ES2233950T3 - Estructura de soporte de avion. - Google Patents

Abstract

UN ELEMENTO DE ESTRUCTURA EN FORMA DE MONTAJE LIGERO PARA UTILIZACION EN LA TECNICA DE TRAFICO, DONDE SE TRATA ESPECIALMENTE DE ELEMENTOS DE SOPORTE DE UN AVION, SE COMPONE EN ZONAS PARCIALES A BASE DE UN MATERIAL METALICO Y EN OTRAS ZONAS PARCIALES A BASE DE UN MATERIAL SINTETICO DE FIBRA. EL MATERIAL METALICO ESTA PROVISTO POR ELLO PARA LAS ZONAS PARCIALES CORRESPONDIENTES, QUE DISPONEN DE SOLICITACIONES DE PRESION PREDOMINANTE EN OPERACION, MIENTRAS QUE LAS ZONAS PARCIALES SOMETIDAS A SOLICITACIONES PREDOMINANTEMENTE DE TRACCION SE COMPONEN DE MATERIAL SINTETICO DE FIBRA. EN LAS ALAS DE SUSTENTACION Y EN LOS MECANISMOS LIGEROS DE LOS AVIONES, QUE SON CONFIGURADOS DE FORMA RESPECTIVA POR MEDIO DE UNA CUBIERTA (6) SUPERIOR Y UNA CUBIERTA (7) INTERIOR, DE MODO QUE CORRESPONDEN DE FORMA PREDOMINANTE O BIEN A ESFUERZOS DE TRACCION O A ESFUERZOS DE COMPRESION, UNA DE LAS CUBIERTAS SE COMPONE DE FORMA RESPECTIVA A BASE DE MATERIAL METALICO Y LA OTRA A BASE DE MATERIAL SINTETICO DE FIBRA.

Description

Estructura de soporte de avión.

La invención se refiere a una estructura de soporte de avión en forma de viga solicitada a flexión conformada como perfil hueco con un cordón sometido a tracción así como un cordón comprimido, en la que zonas parciales se componen de al menos un material metálico y otras zonas parciales, de un material no metálico y en la que el cordón comprimido se compone de material metálico.

Las estructuras de soporte de avión de este tipo conformadas como elementos estructurales representan, por ejemplo, las superficies de soporte y alas guía de los aviones. Con ayuda de estos elementos constructivos se producen las fuerzas de empuje vertical y de descenso necesarias para volar. La sección transversal de estos elementos constructivos se usa para transmitir las fuerzas de empuje vertical y las fuerzas de descenso hacia el cuerpo del avión, teniendo lugar tanto una transmisión de fuerza como una transmisión de momentos. Es conocido que los elementos constructivos correspondientes, que por lo general presentan una cubierta superior dispuesta arriba en dirección perpendicular y una cubierta inferior dispuesta debajo en dirección perpendicular, se construyen bien de materiales metálicos o de materiales compuestos de fibras. Los dos tipos de materiales tienen propiedades especiales, que con su empleo en el avión suponen tanto ventajas como también desventajas. Del documento DE-C-418854 se ha dado además a conocer una estructura de soporte de avión en la que el lado inferior de una superficie de soporte, que se compone de un cuerpo hueco de metal rígido en sí mismo, está cubierto de tela, tejido de alambre o similar.

Del documento DE-A-2657832 se ha dado además a conocer una estructura de soporte de avión en una forma de construcción ligera, en la que las fuerzas de tracción y de compresión se soportan mediante elementos de materiales compuestos de fibras, en la que, en cambio, la introducción de la fuerza tiene lugar mediante partes constructivas de metal. Finalmente se ha dado a conocer del documento DE-A.2721651 un elemento estructural para la introducción de fuerza de una conexión principal del ala de soporte, en el que los paquetes del lazo de tracción de fibras están embutidos en un guardacabos de metal recubierto de plástico y en el que además está previsto un núcleo de compresión de material compuesto de fibras. En principio, en los dos casos mencionados previamente, los elementos constructivos de materiales de metal mejoran la introducción de fuerzas de compresión hacia una estructura compuesta de fibras, que por su parte transmite tanto fuerzas de tracción como de compresión.

