BRPI0616143A2 - estribo de afixação de motor para uma aeronave e processo de fabricação do mesmo - Google Patents
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Abstract
ESTRIBO DE AFIXAçãO DE MOTOR PARA UMA AERONAVE E ROCESSO DE FABRICAçãO DO MESMO Uma nova estrutura de estribo de afixação do conjunto motor de uma aeronave é descrita. O estribo (50) compreende uma armação monolítica (20), fabricada por fundição ou soldagem, por exemplo, revestida de películas (40) montadas mecanicamente. Vantajosamente, reforços (30) estão solidarizados, mecanicamente, aos pontos de esforço (26). A estrutura dual (20, 40) de acordo com a invenção permite tirar vantagem da integração durante a fabricação respeitando, ao mesmo tempo, os critérios de segurança graças às montagens mecânicas.
Description
"ESTRIBO DE AFIXAÇÃO DE MOTOR PARA UMA AERONAVE EPROCESSO DE FABRICAÇÃO DO MESMO"
DOMÍNIO TÉCNICO
A presente invenção se refere, de maneira geral, a um estribode afixação de motor para aeronave. Este tipo de estribo de afixação,igualmente denominado EMS (do inglês "Engine Mounting Structure"),permite suspender, por exemplo, um turborreator embaixo do aerofólio daaeronave, ou montar o turborreator acima do aerofólio, pelo intermédio deuma pluralidade de conexões.
A invenção se refere, mais particularmente, a uma novaestrutura de estribo e um processo para fabricá-lo.
ESTADO DA TÉCNICA ANTERIORNas aeronaves, um estribo de afixação está previsto paraconstituir a interface de ligação entre um motor tal como um turborreator eum aerofólio da aeronave. Ele permitir transmitir à estrutura da aeronave osesforços gerados por seu turborreator associado, e autoriza, igualmente, oencaminhamento do combustível, do ar, dos sistemas elétricos, e hidráulicos...entre o motor e a aeronave.
Assim, tal como ilustrado na figura 1, um conjunto motor 1para aeronave é destinado a ser fixado sob uma asa 2 da aeronave, ecomportado um motor tal como um turborreator 3 e um estribo de afixação 4.O turborreator 3 disposto à frente de um cárter de insuflação 5 de grandedimensão delimitando um canal anular de insuflação, e comporta para atrásum cárter central 6 de menor dimensão, contendo o coração desteturborreator; o cárter central 6 se prolonga para atrás por um cárter de ejeção7 de maior dimensão; os cárteres 5, 6, 7, solidários uns dos outros, seestendem ao longo de um eixo AA.
O estribo de afixação 4, elemento longitudinal que se estendeao longo de uma direção principal paralela ao eixo AA, ou ligeiramente
PI0616143-0inclinada em relação a ela, é munido notadamente de uma estrutura rígida quetraz uma pluralidade de conexões de motor 8 a fim de solidarizar oturborreator 3, e de uma outra série de conexões (não representadas) quepermitem assegurar a suspensão deste conjunto 1 sob o aerofólio 2 da5 aeronave.
A título indicativo, notou-se que o conjunto 1 é destinado a sercontornado de uma nacela (não representada).
Em toda a descrição que se seguirá, por convenção, os termos"a frente" e "atrás" se referem a uma direção de avanço da aeronave em10 seguida ao empuxo exercido pelo turborreator 3, esta direção sendorepresentada esquematicamente pela seta 9.
A fim de assegurar a transmissão dos esforços, o estribo 4comporta habitualmente uma estrutura rígida, freqüentemente do tipo "caixa",ou seja, que compreende arestas compostas de elementos sob a forma de15 barras e ligadas por painéis.
Um modo de realização clássico é ilustrado na figura 2: umestribo de afixação clássico compreende assim uma estrutura rígida 10 que seapresenta sob forma de uma caixa formada por uma longarina superior lieuma longarina inferior 12 que se estende em todas as direção principal,20 próxima desta do eixo AA do motor 3. Dois painéis laterais 13 (somente opainel traseiro é visível na figura 2) vêm se posicionar sobre os flancos daarmadura 10 a fim de "encerrar" o estribo 4. Os painéis 13 compreendem demaneira usual aberturas 14 que permitam o acesso aos diferentes elementoslocalizados no estribo 4.25 Dentro desta caixa, nervuras transversais 15 espaçadas
longitudinalmente vêm reforçar a rigidez da estrutura 10: de acordo com seuposicionamento, as nervuras 15a servem para a retomada de esforço, ou asnervuras 15b permitem uma estabilização da estrutura 10.Por outro lado, o estribo 4 é munido de um sistema demontagem 8 interposto entre o turborreator 3 e a estrutura rígida 10; estesistema 8 comporta, pelo menos, duas conexões motor, geralmente, pelomenos, uma conexão frontal 16 e, pelo menos, uma conexão traseira 17; alémdisso, o sistema de montagem 8 compreende um dispositivo de retomada dosesforços de empuxo gerados pelo turborreator 3, por exemplo, sob a forma deduas bielas laterais conectadas, por um lado, atrás do cárter de insuflação 5 doturborreator 3, e por outro lado, a um ponto de conexão localizado entreconexões frontal 16 e traseira 17.
