ES2221222T3 - Panel de material compuesto con bordes protegidos contra los impactos. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN PANEL DE MATERIAL COMPUESTO, EN PARTICULAR CON MATRIZ TERMOENDURECIBLE O TERMOPLASTICA, CON BORDES Y/O SUPERFICIE EXTERIOR PROTEGIDOS CONTRA LOS CHOQUES O LA EROSION, PARA CUALQUIER ELEMENTO DE CARENADO DE CELULAS O DE GONDOLAS DE MOTOR DE AERONAVES, CARACTERIZADO PORQUE COMPRENDE, EN TODOS O PARTE DE SUS BORDES (6, 8) UN REVESTIMIENTO QUE FORMA UN BORDE QUE SE SUPERPONE A LAS DOS CARAS OPUESTAS (4, 5) DEL PANEL, CONSTITUIDO POR UN TEJIDO METALICO (3, 3'') UNIDO A LA ESTRUCTURA (2, 2'') DEL PANEL MEDIANTE UN AGENTE DE ADHESION DIFUNDIDO A TRAVES D DICHO TEJIDO. APLICACION EN PARTICULAR EN LAS AERONAVES.

Description

Panel de material compuesto con bordes protegidos contra los impactos.

La presente invención hace referencia a unos paneles de materia compuesto, en particular con una matriz termoendurecible o termoplástica, especialmente para carenados, trampillas, puertas de acceso de aeronaves y, más exactamente, a unos paneles con los bordes y/o la superficie exterior protegidos contra los choques o contra la erosión.

Los paneles de este tipo presentan su superficie exterior expuesta a diferentes agresiones tales como, de manera especial, la erosión causada por el aire, el agua, la arena, etc., o al contacto con objetos intempestivos tales como los pájaros, o a otras causas que pueden afectar a la integridad del material compuesto, y, en particular, provocar una desagragación de las fibras, especialmente las fibras de carbono, poniendo en peligro la fiabilidad de la estructura.

La invención se encamina precisamente a proteger la cara expuesta y/o los bordes de los indicados paneles.

En el pasado se ha ya intentado proteger los bordes de las estructuras de carenado que quedan particularmente expuestas ya sea a fenómenos de erosión, ya sea a choques, y a este efecto se han llevado a la práctica diferentes técnicas de protección de tipo conocido.

Un sistema puede consistir en la fijación de un elemento metálico, a base de acero inoxidable o de aluminio, por ejemplo, en forma de U o de L, aplicado sobre el o los segmentos del panel que se trate de proteger.

En el caso de paneles de material compuesto, esta técnica resulta delicada de llevar a la práctica, sobre todo sobre piezas conformadas, como consecuencia del caracter monolítico del elemento metálico y de su naturaleza. En efecto, las piezas de acero inoxidable presentan un estado superficial duro y liso que impide cualquier adhesión estructural de la cola, a menos que se las someta a un tratamiento químico muy complicado, mientras que las piezas de aluminio comportan un riesgo muy importante de corrosión, en el caso de estructuras de material compuesto que utilicen fibras de carbono, como consecuencia de la existencia de un par galvánico aluminio-carbono de considerable sensibilidad.

Otra solución consiste en rebordear sobre los bordes del panel un perfil de acero inoxidable en forma de U o de L, pero esta solución resulta complicada y costosa de llevar a la práctica y exige precauciones para conservar la metalización.

De acuerdo con otra solución, que aparece descrita en el documento US-5 486 096, encaminada a la protección de una estructura en perfil de ala de material compuesto, el borde de ataque de la estructura se halla recubierta por un elemento constituido por una rejilla de acero inoxidable cuya forma se corresponde con la del borde de ataque que se trata de proteger.

Por otra parte, en los documentos GB1 274 971, EP-0 730 951 y US-5 315 820, aparecen descritos unos paneles con una estructura de material compuesto con una de sus caras recubierta por un revestimiento protector que incluye un tejido metálico, pero una protección de este tipo no se extiende a los bordes, ni a los cantos ni a la cara opuesta de los paneles.

Cabe igualmente recubrir los bordes de un panel de material compuesto con una pintura anti-erosión, pero esta solución, frágil, presenta una reducida durabilidad en el tiempo y requiere una sustitución de la protección mientras la estructura se halla todavía en servicio. Además, esta solución protege de una manera insuficiente los bordes, en particular en caso de que se produzcan choques durante las manipulaciones a las que se someta el panel, en el supuesto de paneles de puertas y tapas, durante los ciclos de apertura y cierre.

