BR112017021624B1 - Elemento de superfície de controle para uma aeronave e método para a produção de um elemento de superfície de controle - Google Patents

Abstract

ELEMENTO DE SUPERFÍCIE DE CONTROLE. A presente invenção refere-se a um elemento de superfície de controle (1) para uma aeronave, em particular spoiler, que compreende um elemento de forro superior (2), o qual possui um lado exterior circulável pelo ar (4); um elemento de forro inferior (3), o qual possui pelo menos uma nervura de reforço (8); e um elemento de núcleo (9) em um material de espuma; em que a nervura de reforço (8) esteja disposta entre dois segmentos centrais (10) do elemento de núcleo (9).

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um elemento de superfície de controle para uma aeronave, em particular um spoiler, com um elemento externo de forro superior, o qual possui um lado externo circulado pelo ar, com um elemento externo de forro inferior com pelo menos uma nervura de reforço e um elemento de núcleo feito de um material de espuma.

[0002] Além disso, a invenção refere-se a um método para produzir um elemento de superfície de controle, em particular um spoiler, em que um elemento externo de forro superior esteja conectado a um elemento externo de forro inferior, formando desta forma pelo menos uma nervura de reforço, em que um elemento de núcleo seja produzido em um material de espuma.

[0003] Na tecnologia de última geração, foram propostos vários projetos de elementos de superfície de controle aerodinâmicos, circulados por ar (em inglês designados como “control surfaces”), com os quais o controle de voo seja realizado. No caso de spoilers, geralmente foi fornecida uma estrutura de núcleo alveolar, a qual consiste em forros estruturais e um núcleo de suporte alveolado (em inglês designados como "honeycomb"). No entanto, esta forma de realização implica várias desvantagens. Verificou-se que as superfícies de controle conhecidas possuindo estruturas alveoladas, por um lado, são suscetíveis à entrada de água. Por outro lado, nem sempre foi garantida uma proteção uniforme contra impacto. Podem ocorrer danos entre as paredes do núcleo alveolado, no caso de um impacto. Além disso, a indústria aeronáutica está constantemente buscando alcançar economia de peso.

[0004] Na US 6 234 423 B1 é descrito um leme de profundidade, no qual um forro superior e um forro inferior são produzidos em duas etapas de processo distintas. Cada forro é fornecido com materiais de núcleo pré-impregnados (isto é, com produtos semiacabados de fibras, pré- impregnados com resinas reativas), os quais são endurecidos sob pressão e calor em uma autoclave. O forro superior é então colado ao forro inferior. Na fabricação dos forros, são formadas nervuras de reforço, que possuem uma seção transversal fechada, a qual é preenchida com um núcleo de espuma. Entre as nervuras de reforço são formadas, entretanto, cavidades. O processo conhecido é desvantajosamente limitado à produção de lemes de profundidade, em que além disso a sequência do processo ser muito complicada. A fabricação dos forros por pré-impregnados em etapas separadas do processo é complexo e caro. Além disso, as conexões adesivas entre o forro superior e inferior formam pontos fracos, que são propensos à danos, em particular por cargas de impacto. Consequentemente, não é possível assegurar uma transmissão da força efetiva do lado superior para o lado inferior da superfície de controle. Uma desvantagem adicional é que o conhecido leme de profundidade possuir cavidades entre as nervuras de reforço, as quais são propensas à penetração de água. Devido à estas limitações, o processo conhecido não foi suficiente para satisfazer os requisitos atuais de admissão no transporte aéreo.

[0005] A US 2009/072090 A1 refere-se a um elemento de superfície de controle em uma asa de aeronave. Em uma forma de concretização, uma estrutura de reforço está disposta entre os elementos de forro externos. A estrutura de reforço está localizada entre dois núcleos alveolares. Além disso, uma área livre é formada entre duas partes da estrutura de reforço.

[0006] A US 3 775 238 A mostra um aileron com painéis de forro, entre os quais estão dispostas as nervuras de reforço. Os painéis de forro são construídos em componentes compósitos com núcleo de espuma. Neste estado da tecnologia, espaços livres permanecem da mesma forma entre as nervuras de reforço do aileron.

[0007] A DE 10 2008 013 759 A1 descreve a produção de um componente compósito de fibra sob a forma de uma superfície de controle aerodinâmica, a qual possui elementos de reforço rodeados por um forro. Nesse caso, núcleos removíveis são introduzidos no centro do núcleo, com o objetivo de formar a geometria da superfície interna do componente compósito de fibra. Posteriormente, um produto semiacabado de fibra é colocado sobre os núcleos. O componente de compósito de fibra é finalmente produzido pelo processo RTM. Em seguida, os núcleos são removidos. Consequentemente, neste estado da técnica, os núcleos são finalmente removidos. Para este fim, o material central do núcleo trata-se de uma substância fundível, cujo ponto de fusão está acima da temperatura de endurecimento do material da matriz ou, também, de uma substância endurecida, a qual é posteriormente dissolvida novamente por um solvente adequado e pode ser lavada do componente produzido. Para a remoção dos núcleos, são utilizados os furos inseridos posteriormente no forro ou nas aberturas dispostas nas regiões de canto das nervuras transversais, que mais tarde servem como aberturas de drenagem para a água condensada.

[0008] O documento EP 1 227 035 A2 descreve um spoiler, no qual um encaixe de material plástico é previsto. O spoiler possui um núcleo leve sob a forma de um núcleo alveolado, o qual é coberto por um revestimento superior e um revestimento inferior. O núcleo leve possui um corte correspondente ao encaixe.

[0009] Por outro lado, o objetivo da invenção é eliminar ou diminuir algumas ou todas as desvantagens do estado da técnica. A invenção é, portanto, particularmente preocupada com a provisão de um elemento de superfície de controle do tipo mencionado inicialmente, que seja produzido por um processo simplificado, em particular por um processo de infusão, e facilita a formação de pelo menos uma nervura de reforço.

[00010] De acordo com a invenção, a nervura de reforço está disposta entre dois segmentos centrais do elemento de núcleo.