Da mesma maneira, o estribo de afixação 4 comportaigualmente um segundo sistema de montagem 18 interposto entre a estruturarígida IOeo aerofólio 2 da aeronave, habitualmente composto de duas ou trêsconexões.
Por fim, o estribo é provido de uma estrutura secundária queassegura a segregação e a manutenção dos sistemas suportando, ao mesmotempo, carenagens aerodinâmicas.
O problema principal desta estrutura 10 é a dificuldade demontagem: verifica-se claramente que as diferentes nervuras 15a, 15b devemser solidarizadas uma a uma às longarinas 11, 12, e que sua localização édeterminada, precisamente, em função, notadamente, do posicionamento fixodas conexões 16, 17 do motor, otimizada para seu funcionamento. Alémdisso, os diferentes meios de fixação aumentam o peso do estribo 4, o que é,sempre, um inconveniente no domínio aeronáutico.
EXPOSIÇÃO DA INVENÇÃO
A invenção propõe uma nova estrutura para o estribo deafixação de uma aeronave, permitindo simplificar a fabricação eposicionamento das armações da armação do estribo conservando, ao mesmotempo, suas propriedades relativas à segurança.Sob um de seus aspectos, a invenção propõe assim proceder àmontagem da estrutura do estribo de afixação em duas etapas que combinamprocessos diferentes, a saber:
- a fabricação monolítica, por soldagem, fundição, ou qualquer5 outro processo, da armação do estribo como tal, ou seja, as arestas e eventuais
nervuras (bem como eventualmente uma das faces),
- e depois solidarização mecânica dos painéis de fechamento
do estribo.
O processo de fabricação monolítico, na acepção da invenção,10 permite obter uma armação integral, unitária, ou seja, não desmontável,mesmo se for fabricada a partir de diferentes elementos no caso da soldagem.
De maneira preferida, antes ou após fechamentos, ferragens dereforço são, igualmente, solidarizadas mecanicamente nos lugares maissolicitados.
15 Graças à utilização de duas técnicas diferentes, as vantagens
são multiplicadas. De fato, a integração da armação permite diminuir o pesodeste último e sua duração de fabricação, suprimindo as redundânciasmecânicas causadas pelas fixações. Além disso, uma fixação mecânica éconservada de modo que o estribo, como tal, não seja "monobloco", estrutura20 frágil em relação ao uso que se faz: uma estrutura totalmente integrada poderesponder apenas dificilmente às exigências de tolerância das estruturas àsdeteriorações que podem ser provenientes de defeitos dos materiais, defabricação ou manutenção.
Sob um outro aspecto, a invenção se refere a um estribo de25 afixação de motor para uma aeronave proveniente do processo de acordo coma invenção. O estribo compreende, assim, uma estrutura monolítica, ou seja,unitária, integrada, retomando as arestas da caixa, e eventuais nervuras, queestá solidarizada mecanicamente à pelo menos três dos quatro painéislongitudinais que se estendem ao longo da direção principal do estribo. Oestribo comporta vantajosamente pontos de conexão destinados ao aerofólio eao motor, cada ponto de conexão podendo ser duplicado por uma ferragem dereforço solidarizada mecanicamente à armação monolítica. De maneiraparticularmente preferida, os painéis podem ser em material compósito e aarmação em metal, por exemplo, o titânio.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
As características e vantagens da invenção serão melhorcompreendidas à leitura da descrição que seguirá e em referência aosdesenhos anexados, dados à título ilustrativo e de modo nenhum limitativo.
A figura 1, já descrita, representa uma vista esquemáticalateral de um conjunto motor parcial para aeronave.
A figura 2, já descrita, ilustra um estribo de afixação de acordocom o estado da técnica.
A figura 3 mostra um estribo de afixação de acordo com ummodo de realização preferido da invenção.