Además, una pintura del indicado tipo se adapta mal a los ángulos vivos y puede frecuentemente comprobarse que, como consecuencia de la contracción que experimenta la pintura al secarse, queda al descubierto la arista de los ángulos.

En fin, la aplicación de la pintura resulta delicada y los tiempos de secado son excesivamente prolongados, del orden de una semana para un secado total.

Cabe igualmente imaginar la disposición de una banda de poliuretano para el recubrimiento de los bordes del panel, pero este material presenta un excesivo grado de sensibilidad a los líquidos aeronáuticos.

El recubrimiento de los indicados bordes puede, en fin, efectuarse por pulverización de una capa de barniz, pero esta solución es frágil y no resulta adecuada para piezas que deban ser frecuentemente manipuladas, tales como las tapas de motores.

La presente invención se encamina a subsanar los diferentes inconvenientes de las indicadas soluciones, proponiendo otros medios, aptos para garantizar una protección eficaz, duradera y fácil de llevar a la práctica.

A este efecto, la invención tiene por objeto un panel de material compuesto, en particular con una matriz termoendurecible o termoplástica, con sus bordes y/o su superficie exterior protegidos contra los choques o la erosión, para cualquier clase de elementos de carenado de recintos o de envolventes de motores de aeronaves, caracterizado porque presenta, sobre la totalidad o una parte de sus bordes, un revestimiento que constituye un reborde que cabalga sobre las dos caras opuestas del panel, constituido por un tejido metálico unido a la estructura del panel por medio de un agente de adhesión difundido a través del referido tejido.

De acuerdo con una forma de realización, el indicado revestimiento recubre la totalidad de la superficie exterior del panel, así como el canto, y se prolonga sobre el margen de la cara interior del referido panel.

En la estructura que constituye objeto de la invención, la adherencia del tejido metálico a la estructura del panel, constituida a base de fibras minerales, especialmente hilos de carbono embebidas en una matriz de una resina apropiada, viene realizada por la resina de impregnación de las fibras o por un adhesivo o una cola apropiados independientes, realizándose la difusión del agente de adhesión a través del tejido.

El tejido metálico puede, por ejemplo, hallarse constituido por una estructura monocapa de hilos monofilamentales tejidos, de acero inoxidable.

Los paneles de este tipo destacan por presentar una perfecta integración de la protección con la estructura del panel merced al enlace homogéneo entre el tejido metálico protector y el material compuesto, determinada por la difusión intima a través de la estructura tejida del agente de adhesión, a saber la resina de impregnación de las fibras del material compuesto y/o el adhesivo o la cola eventualmente añadidos.

La fijación de la protección resulta, pues, excelente y la naturaleza de la protección -un tejido metálico perfectamente aplicado contra el material compuesto- garantiza un excelente grado de resistencia a la erosión y a los choques.

La invención tiene igualmente por objeto diferentes métodos para la fabricación de los indicados paneles, que se describirán a continuación de manera detallada haciendo referencia a los dibujos anexos, en los qué:

- la figura 1 es una vista esquemática parcial en sección de un panel de material compuesto provisto de un borde de acuerdo con la invención;

- la figura 2 es una vista esquemática parcial en sección de un panel de material compuesto cuya superficie exterior y cuyos bordes se hallan protegidos de acuerdo con la invención,

- la figura 3 es una vista esquemática parcial en sección de un panel del mismo tipo que el representado en la figura 1, fabricado siguiendo la técnica de no-cocción;

- la figura 4 es una vista esquemática parcial en sección de un panel del mismo tipo que el representado en la figura 2, fabricado según la técnica de no-cocción;

- las figuras 5a y 5b ilustran dos fases de una fabricación según la técnica de cocción mixta de un panel dotado de protección en sus bordes y en su cara exterior;

- la figura 6 es una vista de perfil del recubrimiento o envolvente de un turboreactor con los bordes protegidos de acuerdo con la invención, y

- la figura 7 es una vista similar a la figura 6 de un carenado que presenta protejidos al mismo tiempo sus bordes y su cara exterior.

En la figura 1, se ha representado con la referencia 1 una estructura de material compuesto de un panel que constituye un elemento del carenado de la célula o de la envolvente de un motor de aeronave, tal como, por ejemplo, el capó.

La estructura 1 comprende un cierto número de pliegues de carbono 2 superpuestos, cada uno de ellos constituido, por ejemplo, por un tejido de fibras de carbono pre-impregnadas.