[00011] Vantajosamente, a nervura de reforço (ou um produto semiacabado para a concepção da nervura de reforço) pode ser fixado confiavelmente na lateral, através dos segmentos centrais, isto é, na direção longitudinal do elemento de superfície de controle (ou respectivamente, na direção de envergadura da aeronave). De preferência são previstas uma pluralidade de nervuras de reforço, respectivamente de rigidez, espaçadas na direção longitudinal do elemento de superfície de controle. A forma de realização de acordo com a invenção torna possível fabricar o elemento de superfície de controle em um processo de infusão, no qual um plástico no estado líquido é guiado, em particular, sugado através de um produto semiacabado de fibra, para fabricar em conjunto o forro superior, o forro inferior e a nervura de reforço. Durante a fabricação, a nervura de reforço pode ser posicionada e modelada com precisão através dos segmentos centrais, que estão em contato com a mesma. Além disso, a disposição do elemento de núcleo possui a vantagem, de que o elemento de superfície de controle seja melhor protegido contra a penetração de água durante a operação. Adicionalmente existe a vantagem de que a proteção contra choques seja melhorada. Quando o elemento de núcleo se alonga, além do pelo menos uma nervura de reforço entre os segmentos do núcleo, substancialmente por todo o comprimento (respectivamente, alongamento na direção longitudinal do elemento da superfície de controle) do espaço intermediário entre o forro superior e inferior do elemento da superfície de controle, a entrada de água ao longo do elemento da superfície de controle pode confiavelmente ser prevenida. Além disso, é de preferência previsto que os segmentos centrais do elemento de núcleo, de peça única ou múltipla, se prolonguem substancialmente em toda a largura (isto é, a sua extensão no plano principal do elemento de superfície de controle, substancialmente perpendicular à sua direção longitudinal) do espaço intermediário entre o forro externo superior e inferior. Por um lado, isto possui a vantagem de que a nervura de reforço seja fixada ao longo do seu comprimento. Por outro lado, a proteção contra a penetração de água possa ser adicionalmente melhorada. Para os fins desta divulgação, as indicações direcionais "superior", "inferior", "frente", "traseira" referem-se ao estado de montagem do elemento de superfície de controle, de acordo com a aplicação preferencial para um spoiler. Para outros tipos de elementos de superfície de controle, as indicações direcionais devem ser transferidas em conformidade.

[00012] Para a estabilização, respectivamente, fixação, durante a fabricação da nervura de reforço (ou um produto semi-acabado para a concepção da nervura de reforço) na direção longitudinal do elemento de superfície de controle, é vantajoso que a nervura de reforço possua pelo menos uma barra, que se prolongue substancialmente perpendicular à direção longitudinal do elemento externo de forro superior, em que o segmento central esteja com o lado longitudinal da barra da nervura de reforço e o outro segmento central com o outro lado longitudinal da barra da nervura de reforço. De preferência, a barra da nervura de reforço está disposta substancialmente perpendicular ao elemento externo de forro superior. Desta forma a nervura de reforço é confiavelmente presa durante a fabricação, por exemplo em um processo de infusão, entre os dois segmentos centrais.

[00013] A nervura de reforço pode apresentar geometrias diferentes em seções transversais. No entanto, é preferível que a nervura de reforço possua uma seção transversal aberta. Em contraste com uma seção transversal fechada, isso significa que a nervura de reforço não possui uma região interior fechada em todos os lados. A nervura de reforço é, portanto, mantida na direção longitudinal do elemento de superfície de controle (isto é, na direção da envergadura da asa da aeronave) através dos segmentos centrais, que estejem em contato com a nervura de reforço.

[00014] Para efetuar uma transmissão de força entre a superfície superior do elemento de superfície de controle e a superfície inferior do elemento de superfície de controle, a barra da nervura de reforço prolonga-se, de preferência, do lado interno do forro superior para o lado interno do forro inferior.

[00015] De preferência, o elemento de núcleo envolve substancialmente e completamente o forro superior, o forro inferior e pelo menos uma nervura de reforço, formada entre as regiões. Nesta forma de realização, o elemento de superfície de controle está substancialmente livre de cavidades internas, pelo que a penetração de água pode ser evitada de forma segura. Além disso, a proteção contra cargas de impacto no estado instalado também é significativamente melhorada. Por outro lado, os elementos de superfície de controle, sob a forma de spoilers com um núcleo alveolado, possuem a desvantagem de que a água possa penetrar entre as regiões vazias. Por outro lado, as cargas de choque entre as paredes da estrutura aureolar podem causar danos. Além disso, a presente forma de realização possui a vantagem de que, a nervura de reforço (ou o produto semiacabado previsto para a mesma) seja fixada em todos os lados durante o processo de fabricação.

[00016] De acordo com uma variante de realização particularmente preferida, a nervura de reforço é prevista para ser em um elemento de compósito de fibra, em particular de plástico reforçado com fibra de carbono, a qual está disposta entre dois segmentos centrais do elemento de núcleo, os quais estão separados. O elemento de compósito de fibra é constituído por um produto semiacabado de fibra, especialmente um ninho fibroso, um tecido fibroso, uma malha de fibra, um bordado de fibra, um tapete de fibra, o qual é impregnado ou infiltrado com um material de plástico endurecido, por exemplo resina epóxi.

[00017] Nesta forma de realização, é favorável que a nervura de reforço possua pelo menos um flange superior, que se prolongue substancialmente paralelo ao plano principal do elemento externo de forro superior, no lado interno do elemento externo de forro superior e/ou um flange inferior, que se prolongue substancialmente paralela ao plano principal do elemento externo de forro inferior, no lado interno do elemento externo de forro inferior, em que o flange superior e/ou inferior esteja disposto em um ângulo, de preferência substancialmente um ângulo reto, em relação à barra da nervura de reforço. De preferência, a nervura de reforço apresenta um perfil em C, o qual é construído através da barra com as abas anguladas à partir da mesma. Esta forma de realização permite uma dissipação de carga favorável do elemento externo de forro superior com a superfície da área superior, e do elemento externo de forro inferior com a superfície da área inferior na nervura de reforço do elemento de superfície de controle.

