carregada e exposta, devido à proximidade da quadrícula de trem de aeronave.

[0024] Voltando à figura 2, segundo esse exemplo de realização, as zonas compreendidas na parte intermediária X entre a parte central Z e a extremidade Y são ligadas unicamente por colagem dos revestimentos sobre os enrijecedores.

[0025] A escolha do modo de ligação, segundo a zona considera da,é deduzida de uma simulação numérica das solicitações sofridas pelo conjunto das superfícies de sustentação em casos de carregamento determinados, simulação realizada por exemplo por meio de um programa de cálculo por elementos finitos. As zonas que sofrem solicitações que ultrapassam um primeiro limite são reforçadas por uma contraestratificação e as zonas que ultrapassam um segundo limite de solicitação são reforçadas pela instalação de fixações entre o revestimento e os enrijecedores referidos. No exemplo da aplicação do processo, objeto da invenção, à realização de um conjunto de aeronave, as zonas particularmente carregadas se situam na parte central de ligação com a fuselagem e sobre a nervura de extremidade que fecha a extremidade da asa, e assegura a ligação com a ailerette ou Winglet, de extremidade do conjunto.

[0026] Em comparação das soluções inteiramente rebitadas da técnica anterior, o processo, objeto da invenção, permite dividir por um fator compreendido entre 10 e 100 o número de fixações colocadas, com desempenhos mecânicos iguais, para esse conjunto das superfícies de sustentação.

[0027] O processo, objeto da invenção, é mais particularmente adaptado à realização de um conjunto das superfícies de sustentação de aeronave, todavia o técnico o adapta facilmente os princípios a ou-trasaplicações que compreendem problemas similares de utilização.

Claims

1. Processo para ligação de uma estrutura (100) em caixão, compreendendo peças elementares (230, 240, 321), ligadas segundo uma subestrutura de enrijecedores (230, 240), e revestimentos (321), a subestrutura e os revestimentos sendo constituídos de um material compósito com matriz de polímero, processo esse caracterizadopelo fato de compreender as etapas que consistem em: a. dimensionar a estrutura em caixão, em função das solicitações sofridas e para uma ligação colada dessa estrutura; b. obter um mapeamento das solicitações dessa estrutura e definir um primeiro limite de solicitação, em função de uma probabilidade de dano da estrutura; c. ligar a subestrutura e os revestimentos por colagem; d. nas zonas da estrutura em caixão ligada onde o primeiro limite de solicitação é atingido, aplicar uma contraestratificação (350) que recobre as peças elementares ligadas.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende as etapas de: e. determinar sobre o mapeamento obtido na etapa b) as zonas submetidas a um segundo limite de solicitação, superior ao primeiro limite, em função de uma probabilidade de dano da estrutura ligada; f. nas zonas da estrutura ligada em que o segundo limite é atingido, inserir prendedores entre as peças elementares montadas.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de a operação de contraestratificação de uma zona compreender a colocação de uma camada pré-impregnada sobre a face do revestimento (321) colada com enrijecedores (20, 240) da subestrutu- ra, camada essa (350) que cobre uma parte do revestimento e uma parte das placas de base dos enrijecedores nessa zona.

4. Asa de aeronave (100), compreendendo uma estrutura em caixão, em que o dito caixão é obtido por um processo, de acordo com a reivindicação 2, e em que a dita asa (100) compreende uma parte central (110), fazendo ligação com a fuselagem, caracterizadapelo fato de comportar zonas de contraestratificação (350) nas extremidades (Y) da dita estrutura em caixão.

5. Asa de aeronave (100), de acordo com a reivindicação 4, caracterizadapelo fato de comportar uma zona ligada por prendedores (450) na parte central.

6. Asa de aeronave (100), de acordo com a reivindicação 5, caracterizadapelo fato de comportar uma zona ligada por fixações (450) nas extremidades da estrutura em caixão.

7. Asa de aeronave (100), de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de comportar uma zona ligada unicamente por colagem entre a parte central e as zonas de extremidades.

8. Aeronave, caracterizadapelo fato de compreender uma asa de aeronave (100), como definido na reivindicação 4.