De acuerdo con la invención, la estructura 1 presenta sus bordes protegidos por un revestimiento constituido por un tejido metálico 3 que recubre al mismo tiempo el canto de la estructura y una parte de las dos caras opuestas de la misma, concretamente las caras interior 4 y exterior 5 del panel.

La cara exterior 5 es la que queda expuesta a las agresiones (erosión, choques, etc.) de las que interese proteger el panel.

A este efecto, con objeto de que el tejido protector 3 quede nivelado en la cara expuesta con la zona superficial de esta cara no protegida, se ha previsto en el proceso de fabricación, a nivel de la zona marginal protegida, un escalón o retroceso de los pliegues (5) que se corresponde con el espesor del tejido 3 y de un eventual adhesivo aplicado, tal como se ha designado con la referencia 7 en la figura 1.

En la cara interior 4 del panel y en correspondencia con la zona rebajada 6, figura un resalte 8 del mismo nivel.

El tejido protector 3 recubre precisamente las zonas 6 y 8.

El tejido 3 puede estar constituido, por ejemplo, por una estructura tejida monocapa de hilos monofilamento a base de acero inoxidable o titanio.

Las características del tejido, especialmente el diámetro de los hilos, la separación entre los hilos, el material constitutivo de los hilos, se determinarán en función de la naturaleza del panel y de la resistencia a la erosión o a los choques que en cada caso interese alcanzar.

El adhesivo o la cola 7, en caso de que se utilicen, será apropiado a la naturaleza del tejido 3 y a la del material compuesto. Este adhesivo por si solo y eventualmente junto con la resina de impregnación de las fibras integrantes de los pliegues 2, garantiza la solidarización del tejido 3 a la estructura 1. La estructura porosa del tejido 3 contribuye a una buena difusión del agente de adherencia íntimamente y de una manera homogénea, en el tejido 3, asegurando de esta manera una perfecta integración de la protección al panel.

En la figura 2 se ha representado un panel constituido igualmente a base de unos pliegues de carbono 2', revestido por su cara exterior 5' con un tejido metálico 3', análogo al representado en la figura 1, que recubre igualmente el borde del panel por rebatimiento sobre una parte de la cara interior 4' del mismo.

En este caso no resulta necesario prever en la zona marginal del panel una zona en retroceso con respecto a la cara exterior 5' puesto que la totalidad de esta cara se halla recubierta por el tejido 3'=

Al igual que en el panel representado en la figura 1, la adhesión entre el tejido 3' y la estructura de material compuesto 2' queda asegurada, ya sea por la resina de impregnación de las fibras de carbono, ya sea por medio de un adhesivo o de una cola 7', por si solo o en combinación con la referida resina, siendo añadido dicho adhesivo.

Como se comprende, las fibras integrantes del material compuesto pueden pertener a una cualesquiera de las fibras que habitualmente se utilizan para la realización de los paneles a los que se refiere la presente invención.

De acuerdo con la invención, pueden utilizarse diferentes métodos de fabricación para la realización de los paneles a los que se ha hecho referencia.

Va a describirse ahora un método, denominado de co-cocción, aplicado a un panel tal como el que se ha representado en la figura 1 e ilustrado en la figura 3.

Se sitúan en un molde 9 de fondo plano un cierto número de pliegues 2 de fibras de carbono pre-impregnadas, correspondiendo la cara del apilamiento dirigida hacia el fondo del molde a la cara exterior del panel.

Al mismo tiempo, se sitúa en el borde un tejido metálico 3.

Seguidamente, se recubre el molde 9 con una película protectora 10 que se fija de manera estanca al contorno del mismo.

Se sitúa el conjunto en un autoclave y se le somete a una presión y a una temperatura determinadas, durante un tiempo preestablecido, para endurecer o cocer en la forma conocida la resina de impregnación.

Se realiza de esta manera la integración directa del tejido 3 al material compuesto, para la realización en una única operación de una matriz que une al mismo tiempo las fibras integrantes de los pliegues 2 y el tejido metálico 3.

En lugar de una película 10 y de una presión exterior, cabe también utilizar, como se comprende, una vejiga conexionada a una fuente de vacío, situándose el conjunto en un horno.

Si se aplica un adhesivo o una cola 7 entre el tejido 3 y los pliegues 2, la solidarización entre el tejido y el material compuesto quedará garantizada, tal como se ha indicado anteriormente, por dicho adhesivo, eventualmente asociado a la correspondiente resina de impregnación.