[00018] Para arranjar o flange superior ou inferior da nervura de reforço substancialmente nivelada em relação às seções adjacentes do lado superior ou inferior do elemento de núcleo, é de preferência previsto que pelo menos um dos segmentos centrais possua uma reentrância inferior para o flange inferior em um lado inferior voltado para o lado interno do elemento externo de forro inferior da nervura de reforço e/ou uma reentrância superior para o flange superior em um lado superior voltado para o lado interno do elemento externo de forro superior da nervura de reforço. Desta forma, o elemento de núcleo pode preencher substancialmente e completamente a região entre os forros superior e inferior.

[00019] De acordo com uma variante alternativa preferida de realização, o elemento de núcleo é provido de costuras de material de compósito de fibra para a formação de pelo menos uma nervura de reforço. Consequentemente, nesta concretização, a nervura de reforço é formada por uma estrutura equivalente produzida de costuras de reforço. A nervura de reforço também está disposta, nesta forma de realização, entre dois segmentos centrais, os quais são construídos em ambos os lados da costura, produzida em material de compósito de fibras. Devido à disposição de montagem das costuras de material de compósito de fibras em orifícios de passagem do elemento de núcleo, o produto semiacabado de fibras é fixado para a formação da nervura de reforço durante a produção. O reforço de material de espuma com costuras de material de compósito de fibras é conhecido per se no estado da técnica. Por exemplo, um processo é descrito no documento EP 1 993 526 B1, com o qual materiais de espuma reforçados podem ser fabricados para a indústria aeronáutica. Tal como acontece neste estado da técnica, pode ser proporcionado um orifício de passagem no material de espuma do elemento de núcleo na fabricação do presente elemento de superfície de controle. Em seguida, um feixe de fibras é disposto em um lado do elemento de núcleo e, em seguida, uma agulha em forma de gancho é guiada através do orifício de passagem do outro lado do elemento de núcleo e, finalmente, o feixe de fibras é puxado através do orifício de passagem para o material de espuma. O feixe de fibras é impregnado com plástico no estado líquido durante a fabricação, para obter as costuras de material de compósito de fibras. Nesta forma de realização, a nervura de reforço é, portanto, integrada ao elemento de núcleo, que de preferência é projetado de uma só peça. O feixe de fibras é de preferência composto por uma pluralidade de fibras individuais ou monofilamentos.

[00020] Para a formação da nervura de reforço no elemento de núcleo, é favorável se as costuras de material de compósito de fibras se estendam, respectivamente, do lado superior do elemento de núcleo voltado para o elemento externo de forro superior, e do lado inferior do elemento de núcleo voltado para o elemento externo de forro inferior. Esta forma de realização também permite, que as costuras sejam dispostas nos orifícios de passagem do elemento de núcleo, as quais se prolongam desde o seu lado superior até o lado inferior.

[00021] Para construir a nervura de reforço na direção transversal do elemento de superfície de controle, é favorável que várias costuras de material de compósito de fibras estejam dispostas em uma superfície substancialmente perpendicular à superfície superior, como também à superfície inferior do elemento de núcleo. Nesta forma de realização, a nervura de reforço é obtida proporcionando-se ao elemento de núcleo, ao longo de um plano vertical, uma pluralidade de costuras individuais que formam a nervura de reforço na direção transversal do elemento de superfície de controle. De preferência, as costuras individuais são previstas substancialmente sobre toda a largura do elemento de núcleo, isto é, em toda a extensão perpendicular à direção longitudinal do elemento de superfície de controle, para a formação de uma nervura de reforço, a qual possua uma largura pré-determinada (ou extensão na direção longitudinal do elemento de superfície de controle), é vantajoso se muitas se prolonguem, substancialmente perpendiculares ao lado superior ou inferior, em planos espaçados entre si em relação ao elemento de núcleo, com costuras feitas à partir de material de compósito de fibra. A largura da nervura de reforço é definida pela distância entre os planos verticais exteriores com as costuras, vista na direção longitudinal do elemento de superfície de controle. O comprimento da nervura de reforço corresponde de preferência substancialmente à largura do elemento de núcleo, o qual é a extensão na profundidade ou na direção da aeronave, no caso de um spoiler.

[00022] Nesta forma de realização, também é vantajoso se um elemento de compósito de fibra uniforme estiver disposto entre o lado superior do elemento do núcleo e o lado interno do forro superior, na região das costuras de material de compósito de fibra que formam a nervura de reforço, a qual está de preferência disposta substancialmente perpendicular à nervura de reforço. De modo correspondente, um outro elemento de compósito de fibra uniforme pode ser disposto entre o lado inferiior do elemento do núcleo e o lado interno do forro inferior, na região das costuras de material de compósito de fibra que formam a nervura de reforço, a qual também está de preferência disposta substancialmente perpendicular à nervura de reforço. Os elementos de composto de fibra uniformes podem ser costurados com o elemento de núcleo. Nesta forma de realização, pode ser proporcionada uma estrutura de reforço em forma de I ou em forma de C em seção transversal, em que a nervura de reforço forma a barra, o elemento de composto de fibra uniforme forma o flange superior e o outro elemento de compósito de fibra forma um flange inferior da estrutura de reforço em forma de C ou I.

[00023] Por razões de estabilidade, é vantajoso se as costuras de material de compósito de fibra estejem dispostas em um ângulo que diverge de 90°, de preferência entre 30 e 60°, em particular substancialmente de 45 °, para o lado superior ou inferior do elemento de núcleo.

[00024] No caso de elementos de superfície de controle conhecidos, em particular spoilers, uma tira de reforço ou extremidade feita de material de compósito de fibra foi frequentemente disposta na borda traseira (também referida como "trailing edge" em construção de aeronaves). Na forma de realização acima descrita, em vez da barra de reforço, o elemento do núcleo pode ser provido com uma estrutura de reforço que se estende substancialmente na direção longitudinal do elemento externo de forro superior, que é formada por outras costuras de material de compósito de fibra. Nesta forma de realização, o elemento do núcleo é penetrado, na região de borda traseira ou “trailing edge”, por costuras que juntas formam a estrutura de reforço na direção longitudinal (isto é, no caso de um spoiler na direção de envergadura da aeronave) do elemento da superfície de controle. De preferência, a estrutura de reforço se estende substancialmente por todo o comprimento do elemento de núcleo, isto é, substancialmente em toda a sua extensão na direção longitudinal do elemento de superfície de controle. As costuras adicionais para a estrutura de reforço na borda traseira do elemento de núcleo podem ser concebidas como as costuras para a nervura de reforço, de modo que as formas de realização acima referidas possam ser referidas. Além disso, costuras também podem ser aqui previstas com um ângulo substancialmente de 90° para o lado superior ou inferior do elemento de núcleo.