EXPOSIÇÃO DETALHADA DE MODOS DE REALIZAÇÃOPARTICULARES
Tal como determinado acima, a fabricação dos estribos deafixação é um processo longo e complexo. Contudo, perante as cargas quedescansam sobre o estribo e condições de segurança respeitadas naaeronáutica, poucas soluções são oferecidas. Com efeito, a função primordialdo estribo no funcionamento do avião impõe critérios estritos deconfiabilidade, por exemplo, pela função de segurança intrínseca,correntemente denominada "Fail Safe", pela qual um mau funcionamentolocal deve ser compensado em todos os casos.
A invenção propõe, assim, um tipo de estribo cuja armação,mas apenas ela, é do tipo monolítico e/ou integrado, a fim de preencher asexigências, ao mesmo tempo, aliviando tanto a estrutura quanto o processo defabricação. Com efeito, uma integração completa da estrutura do estribo nãopermite preencher as condições postas: por exemplo, se uma fissura surge nomaterial de um estribo monolítico, ela pode se propagar para o conjunto daestrutura, e provocar riscos bem compreendidos.
De acordo com a invenção e tal como ilustrado na figura 3, aestrutura monolítica se refere apenas à armação 20, ou seja, ao "esqueleto" dacaixa: as nervuras 22, as cantoneiras de ângulo 24 (ou seja, as arestas), oscaminhos primários de introdução dos esforços 26 (notadamente os pontos deconexão) são realizados de maneira integrada. A estrutura se apresenta, então,sob forma de armação 20 que permite definir uma "caixa" de formapredefinida com quatro lados que se estendem ao longo de uma direçãoprincipal, por adição de painéis (correntemente referidos como: superior,inferior, lateral esquerdo e lateral direito) sobre as faces longitudinais, e duaspartes de extremidade; o termo "painel", tal como ilustrado na figura 3, não éconsiderado aqui como representante de uma estrutura em duas dimensões: opainel superior apresenta, assim, duas partes quase-planas que formam umângulo entre elas, que podem ser unitários ou não. Eventualmente, de acordocom a invenção, somente um dos painéis longitudinais (em particular o painelinferior), ou uma parte deste último, pode ser integrado na armação 20.
De acordo com um modo de realização, a armação 20 pode serformada por soldagem de uma multiplicidade de cantoneiras de ângulos 24sobre as diferentes nervuras 22, por exemplo, no sentido longitudinal: umaprimeira nervura (que forma também as arestas de extremidade) éposicionada, as quatro primeiras cantoneiras de ângulo (ou arestaslongitudinais) são posicionadas, e depois uma nervura 22 é soldada, e depoisquatro segundas arestas longitudinais.... A armação 20 assim fabricada seapresenta finalmente sob a forma de peça unitária, não desmontável, cujomaterial é contínuo. Graças à estrutura de acordo com a invenção, oposicionamento das nervuras de retomada de esforço 22a é, então, menospressionado já que é possível adaptar de preferência o comprimento dascantoneiras de ângulo 24.
Por um desenho adaptado do esqueleto 20, os cordões desoldagem 28 são localizados na periferia do esqueleto 20, de forma a permitir5 um acesso fácil às cabeças de soldagem assim como aos instrumentos quepermitem re-trabalhar estes cordões de soldagem 28, por exemplo, porusinagem ou modelagem. Por este modo de realização preferido, graças àretirada de rebarba a partir de agora possível, a confiabilidade dassoldagens pode ser aumentada.10 De acordo com um outro modo de realização, a armação 20 é,
por exemplo, realizada por fundição.
De acordo com um outro modo de realização, todas as peçaselementares de 22, 24 da armação 20 estão posicionadas sobre uma estruturaque forma uma futura face longitudinal, e soldadas; este conjunto pode, em15 seguida, ser colocado em um forno, de modo que um tratamento térmico dito"de relaxamento", cuja duração e a temperatura estão em função do materialutilizado que lhe seja aplicado, a fim de liberar as pressões geradas pelasoldagem.
É necessário notar que a representação gráfica do estribo é20 apenas ilustrativa. Notadamente, as nervuras 22 podem ser compostas dequadros que não se posicionam perpendicularmente à direção principal doestribo, mas, por exemplo, em oblíquo. O estribo poderá apresentarigualmente diversas geometrias, como por exemplo, fraturas variadas dasfaces inferior e/ou superior (figura 3), diferentes formas aerodinâmicas das25 faces laterais esquerda e/ou direita. A forma do estribo poderá por fim seradaptada de acordo com o modo de retomada das conexões motor e aerofólio.Todas essas opções são facilitadas pela simplicidade dos elementos básicosque constituem a armação 20.Vantajosamente, as ferragens 30 são adicionadas ao esqueletoassim formado, de preferência, por fixação mecânica, a fim de duplicar ospontos de conexão 26 que são os mais críticos em termos de esforço. Emparticular, um reforço de conexão frontal 32 do motor pode, por exemplo, ser5 aparafusado sobre a armação, assim como reforços de conexão aerofólio 34.Além disso, o ponto de conexão traseiro pode ser duplicado por um elemento38, para este que é de esforços introduzidos pela conexão traseira motor, e porum elemento 38', para este que se refere à retomada dos esforços de empuxo;estes dois elementos 38, 38' podem estar solidarizados entre si também10 mecanicamente.