Este adhesivo puede aplicarse en el curso de una segunda fase, consistiendo la primera fase en situar en el molde 9 los pliegues 2 con un separador en el emplazamiento del futuro borde y en efectuar una primera cocción. El panel moldeado puede de esta manera ser extraído del molde y recortado de una manera precisa, siendo seguidamente situado de nuevo en el molde al mismo tiempo que el tejido metálico 3, con interposición del adhesivo 7.

Se efectúa seguidamente, en la forma conocida, la adhesión entre el tejido 3 y el panel.

Esta forma de actuar presenta la ventaja de una mayor precisión dimensional del panel que en el supuesto de una co-cocción en la que pueden aparecer unos problemas en los bordes después de la polimerización (bordes que presente cebabas) y en la que resulta a menudo difícil polimerizar en el punto justo, a causa de las acumulaciones de resina y de las deformaciones que puedan producirse en los ángulos.

Debe hacerse notar que el tejido metálico 3 presenta un alto grado de flexibilidad lo que le permite adaptarse perfectamente a superficies curvadas o que presenten ángulos.

En la figura 4 se ha representado el proceso de fabricación de un panel del tipo que se ha representado en la figura 2, siguiendo la misma técnica a la que se refiere la figura 3. Los procesos operativos que se han descrito anteriormente en relación con la figura 3, pueden exactamente aplicarse al caso representado en la figura 4.

En las figuras 5a y 5b se ha representado un método para la fabricación de un panel realizando una cocción mixta y, más exactamente, una cocción multifase, igualmente denominada multicocción.

Este sistema consiste en fabricar primero la superficie exterior de un panel a partir (figura 5a) de uno o varios pliegues, por ejemplo, de carbono 11 polimerizados en una primera cocción, y después en integrar un tejido metálico 3' cococciéndolo con otros pligues de carbono 12 (figura 5b), en el curso de una segunda cocción.

La fijación del tejido 3', que recubre la totalidad, de la cara exterior, queda asegurada en el curso de la segunda cocción gracias a la resina de impregnación de las fibras de los pliegues 11 y 12 y/o al adhesivo o a la cola, tal como 7 ó 7', depositada en los puntos que se desee.

Esta técnica resulta igualmente aplicable en el supuesto de que se trate tan sólo de una protección de los bordes.

En las figuras 6 y 7 se ha representado la realización de tapas de envolventes por medio de paneles protegidos de acuerdo con la invención, respectivamente únicamente sobre los bordes (figura 6) y al mismo tiempo sobre los bordes y la superficie exterior.

Quedan afectados la totalidad de los bordes, es decir, los bordes anterior 14 y posterior 15 y los bordes superior 16 e inferior 17.

Las caras exteriores 16 (figura 7) afectan a la totalidad de los paneles, a excepción de diferentes emplazamientos 19 de puertas de acceso, rejillar de ventilación, etc..

La solución en este caso preconizada por la invención para la protección de paneles de material compuesto expuestos a fricciones aerodinámicas y/o a choques, garantiza una perfecta integración de la protección en los paneles.

Las propiedades de flexibilidad de la estructura tejida de protección (3, 3'), antes de ser impregnada con el agente de fijación, le permite adaptarse perfectamente las formas aerodinámicas del panel (sin ninguna clase de pliegues).

El caracter poroso de la estructura tejida permite una impregnación íntima del agente de unión, permitiendo, consecuentemente, una perfecta adhesión.

Los paneles realizados de esta manera presentan unas excelentes cualidades superficiales tanto en lo que afecta a la resistencia en el tiempo como en lo que se refiere a la resistencia a los choques y al demenuzamiento e incluso en lo correspondiente al estado superficial.

Por otra parte, la técnica que constituye objeto de la invención resulta fácil de llevar a la práctica, prestándose sin dificultades la estructura metálica tejida al sistema de envolvimiento corrientemente utilizado en particular para la fabricación de paneles de material compuesto.

Debe igualmente hacerse notar que el empleo de una estructura metálica de protección confiere al panel una perfecta protección contra los rayos y ofrece una continuidad de metalización entre los bordes y los correspondiente apoyos, de naturaleza metálica.

La solución de protección que ofrece la invención puede asimismo aplicarse a paneles ya existentes o puede ser utilizada para llevar a cabo la reparación de estos paneles.