El objetivo de la presente invención es construir una estructura de soporte de avión del tipo mencionado al principio, que permita una construcción que ahorre en peso y sea económica, mediante el aprovechamiento óptimo de las propiedades de los respectivos materiales. Este objetivo se alcanza conforme a la invención porque la zona parcial que se compone de material no metálico está conformada como cordón sometido a tracción y se compone de un material compuesto de fibras.

La invención aprovecha el hecho, en sí conocido, de que los materiales usados normalmente en la técnica de construcción ligera, en particular, en el terreno de las construcciones de aviones, se diferencian muy a menudo con relación a sus propiedades en la transmisión de fuerzas de tracción y compresión. En un ala de avión los materiales dispuestos en la zona del lado inferior, debido a las cargas del ala, se solicitan principalmente a tracción y representan igualmente el cordón sometido a tracción, siempre que se considere el ala de soporte como una viga solicitada a flexión con perfil hueco. Por el contrario, los materiales empleados en la zona del lado superior del ala se solicitan principalmente a compresión y forman en esta imagen igualmente el cordón de compresión del soporte hueco. En la estructura de soporte de avión, según la invención, está previsto un material adaptado óptimamente a las cargas dominantes para cada una de estas zonas parciales solicitadas de forma diferente. Así se abandona la construcción convencional, en la que para un elemento estructural completo, por ejemplo un elemento completo de soporte de avión, se usan materiales compuestos de metal o de fibras tanto en la zona de la cubierta superior como en la zona de la cubierta inferior.

Una forma de realización constructivamente sencilla de la estructura de soporte de avión conforme a la invención se consigue gracias a que el material metálico se compone de una aleación de aluminio. Por otro lado se pueden cumplir exigencias de resistencia especialmente altas gracias a que el material metálico se compone de una aleación de titanio.

Para casos de aplicación especiales es además posible en el marco de la invención prever una aleación de acero como material metálico.

Una construcción especialmente ahorrativa en peso para cumplir con la vida útil exigida de las zonas parciales solicitadas a tracción de la estructura de soporte de avión conforme a la invención se consigue gracias a que el material compuesto de fibras se compone de plástico reforzado con fibra de carbono.

Un campo principal de aplicación de la estructura de soporte de avión según la invención se desprende de que éste forma el ala de soporte de un avión. De igual manera es posible que un elemento de este tipo reciba el uso de estabilizador de elevación de un avión, ciertamente es ya en sí conocido, en conexión con elementos de este tipo del documento DE-A-2907685, el hecho de usar los materiales enumerados anteriormente como capa externa de superficies de soporte de avión, no obstante en el caso de estas conocidas disposiciones, estas cubriciones no están conformadas, como en la estructura de soporte de avión conforme a la invención, como elementos adaptados a las respectivas condiciones de solicitación en cuanto a la transmisión de fuerza.

En el dibujo está representado de forma esquemática un ejemplo de realización de la invención. Muestra la:

Fig. 1 una vista delantera de una avión con cargas de fuerza señaladas en la zona de una de las superficies de soporte y en la zona del estabilizador de elevación,

Fig. 2 una sección transversal esquemática a través de una parte de un elemento estructural como ala de soporte y

Fig. 3 una sección transversal como en la Fig. 2 como estabilizador de elevación.

Conforme a la Fig. 1 se equipa un avión 1 con un ala de soporte que se compone de superficies de soporte 2, un estabilizador de elevación 3 así como mecanismos de propulsión 4. El estabilizador de elevación 3 y las superficies de soporte 2 están unidos a través de un cuerpo 5. En la Fig. 2 se representa, tomando como ejemplo una de las superficies de soporte 2, que tanto el estabilizador de elevación 3 como las superficies de soporte 2 forman respectivamente elementos estructurales que transmiten fuerza, que se componen cada uno de una cubierta superior 6 y una cubierta inferior 7.