[00025] De acordo com uma forma de realização preferida alternativa, é proporcionado um elemento de espuma, que é separado do elemento do núcleo, para a formação da nervura de reforço, estando o referido elemento de espuma provido de costuras de material de compósito de fibras. Nesta forma de realização, um elemento de material de espuma de maior densidade ou resistência é de preferência disposto entre dois segmentos centrais do elemento do núcleo, com uma densidade ou resistência comparativamente baixa. Para obter a tira de reforço, os orifícios transversais do elemento de material de espuma passam através de costuras de material de compósito de fibra.

[00026] A forma de realização acima descrita tem em particular a vantagem de que o elemento de material de espuma da nervura de reforço pode consistir em um material de espuma diferente do material de espuma do elemento de núcleo ou do mesmo material de espuma, com uma densidade comparativamente mais elevada. Vantajosamente, o material de espuma do elemento de material de espuma pode ser otimizado desta forma em relação à introdução das costuras de material de compósito de fibra ou à pouca adoção de resina. Por outro lado, o material de espuma do elemento de núcleo pode ser adaptado ao seu propósito de aplicação. Para conseguir um elemento de superfície de controle integral, é vantajoso se o elemento externo de forro superior, o elemento externo de forro inferior e pelo menos uma nervura de reforço sejam feitas de material de compósito de fibra, em especial de plástico reforçado com fibra de carbono; em que o elemento externo de forro superior, o elemento externo de forro inferior e pelo menos uma nervura de reforço estejam conectadas entre si através do plástico do material de compósito de fibra. Vantajosamente, é proporcionada uma ligação integral entre o elemento externo de forro superior, o elemento externo de forro inferior e a nervura de reforço disposta entre eles, a qual é substancialmente formada exclusivamente pelo plástico do material de compósito de fibra. Isto significa que, no estado líquido, o plástico impregna um produto semiacabado de fibra, com o qual o elemento externo de forro superior ou inferior e a nervura de reforço são formadas. Devido à impregnação do produto semiacabado de fibras com o plástico no estado líquido, a conexão integral entre o elemento externo de forro superior ou inferior e de pelo menos uma nervura de reforço é alcançada. Esta forma de realização proporciona uma simplificação substancial em comparação com a técnica anterior em que os elementos de forro superiores e inferiores juntamente com as nervuras de reforço são produzidos separadamente um do outro e são subsequentemente colados (ou aparafusados ou rebitados). De forma vantajosa, na presente forma de realização, pode ser dispensada uma ligação adesiva ou de rebite semelhante entre os elementos de forro superior e inferior e a nervura de reforço, pelo que um ponto fraco estrutural do elemento de superfície de controle seja desativado. Além disso, os orifícios, possivelmente presentes na técnica anterior, podem ser eliminados, os quais representam potenciais vazamentos para uma entrada de líquido. Além disso, a sequência do processo pode ser feita de forma muito mais simples e rápida.

[00027] A fim de manter o peso do elemento de superfície de controle o menor possível, mas para garantir uma estabilidade suficiente para a nervura de reforço, é vantajoso se o material de espuma do elemento de núcleo seja formado à partir de polymethacrylimid. Essa espuma é comercializada, por exemplo, sob o nome de "Rohacell". Esta espuma possui um peso de 31 quilogramas por metro cúbico. Para o elemento de núcleo, no entanto, é também possível utilizar outras espumas rígidas que consistem, por exemplo, em cloreto de polivinilo ou poliuretano. No método, de acordo com a invenção, a nervura de reforço está posicionada ou formada entre dois segmentos centrais do elemento de núcleo. Este método envolve as vantagens descritas acima para o elemento de superfície de controle, o qual pode portanto ser referenciado. É essencial para a invenção que a nervura de reforço seja fixada lateralmente entre os segmentos centrais do elemento de núcleo durante o processo de produção, pelo que é assegurado o posicionamento e a formação exata da nervura de reforço.

[00028] Para produzir o elemento de superfície de controle, de preferência, um produto semiacabado de fibra está disposto no elemento de núcleo, no estado seco, para a formação do elemento externo de forro superior, o elemento externo de forro inferior e de pelo menos uma nervura de reforço, e depois é impregnado com um plástico no estado líquido. Por conseguinte, nesta forma de realização, o elemento externo de forro superior, o elemento externo de forro inferior e pelo menos uma nervura de reforço são fabricadas no mesmo passo do processo ("in one shot"). Isto significa que os elementos superiores e inferiores do forro juntamente com a nervura de reforço são unidos no estado não endurecido do plástico. Por conseguinte, não é necessário fabricar o elemento externo de forro superior e o elemento externo de forro inferior, como é habitual na técnica anterior, em etapas de processo separadas através de endurecimento de pré-impregnados em uma autoclave e depois no estado endurecido, serem colados, rebitados ou aparafusados. A utilização de uma autoclave não é necessária na presente concretização. O endurecimento do produto semiacabado de fibra impregnada pode ocorrer em um forno sob um fornecimento de temperatura ou à vácuo.

[00029] Para a formação do elemento externo de forro superior, o elemento externo de forro inferior e pelo menos uma nervura de reforço em uma etapa de processo, é vantajoso que o produto semiacabado de fibras esteja disposto, por meio de uma película, em uma área de infusão, a qual esteja conectada com pelo menos uma linha de alimentação para o plástico no estado líquido e com pelo menos uma linha para o vácuo, em que o plástico é sugado, no estado líquido, pela aplicação de uma pressão negativa na linha de vácuo, em que o produto semiacabado de fibra seja impregnado no elemento externo de forro superior, no elemento externo de forro inferior e pelo menos em uma nervura de reforço. Por conseguinte, o elemento de superfície de controle é de preferência produzido em um processo de infusão, em que o elemento de núcleo assegura que o produto semiacabado de fibras seja mantido na posição desejada para pelo menos uma nervura de reforço, quando o plástico é guiado através do produto semiacabado de fibras no estado líquido. Tais métodos de infusão são conhecidos per se no estado da técnica.