Estas ferragens 30, presentes em número menos importante doque na estrutura clássica 10 e de formas simplificadas, adicionam uma função"Fail Safe" pelo fato de que uma deterioração da estrutura da armação 20seria compensada pela ferragem 30.15 A armação 20 é, em seguida, recoberta, vantajosamente sobre
suas quatro faces longitudinais (ou sobre as três restantes), de painéis derevestimento 40 que são fixados aí mecanicamente. Os painéis,contrariamente à técnica anterior, têm aqui uma simples função de películasde recobrimento, e podem ser de fraca rigidez, se adaptando sem dificuldade,20 durante a montagem, à forma dada pela armação 20. Esta qualidade permite,igualmente, efetuar economias durante sua fabricação e seu emprego.
Graças à estrutura de acordo com a invenção, é possível, alémdisso, escolher uma composição diferente dos painéis 40 em relação àarmação 20, e notadamente dispor de um estribo 50 cuja armação 20 é25 realizada em aço, ou titânio, as ferragens 30 em aço especial, e os painéis 40em material compósito; painéis 40 metálicos de mesma natureza que o restoda estrutura 20, 30 são naturalmente possíveis, assim como, qualquer outraassociação aço, titânio, liga de alumínio e compósito.
A invenção eleva assim um compromisso entre uma integraçãopropícia com os ganhos em custo, em peso e com a diminuição dos riscos deruptura às junções, e critérios de segurança máxima, com dupla estrutura "FailSafe". O estribo 50 de acordo com a invenção conserva todas as redundânciasdas caixas multipeças conhecidas para uma excelente tolerância aos danos,permitindo, ao mesmo tempo, um ganho significativo levado pela integraçãona armação dos caminhos primários de introdução dos esforços.
Claims (10)
1. Estribo de afixação (50) de motor para uma aeronave quetem uma estrutura de tipo caixa que compreende uma armação interna (20)que se estende ao longo de uma direção principal munida de quatro painéis(40) longitudinais que formam a periferia da estrutura ao longo da direçãoprincipal, o estribo (50) compreendendo pontos de conexão (26) destinados aomotor e/ou ao aerofólio, caracterizado pelo fato de que pelo menos três dospainéis longitudinais (40) estão solidarizados, mecanicamente, à armação (20)que define as arestas (22, 24) da caixa e compreende os pontos de conexão(26), a armação (20) sendo fabricada de forma a ser monolítica.
2. Estribo de afixação de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que a armação monolítica (20) compreende, alémdisso, nervuras (22a) no nível dos pontos de conexão (26) do estribo (50),compostas de quadros que ligam as arestas (24).
3. Estribo de afixação de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que a armação monolítica (20) compreende, alémdisso, nervuras de manutenção (22b) compostas de quadros que ligam asarestas (24).
4. Estribo de afixação de acordo com uma das reivindicações 1a 3, caracterizado pelo fato de que os quatro painéis longitudinais (40) sãosolidarizados, mecanicamente, à armação monolítica (20).
5. Estribo de afixação de acordo com uma das reivindicações 1a 4, caracterizado pelo fato de que a armação (20) foi realizada por soldagem(28) ao longo das arestas (24).
6. Estribo de afixação de acordo com uma das reivindicações 1a 5, caracterizado pelo fato de que compreendem, além disso, ferragens dereforço (30) solidarizadas mecanicamente à armação (20) no nível dos pontosde conexão (26).
7. Estribo de afixação de acordo com uma das reivindicações 1a 6, caracterizado pelo fato de que a armação (20) é de titânio e/ou os painéis(40) são de material compósito.
8. Processo de fabricação de um estribo de afixação de motorpara aeronave de tipo caixa, caracterizado pelo fato de que compreende: afabricação em uma peça única da armação do estribo (20), e a fixaçãomecânica de painéis (40) sobre a armação (20).
9. Processo de fabricação de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que a fabricação em peça única é realizada porsoldagem ou por fundição.
10. Processo de fabricação de acordo com qualquer uma dasreivindicações 8 a 9, caracterizado pelo fato de que compreendem, além disso,a fixação mecânica de ferragens de reforço (30) sobre a armação (20).
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