Debe en fin hacerse notar que la estructura tejida metálica 3, 3', tanto cuando se trate de un borde (figura 1) como si se trata dé una protección sobre la totalidad de la superficie exterior (figura 2), puede no hallarse dotada de un rebatimiento sobre la cara interna del panel, extendiéndose únicamente sobre el canto la protección sobre el perímetro del panel.

Como se comprende, la invención no queda limitada a las formas de realización que se han representado y que han sido descritas, sino que, por el contrario, cubre todas las variantes, tanto en lo que afecta a la propia protección (naturaleza de la estructura tejida, características físicas, naturaleza del agente de adhesión al material compuesto integrante del panel) como en lo que respecta a la naturaleza del referido material compuesto (fibras preimpregnadas tejidas o no tejidas, fibras bobinadas, naturaleza de las fibras y de la resina de impregnación termoendurecible o termoplástica).

Es por ello que, de acuerdo con una variante de realización de un panel de acuerdo con la invención en el que el soporte de material compuesto del revestimiento protector se halla constituido por una plancha termoplástica, se constituye en primer lugar la plancha termoplástica que se recorta seguidamente en los márgenes que interese (cara exterior y/o bordes), con eventual interposición de un adhesivo o cola apropiados y, en fin, se efectúa la adhesión por cocción de dicho tejido metálico con el referido panel recortado.

Claims (12)

1. Panel de material compuesto, en particular con una matriz termoendurecible o termoplástica, con sus bordes y/o su superficie exterior protegidos de los choques o de la erosión, para cualquier clase de elementos para el carenado de células o de envolventes de motores de aeronaves, caracterizado porque comporta, sobre la totalidad o una parte de sus bordes (6, 8) un revestimiento que forma un reborde que cabalga sobre las dos caras opuestas (4, 5) del panel, constituido por un tejido metálico (3, 3') unido a la estructura (2, 2') del panel por medio de un agente de adhesión difundido a través del expresado tejido.

2. Panel según la reivindicación 1, caracterizado porque el referido revestimiento (3') recubre la totalidad de la superficie exterior (5') del panel, así como el canto del mismo y se prolonga por los bordes sobre la cara interior (4') del referido panel.

3. Panel según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el referido revestimiento no se extiende sobre la cara interna (4, 4') del panel.

4. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tejido metálico se halla constituido a base de hilos de acero inoxidable o de titanio.

5. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el referido agente de adhesión se halla constituido por la resina de impregnación de las fibras del material compuesto.

6. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el referido agente de adhesión se halla constituido por un adhesivo o cola (7, 7') apropiado, añadido al conjunto.

7. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el soporte de material compuesto del referido revestimiento se halla constituido por una plancha termoplástica.

8. Procedimiento para la fabricación de un panel según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque consiste en situar en un molde (9) al menos un pliegue (2, 2') de un tejido de fibras preimpregnadas, así como el referido revestimiento (3, 3') de tejido metálico sobre las zonas apropiadas y en determinar la fijación del conjunto por co-cocción.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se interpone un adhesivo o una cola apropiados (7, 7') entre el o los pliegues del tejido de fibras y el tejido metálico (3, 3') antes de realizar la co-cocción.

10. Procedimiento para la fabricación de un panel según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque consiste en emplazar en un molde al menos un pligue del tejido de fibras preimpregnadas. en efectuar una primera cocción, y después en recortar el panel moldeado a las medidas adecuadas, en situar nuevamente dicho panel en el referido molde, así como el indicado revestimiento de tejido metálico en los puntos que interese, con interposición de un adhesivo o una cola apropiados y, en fin, en efectuar la adhesión mediante la cocción de dicho tejido metálico junto con el referido panel recortado.

11. Procedimiento para la fabricación de un panel según una cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque consiste en realizar en el curso de una primera cocción la cara exterior (11) del panel, y después en asegurar en el curso de una segunda cocción la adhesión de un revestimiento de tejido metálico (3') colocado en posición en las zonas que interese, conjuntamente con la adición a la referida cara exterior (11) de una capa de la misma naturaleza destinada a constituir la cara interna (12) del panel.

12. Procedimiento para la fabricación de un panel según la reivindicación 7, caracterizado porque consiste en constituir una plancha termoplástica, y después en recortar a las medidas que interese, en situar el referido revestimiento de tejido metálico sobre las zonas que convenga con eventual interposición de un adhesivo o una cola apropiados y, en fin, en efectuar la solidarización por cocción de dicho tejido metálico al referido panel recortado.