[00030] É preferencialmente utilizado um método conhecido como MARI ("Membrane Assisted Resin Infusion"), que é descrito na Patente Européia EP 2 681 037. Ao utilizar este método, o produto semiacabado de fibras é disposto em um molde de suporte, em que uma região de infusão seja formada junto com o molde de suporte, por meio da película hermética. A região de infusão está ligada, por um lado, a pelo menos uma linha de alimentação para o plástico no estado líquido e, por outro lado, a pelo menos uma linha de vácuo. Um vácuo é aplicado na linha de vácuo para impregnar o produto semiacabado de fibra com o plástico. A linha de vácuo possui um filtro de membrana que é permeável ao ar e impermeável à resina no estado seco e que passa para um estado substancialmente hermético quando impregnado com resina. Após a impregnação completa do produto semiacabado, o plástico passa para a linha de vácuo, na qual se encontra o filtro de membrana. Quando o filtro de membrana se encontra completamente impregnado com a resina, este se fecha, interrompendo assim a sucção de ar. Em uma concretização preferida do filtro de membrana, o qual é conhecida do vestuário esportivo, é prevista uma fina membrana de silicone, que é esticada ao máximo no processo de produção, de tal maneira que são produzidos poros finos, os quais são permeáveis ao ar, entretanto para um líquido, no presente caso resina, são impermeáveis. Em contato com a resina, os poros são gradualmente fechados, de modo que a membrana passa para o estado hermético. A membrana de silicone pode ser ligada a uma camada de suporte, na forma de um tecido.

[00031] Além disso, também é concebível produzir o elemento de superfície de controle utilizando o método de injeção descrito no documento EP 1 181 149 B1.

[00032] O invento é explicado à seguir por meio de exemplos de formas de realização preferidas, não se restringindo entretanto só à eles. Nos desenhos mostra-se:

[00033] A Figura 1 é uma vista explodida de um elemento de superfície de controle, de acordo com o invento, com um elemnto de forro superior e com um inferior, em que uma pluralidade, na concretização mostrada oito, nervuras de reforço entre os segmentos centrais de um elemento de núcleo de espuma endurecida;

[00034] A figura 2 é uma vista de um outro elemento de superfície de controle, de acordo com a invenção, em relação ao seu lado inferior, sendo omitido o elemento externo de forro inferior;

[00035] A figura 3 é uma vista de um outro elemento de superfície de controle, de acordo com a invenção, em relação ao seu lado inferior, sendo omitido novamente o elemento externo de forro inferior;

[00036] A figura 4 é uma vista em planta do elemento de núcleo para o elemento de superfície de controle, de acordo com a figura 3;

[00037] A figura 5 é uma vista do detalhe A, mostrado na figura 4 com um círculo;

[00038] A figura 6 é uma vista em corte ao longo da linha VI-VI na figura 5;

[00039] A figura 7 mostra esquematicamente a produção do elemento de núcleo, de acordo com as figuras de 4 à 6;

[00040] A figura 8 mostra uma seção de um elemento de núcleo para um outro elemento de superfície de controle, de acordo com a invenção, em que um elemento em material de espuma, separado com costuras em material de compósito de fibra, está disposto entre dois segmentos centrais, de modo à formar uma nervura de reforço;

[00041] A figura 9 é uma vista em corte ao longo da linha IX-IX na figura 12, para ilustrar o processo de infusão de produção do elemento de superfície de controle, de acordo com a figura 1;

[00042] A figura 10 é uma vista do detalhe B mostrado na figura 9 com um círculo;

[00043] A figura 11 é uma vista do detalhe C ilustrado na figura 9 com um círculo;

[00044] A figura 12 mostra esquematicamente um dispositivo para produzir o elemento de superfície de controle, de acordo com a figura 1;

[00045] A figura 13 é uma vista em planta do dispositivo de acordo com a figura 12; e

[00046] A figura 14 mostra esquematicamente a produção de uma nervura de reforço em forma de C para o elemento de superfície de controle, de acordo com a figura 1.

[00047] As figuras 1, 2 mostram um elemento de superfície de controle 1 para uma aeronave (não mostrada). Na concretização mostrada, o elemento de superfície de controle 1 é projetado como uma aba de interferência ou spoiler para uma aeronave. As concretizações correspondentes podem, no entanto, ser fornecidas em outras superfícies de controle de circulação de ar de aeronaves, em particular no caso de remos e abas de pouso. O elemento de superfície de controle 1 possui um invólucro superior ou elemento externo de forro superior 2 (em relação ao estado instalado em uma asa de aeronave) e um invólucro inferior ou elemento externo de forro inferior 3. O elemento externo de forro superior 2 possui uma superfície externa aerodinâmica 4, substancialmente plana, circulada a ar no lado superior. O elemento externo de forro inferior 3 está disposto, no estado inativo do spoiler, no interior da asa da aeronave. O elemento de superfície de controle 1 possui um dispositivo de apoio 5 para a montagem articulada do elemento de compósito de fibra 3 em um componente estrutural, nomeadamente em uma caixa de asa de aeronave. Na forma de realização mostrada, o dispositivo de suporte 5 possui um elemento de apoio 6, que está localizado no centro de uma borda longitudinal frontal (vista na direção do voo) do elemento de superfície de controle 1, com o qual pode ser conseguida uma montagem articulada do elemento de superfície de controle 1 na asa da aeronave. O elemento de suporte 6 também pode ser disposto externamente. Para os fins desta divulgação, os termos "frente", "traseira", "parte superior", "parte inferior" referem-se ao estado de instalação pretendido do elemento de superfície de controle 1. O elemento de superfície de controle 1 é substancialmente retangular em vista em planta, de modo que uma extensão longitudinal (no caso de spoiler, na direção da envergadura da aeronave) e uma extensão transversal (no caso de spoiler substancialmente perpendicular à direção da envergadura da aeronave). O dispositivo de apoio 5 possui outros elementos de apoio 7 lateralmente na aresta frontal. Uma vez que a concepção do dispositivo de suporte 5 é bem conhecida na técnica anterior, não é necessário serem feitas mais explicações para este fim (ver, por exemplo, AT 409 482 B).