En la zona de las superficies de soporte 2 y del estabilizador de elevación 3 en la Fig. 1 se señalan fuerzas de empuje vertical 8, 9 y fuerzas de descenso 10, 11, que resultan de la carga de flujo respectiva de estos elementos constructivos en el vuelo. En la zona de las superficies de soporte 2 se puede reconocer que las fuerzas de empuje vertical 8 son mayores que las fuerzas de descenso 10. En la zona del estabilizador de elevación 3 las fuerzas de descenso 11 son mayores que las fuerzas de empuje vertical 9. En la zona de las superficies de soporte 2 esto tiene como consecuencia que su cubierta superior 6 principalmente se solicite con cargas de compresión, la cubierta inferior 7, sin embargo, principalmente con cargas de tracción. En la zona del estabilizador de elevación 3 tienen lugar condiciones opuestas.

Aquélla de las cubiertas 6, 7 de las superficies de soporte 2, así como del estabilizador de elevación 3, que principalmente se carga con fuerzas de tracción, se conforma respectivamente con un material en forma de construcción compuesta de fibras. Por otro lado, la cubierta que principalmente se carga a compresión, se produce en un material metálico. Esto significa para la zona de las superficies de soporte 2 que la cubierta superior 6 se compone de una aleación metálica preferentemente de alta resistencia y la cubierta inferior 7 de un material compuesto de fibras, mientras que en el caso del estabilizador de elevación 3 la cubierta superior se compone de material compuesto de fibras y la cubierta inferior de un metal. Como materiales metálicos se pueden usar por ejemplo aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio o también aleaciones de acero. Como materiales reforzados de fibra se consideran preferentemente plásticos reforzados con fibra de carbono (CFK), aunque también fibras de boro, vidrio o sintéticas con diferentes materiales de soporte.

Mediante una selección de materiales adaptada de esta manera a los tipos de carga que se presentan principalmente en cada caso es posible dimensionar óptimamente los elementos estructurales de este tipo y con ello conseguir una considerable reducción de peso y ahorro de costes. Además se puede conseguir de esta manera una tolerancia mejorada de estas partes constructivas frente a la existencia de incisiones con cargas de frecuente repetición que pueden estar causadas tanto por la fabricación como por el funcionamiento.

Dependiendo de la finalidad de empleo de la parte constructiva respectiva hay que analizar si tienen lugar principalmente fuerzas de compresión o principalmente fuerzas de tracción y, dependiendo de este resultado se determina la combinación apropiada de material de materiales metálicos y materiales reforzados con fibra para la parte constructiva correspondiente.

Claims (9)

1. Estructura de soporte de avión en forma de una viga solicitada a flexión conformada como perfil hueco con un cordón sometido a tracción (7) así como un cordón comprimido (6), en la que zonas parciales se componen de al menos un material metálico y otras zonas parciales de un material no metálico y en la que el cordón comprimido (6) se compone de material metálico, caracterizada porque la zona parcial que se compone de material no metálico está conformada como cordón sometido a tracción (7) y se compone de un material compuesto de fibras.

2. Estructura de soporte de avión según la reivindicación 1 con una cubierta superior dispuesta arriba en dirección perpendicular y una cubierta inferior dispuesta debajo en dirección perpendicular, estando conformada una de las cubiertas como cordón sometido a tracción y la otra como cordón comprimido, caracterizada porque la cubierta (6) conformada como cordón comprimido se compone de material metálico y la cubierta (7) conformada como cordón sometido a tracción, de material compuesto de fibras.

3. Estructura de soporte de avión según la reivindicación 2, caracterizada porque las cubiertas (6, 7) forman un ala de soporte (2) de un avión (1).

4. Estructura de soporte de avión según la reivindicación 2, caracterizada porque las cubiertas forman un estabilizador de elevación (3) de un avión (1).

5. Estructura de soporte de avión según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el material metálico se compone de una aleación de aluminio.

6. Estructura de soporte de avión según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el material metálico se compone de una aleación de titanio.

7. Estructura de soporte de avión según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el material metálico se compone de una aleación de acero.

8. Estructura de soporte de avión según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el material compuesto de fibras se compone de plástico reforzado con fibra de carbono.

9. Estructura de soporte de avión según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque el material compuesto de fibras se compone de plástico reforzado con fibra de boro, vidrio o sintéticas.