[00048] Como é ainda mais visível das figuras 1, 2, uma pluralidade de nervuras de reforço alongadas 8 estão dispostas entre o elemento externo de forro superior 2 e o elemento externo de forro inferior 3, as quais são estendidas na direção transversal do elemento de superfície de controle 1, a uma certa distância uma da outra. As nervuras de reforço 8 efetuam um reforço ou endurecimento do elemento de superfície de controle 1. Como nervuras de reforço 8, na forma de realização da figura 1, são previstos elementos individuais de compósitos de fibra, em particular de plástico reforçado com fibra de carbono.

[00049] Além disso é mostrado nas figuras 1, 2, um elemento central 9, que consiste em segmentos centrais individuais 10. O elemento central 9 consiste em um material de espuma, de preferência de polymethacrylimide. Na forma de realização mostrada, cada nervura de reforço 8 está disposta substancialmente passivamente entre dois segmentos centrais 10 do elemento de núcleo 9. Os segmentos centrais individuais 10 do elemento de núcleo 9 preenchem substancialmente as regiões entre o elemento externo de forro superior 2, o elemento externo de forro inferior 3 e as nervuras de reforço individuais 9 (ou uma tira de reforço ou uma extremidade de reforço, na borda traseira). A seguir nas figuras 1, 2, um elemento de cunha 9a, em particular de plástico reforçado com fibra de vidro, é mostrado na região do dispositivo de apoio 5 em uma região de canto do elemento de núcleo 9 e perpendicular ao elemento de núcleo 9. Dependendo do design, o elemento tubular 9b também pode ser dispensado.

[00050] De acordo com a figura 1, cada nervura de reforço 8 possui exatamente uma barra 11, que é substancialmente perpendicular à direção longitudinal 2a do elemento externo de forro superior 2 e que está disposta substancialmente perpendicular ao plano principal do elemento externo de forro superior e/ou inferior 3. No estado instalado, as barras 11 das nervuras de reforço 8 estão em contato com um segmento central 10, respectivamente em ambos os lados longitudinais, pelo que as nervuras de reforço 8 estão fixadas na sua posição. A barra 11 da nervura de reforço 8 se prolonga desde o lado interno do elemento externo de forro superior 2 até o lado interno do elemento externo de forro inferior 3. Por conseguinte, a altura da barra 11 (isto é, a sua extensão perpendicular ao plano principal do elemento externo de forro superior 2) corresponde substancialmente à distância entre o lado interior do elemento forro superior 2 e o lado interior do elemento externo de forro inferior 3. Além disso, a nervura de reforço 8 mostrada na figura 1, possui um flange superior 12, que está disposto substancialmente paralelo ao plano principal do elemento externo de forro superior e está disposto no lado interno do elemento externo de forro superior 2, que se estendem substancialmente paralelos ao plano principal do elemento externo de forro inferior 3 e que está disposto no lado interno do elemento externo de forro inferior 3. O flange superior 12 e o flange inferior 13 estão cada um dispostos em ângulos retos em relação à barra 11 da nervura de reforço 8, na forma de realização ilustrada. Dependendo da forma de realização, no entanto, podem também ser proporcionadas diferentes posições angulares dos flanges superior 12 ou inferior 13.

[00051] Como ainda mais visível da figura 1, os segmentos centrais 10 possuem reentrâncias inferiores 14 para os flanges inferiores 13 das nervuras de reforço 8, em um dos lados internos voltado ao elemento externo de forro inferior 3; e reentrâncias superiores 15 para os flanges superiores 12 das nervuras de reforço 8, em um dos lados externos voltado ao elemento externo de forro superior 2. Além disso, as nervuras de reforço 8 podem ser dispostas substancialmente de uma forma perpendicular ao plano principal do elemento externo de forro superior 2, previstas na direção longitudinal 2a dos elementos de asa, as quais estão dispostas correspondentemente em reentrâncias do elemento de núcleo (não mostrado).

[00052] As Figuras de 3 à 6 mostram uma forma de realização alternativa do elemento de superfície de controle 1, em que o elemento de núcleo 9, para a formação das nervuras de reforço 8, seja penetrado com costuras 18 feitas de material de compósito de fibra. As costuras 18 de material de compósito de fibras estendem-se cada uma desde o lado superior do elemento de núcleo 9 voltado para o elemento de forrro superior 2, para o lado inferior do elemento de núcleo 9 voltado para o elemento externo de forro inferior 3. Para a formação da nervura de reforço 8 na direção transversal do elemento de superfície de controle 1, várias costuras 18 de material de compósito de fibra estão dispostas em um plano do elemento do núcleo que substancialmente avançam perpendicularmente ao lado superior ou inferior do plano. Na forma de realização ilustrada, uma pluralidade de planos do elemento de núcleo 9, que estão dispostos substancialmente perpendicularmente ao lado superior ou inferior e estão dispostos a uma certa distância um do outro, são penetrados por costuras 18 feitas de material de compósito de fibra. As costuras 18 de material de compósito de fibras estão dispostas, na forma de realização ilustrada, em um ângulo substancialmente de 45° para o lado superior ou inferior do elemento de núcleo. Além disso, podem ser proporcionados elementos de compósitos de fibra planos ou nivelados, no lado superior ou inferior do elemento de núcleo, que esteja diretamente em contato à nervura de reforço 8 das costuras 18. Assim, é formada uma armadura de flange superior ou inferior no lado interno do elemento externo de forro superior 2 e do lado interno do elemento externo de forro inferior 3, respectivamente. Para a formação dos elementos de compósitos de fibra plana pode ser usado na fabricação um produto semiacabado de fibras, por exemplo um tecido de fibra, o qual seja disposto no lado superior ou no lado inferior do elemento central, acima ou abaixo do produto semiacabado de fibra, para a nervura de reforço 8, em que o produto semiacabado de fibra seja impregnado com plástico, no processo de infusão. Dependendo da forma de realização, uma estrutura de reforço em forma de C ou I na seção transversal é desta maneira realizada.

[00053] Como se vê além do mais das figuras 3, 4, o elemento de núcleo 9 é proporcionado em um bordo traseiro com uma estrutura de reforço 19, que se estende substancialmente na direção longitudinal 2a do elemento externo de forro superior 2 e é formado por outras costuras 20 de material de compósito de fibra.

[00054] A figura 7 mostra esquematicamente a produção do elemento central 8 reforçado por costuras de feixes de fibras. De acordo com a seta 100, é proporcionado um bloco em forma de cubo de material de espuma. O elemento central 9 é produzido, por exemplo moído, à partir do bloco em forma de cubo, conforme a seta 101, para obter um elemento central (ainda não reforçado) 9 de material de espuma (seta 102). Finalmente, as costuras 18 são fornecidas com o auxílio do método de EP 1 993 526 B1, de modo que as nervuras de reforço 8 são produzidas na direção transversal do elemento de núcleo 9.

[00055] De acordo com a figura 8, é proporcionado um elemento de espuma 21, que é separado do elemento de núcleo 9, para a formação da nervura de reforço 8 e está provido de costuras 18 de feixes de fibras. O elemento de espuma 21 da nervura de reforço 6 pode consistir em uma espuma diferente do material de espuma do elemento de núcleo 9 ou da mesma espuma, mas com uma densidade mais elevada.

[00056] As Figuras de 9 a 13 mostram um método de infusão preferido para produzir os elementos de superfície de controle 1, descritos acima. Este método é descrito com referência ao elemento de superfície de controle 1 das figuras 1, 2, mas também pode ser usado para produzir o elemento de superfície de controle 1, de acordo com a figura 3.

[00057] Neste método, um produto semiacabado de fibras 22, no estado seco, está disposto no elemento de núcleo 9. As partes do produto semiacabado de fibras 22 para o elemento externo de forro superior 2, são colocadas sobre um molde de suporte 23 (mostrado apenas de forma esquemática). Os segmentos centrais 10 estão posicionados entre as partes do produto semiacabado de fibras 22, para o elemento externo de forro inferior 3, e as partes do produto semiacabado de fibra 22, para as nervuras de reforço 8. Como resultado, as partes do produto semiacabado de fibras 22 para as nervuras de reforço 8 são seguras confiavelmente pelos segmentos centrais 10 do elemento de núcleo 9, durante o processo de infusão. As nervuras de reforço 8, que possuem uma seção transversal em forma de C, podem ser pré-moldadas com a ajuda de uma ferramenta de moldagem 24 (ver figura 14). No entanto, também é possível moldar as partes do produto semiacabado de fibras 22 para as nervuras de reforço 8, primeiramente na forma de suporte 23.

[00058] Como também é evidente a partir da figura 9, o produto semiacabado de fibra 22 do elemento de superfície de controle 1 é revestido no molde de suporte 3 com uma película ou estrutura de tecido. No exterior, é proporcionada uma película hermética 26 (também referida como uma bolsa de vácuo), que está unida ao molde de suporte 23 por meio de um dispositivo de vedação 27. Uma região de infusão 25 é proporcionada entre a película hermética 26 e o suporte 23, para impregnar o produto semiacabado de fibra 22. Além disso, é proporcionado um diafragma de fluxo ou membrana de distribuição 28, com a qual o plástico aspirado pode ser distribuído na superfície do componente. Além disso, é fornecido um tecido de remoção 29 ("Peel Ply"), que é aplicado diretamente na parte inferior do elemento de superfície de controle 1. O tecido de corte 29 facilita a remoção da membrana de distribuição 28, impregnada com o material de plástico ou de matriz.

[00059] Como é também evidente nas figuras de 9 à 11, são previstas linhas de fornecimento 30 para o plástico, no estado líquido (ver as setas 31). Na forma de realização ilustrada, as linhas de alimentação 30 são proporcionadas tanto no lado da forma de suporte 23 como no lado da folha hermética 26. Além disso, as linhas de vácuo 32 são proporcionadas no lado oposto à forma de suporte contra a qual é aplicado um vácuo. Ao aplicar o vácuo às linhas de vácuo 32, o plástico, no estado líquido, é aspirado para a região de infusão 25, através das linhas de alimentação 30, sendo o elemento semiacabado de fibra 22 impregnado com o plástico para a formação do elemento externo de forro superior 2, o elemento externo de forro inferior 3 e as nervuras de reforço 8. Após a impregnação completa do produto semiacabado de fibras 22, o plástico passa para as linhas de vácuo 32 (ver a seta 33). Em cada linha de vácuo 32, é disposto um filtro de membrana (não mostrado), que é permeável ao ar e impermeável à resina no estado seco, que, quando impregnado com o plástico, passa substancialmente para um estado hermético. Quando completamente umidificado com o plástico, o filtro de membrana fecha-se, pelo que a sucção de ar é interrompida. Posteriormente, o elemento de superfície de controle 1 é endurecido em um forno (não mostrado).

Claims (17)

1. Elemento de superfície de controle (1) para uma aeronave, em particular um spoiler, com um elemento externo de forro superior (2), o qual apresenta um lado externo circulável por ar (4), com um elemento externo de forro inferior (3), com pelo menos uma nervura de reforço (8), e com um elemento de núcleo (9) feito de um material de espuma, sendo que a nervura de reforço (8) está disposta entre dois segmentos centrais (10) do elemento de núcleo (9), sendo que a nervura de reforço (8) possui pelo menos uma barra (11), que se estende perpendicular à direção longitudinal (2a) do elemento externo de forro superior (2), sendo que o segmento central (10) está em contato com um lado longitudinal da barra (11) da nervura de reforço (8) e o outro segmento central (10) está em contato com o lado longitudinal da barra (11) da nervura de reforço (8), sendo que a barra (11) da nervura de reforço (8) se estende do lado interno do elemento externo de forro superior (2) para o lado interno do elemento externo de forro inferior (3), sendo que a nervura de reforço (8) apresenta pelo menos um flange superior (12) que se estendeparalelo ao plano principal do elemento externo de forro superior (2) e que está disposto no lado interno do elemento externo de forro superior (2) e um flange inferior (13) que se estendeparalelo ao plano principal do elemento externo de forro inferior (3) e que está disposto no lado interno do elemento externo de forro inferior (3), sendo que o flange superior (12) e o flange inferior (13) são dispostos em um ângulo em relação à barra (11) da nervura de reforço (8), caracterizado pelo fato de que o elemento externo de forro superior (2), o elemento externo de forro inferior (3) e a pelo menos uma nervura de reforço (8) consistem em material de compósito de fibra, sendo que o elemento externo de forro superior (2), a pelo menos uma nervura de reforço (8) e o elemento externo de forro inferior (3) estão ligados um ao outro através do plástico do material de compósito de fibra.

2. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o elemento de núcleo (9)preenche completamente espaços intermediários formados entre o elemento externo de forro superior (2), o elemento externo de forro inferior (3) e a pelo menos uma nervura de reforço (8).

3. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que um elemento de compósito de fibra, em particular feito de plástico reforçado com fibra de carbono, é previsto como nervura de reforço (8), a qual está disposta entre dois segmentos centrais (10) separados do elemento de núcleo (9).

4. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o flange superior (12) e/ou o flange inferior (13) é disposto em um ângulo reto em relação à barra (11) da nervura de reforço (8).

5. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos segmentos centrais (10) possui uma reentrância inferior (14) para o flange inferior (13) da nervura de reforço (8) em um lado inferior voltado para o lado interno do elemento externo de forro inferior (3) e/ou uma reentrância superior (15) para o flange superior (12) da nervura de reforço (8) em um lado superior voltado para o lado interno do elemento externo de forro superior (2).

6. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o elemento de núcleo (9) é provido de costuras (18) feitas de material de compósito de fibra para formar a pelo menos uma nervura de reforço (8).

7. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as costuras (18) de material de compósito de fibra se estendem, cada uma, do lado superior do elemento de núcleo (9) voltado para o elemento externo de forro superior (2) para o lado inferior do elemento de núcleo (9) voltado para o elemento externo de forro inferior (3).

8. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de costuras (18) de material de compósito de fibra está disposta sobre um plano do elemento de núcleo (9), o qual se estendeperpendicular ao lado superior ou inferior.

9. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de planos do elemento de núcleo (9) que se estendemperpendiculares ao lado superior ou inferior e que estão dispostos a uma distância um do outro é atravessada por costuras (18) de material compósito de fibra.

10. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 9, caracterizado pelo fato de que as costuras (18) de material compósito de fibras são dispostas em um ângulo diferente de 90°, de preferência entre 30° e 60°, em particularde 45°, para com o lado superior ou inferior do elemento de núcleo (9).

11. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 10, caracterizado pelo fato de que o elemento do núcleo (9) é fornecido em uma borda traseira com uma estrutura de reforço (19), a qual se estendena direção longitudinal do elemento externo de forro superior (2), o qual é formado por outras costuras (19) de material de compósito de fibras.

12. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que para formar a nervura de reforço (8), é previsto um elemento de material de espuma (20) separado do elemento de núcleo (9), o qual é fornecido com costuras (18) de material de compósito de fibra.

13. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o elemento de material de espuma (20) da nervura de reforço (8) consiste em um material de espuma diferente do material de espuma do elemento de núcleo (9) ou do mesmo material de espuma com uma densidade mais alta comparada ao material de espuma do elemento de núcleo (9).

14. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o material de compósito de fibra é um plástico reforçado com fibra de carbono (2).

15. Elemento de superfície de controle (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o material de espuma do elemento de núcleo (9) é formado de polime- tacrilimida.

16. Método para a produção de um elemento de superfície de controle (1), em particular de um spoiler, sendo que um elemento externo de forro superior (2) está conectado a um elemento externo de forro inferior (3), sendo que pelo menos uma nervura de reforço (8) é formada, sendo que é previsto um elemento de núcleo (9) feito de um material de espuma, sendo que a nervura de reforço (8) é formada entre dois segmentos centrais (10) do elemento de núcleo (9), sendo que a nervura de reforço (8) possui pelo menos uma barra (11), que se estende perpendicular à direção longitudinal (2a) do elemento externo de forro superior (2), sendo que o segmento central (10) está em contato com um lado longitudinal da barra (11) da nervura de reforço (8) e o outro segmento central (10) está em contato com o lado longitudinal da barra (11) da nervura de reforço (8), sendo que a barra (11) da nervura de reforço (8) se estende do lado interno do elemento externo de forro superior (2) para o lado interno do elemento externo de forro inferior (3), sendo que a nervura de reforço (8) apresenta pelo menos um flange superior (12) que se estendeparalelo ao plano principal do elemento externo de forro superior (2) e que está disposto no lado interno do elemento externo de forro superior (2) e um flange inferior (13) que se estendeparalelo ao plano principal do elemento externo de forro inferior (3) e que está disposto no lado interno do elemento externo de forro inferior (3), sendo que o flange superior (12) e o flange inferior (13) são dispostos em um ângulo em relação à barra (11) da nervura de reforço (8), caracterizado pelo fato de que um produto semiacabado de fibras é disposto no estado seco no elemento de núcleo (9) para formar o elemento externo de forro superior (2), o elemento externo de forro inferior (3) e a pelo menos uma nervura de reforço (8) e é impregnado posteriormente com um plástico no estado líquido.

17. Método de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o produto semiacabado de fibras (22) é disposto por meio de uma película (26) em uma região de infusão (25), a qual é conectada com pelo menos uma linha de alimentação (30) para o plástico no estado líquido e com pelo menos uma linha de vácuo (32), sendo que o plástico é aspirado no estado líquido aplicando-se uma pressão negativa na linha de vácuo (32), sendo que o produto semiacabado de fibra (22) é impregnado para formar o elemento externo de forro superior (2), o elemento externo de forro inferior (3) e a pelo menos uma nervura de reforço (8).

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