ES2242461B1 - Borde de ataque para aleta de punta de ala y metodo de formacion del mismo. - Google Patents
Borde de ataque para aleta de punta de ala y metodo de formacion del mismo.Info
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Abstract
Borde de ataque para aleta de punta de ala, realizado de una sola pieza, formado por una lámina metálica de aluminio de poco espesor, presentando un cuerpo sinusoidal alargado y abierto por uno de sus bordes longitudinales, de forma que todo ello favorece al peso estructural presentado por el conjunto del ala. Y método de formación del mismo realizado mediante estampación en prensa de goma combinando un troquel que refleja la compleja forma del borde de ataque y un contramolde constituido por un bloque de poliuretano incluido en el interior de un cajón. Con esta prensa se logran ángulos de gran inclinación, incluso con formas negativas, realizadas sobre grandes alturas de chapa y en series cortas.
Description
Borde de ataque para aleta de punta de ala y
método de formación del mismo.
La presente invención se refiere, como su propio
título indica, a la formación de un borde de ataque, constituido
todo el de una sola pieza y que forma parte de la aleta de punta de
ala "winglet" de una aeronave. La constitución de esta
compleja pieza se realiza mediante estampación, combinando un macho
que refleja la forma del borde de ataque y un contramolde
constituido por un bloque de poliuretano incluido en el interior de
un cajón.
La constitución de la aleta de punta de ala (a
partir de ahora winglet) es un complemento usado en la industria
aeronáutica como método para reducir la resistencia inducida de la
aeronave, reduciendo de esta forma las fuerzas que se oponen al
avance de la misma. La reducción de la resistencia se traduce en
una reducción del consumo de combustible. El fundamento teórico del
winglet es la disminución del vortex de punta de ala, ahora bien,
existe un conflicto entre los beneficios presentados al reducir la
resistencia y las desventajas adquiridas con el incremento de peso
que supone añadir el winglet, por lo que deben tenerse muy en
cuenta los pormenores de cálculo y diseño conceptual. Existen
diferentes configuraciones para los wiglets: a) De borde redondeado,
consiste en un winglet que tiene el mismo perfil del ala y que
simplemente se dobla al final del ala, la parte del doblado no
corresponde a un vértice sino a un radio de curvatura grande. b) De
borde abrupto, igual que el anterior, solo que en este caso si hay
un vértice que separa el ala del winglet. c) Corrido hacia la parte
trasera del perfil alar. La desventaja del de borde abrupto, es que
incita a un desprendimiento de la capa límite en el vértice,
produciendo un mayor arrastre y disminuyendo la efectividad del
winglet. Para el caso que nos ocupa se establece un winglet de
borde redondeado con el mismo perfil del ala.
Se describen disposiciones de winglet en un
amplio repaso de patentes existentes desde hace tiempo, por ejemplo,
en el documento US 5.407.153 se presenta un kit de modificación del
ala para añadir un winglet al modelo 727 y en la publicación US
5.348.253 se presenta un winglet de compuesto. Todos los documentos
citados, así como los reflejados en los antecedentes, persiguen un
decremento de consumo de combustible redistribuyendo las cargas
adicionales y sin necesidad de sufrir nuevas regulaciones
gubernamentales en las aeronaves que incorporen los winglet. Ahora
bien, centrándose en los antecedentes existentes en las prensas
utilizadas para conformar planchas metálicas, preferentemente de
aluminio, se describen por un lado métodos productivos, por ejemplo
en el documento GB 9421573.8 donde se muestra especial interés en
el contramolde constituido mediante un elastómero de silicona que
proporciona un alto grado de elasticidad y resistencia a las cargas
de compresión, y por otro lado maquinarias, por ejemplo el documento
EP 882528 que presenta una prensa específica utilizada para grandes
perfiles de aluminio.
El borde de ataque del winglet está formado por
una lámina metálica de poco espesor de mayor longitud que anchura,
que una vez conformada presenta un cuerpo sinusoidal alargado y
abierto por uno de sus bordes longitudinales. La parte que se
dispone en contacto con el borde del winglet, cubriéndolo, es el
extremo abierto de la lámina metálica conformada.
Es un objeto de la invención dotar al winglet de
un borde de ataque realizado de una sola pieza, lo que favorece al
peso estructural presentado por el conjunto del ala. El borde de
ataque del winglet presenta una configuración específica que obliga
a tomar soluciones estructurales que normalmente pasan por realizar
la citada pieza con otras de menor tamaño unidas entre sí, hasta
conformar la totalidad del borde de ataque con la longitud
requerida. Pero dichas soluciones adolecen del sobrepeso que
conlleva el remachar estas piezas entre sí.
Es otro objeto de la invención el utilizar una
lámina metálica, preferentemente de aluminio, para conformar el
borde de ataque del winglet. La lámina metálica parte del estado
cero se trata térmicamente solubilizando el material y se conforma
en el estado AQ correspondiente al estado más blando del material.
Una vez conformado se deja en reposo para que pase al estado T42 en
el que finaliza. La lámina metálica deberá estar siempre constituida
por una pieza de paredes abiertas y embutibles.
Es otro objeto de la invención que la citada
pieza esté realizada mediante prensa, contando para ello con un
troquel que contempla la forma de la pieza y con un contramolde
realizado en un material polimérico, preferentemente un poliuretano
de una determinada dureza. Con el troquelado realizado mediante la
prensa así constituida se logran formas de gran inclinación,
incluso con formas negativas, realizadas sobre grandes alturas de
chapa y en series cortas. El troquel refleja la gran complejidad de
forma de la pieza e incorpora elementos de sujeción complementarios
para una mejor fijación de la lámina metálica a conformar,
facilitando el pilotaje de la misma.
Es otro objeto de la invención embutir la pieza
correspondiente al contramolde en el interior de un cajón metálico
que mantenga una compresión constante del material polimérico
durante el proceso de fabricación, evitando que se dilate y deforme
la pieza a conformar. Y también es un objeto de la invención que
los bordes de la ranura que tiene la pieza embutida en el
contramolde sean de aristas vivas para que la lámina metálica no
entre muy rápido en el contramolde con el consiguiente riesgo en la
creación de arrugas.
De todo lo descrito anteriormente se deducen las
ventajas aportadas por el método de formación, al utilizar una
prensa capaz de conformar la pieza de una sola vez sustituyendo a
los carros mecánicos inhábiles por la altura de embutición de la
pieza y sustituyendo a los métodos artesanales pisando el lomo de
la pieza para posteriormente con cuñas o carros conformarlo
lateralmente. Y se deducen también las ventajas aportadas por el
propio borde de ataque constituido mediante una sola pieza con el
ahorro económico, de montaje y de fabricación que ello supone.
Con el fin de facilitar la explicación se
acompaña una hoja de dibujos en la que se ha representado un caso
práctico de realización del alcance de la presente invención.
La figura 1 es una vista en perspectiva de la
punta del ala y más concretamente del winglet, donde se muestra en
forma explosionada el borde de ataque correspondiente a la citada
parte del ala.
Las figura 2 y 3 son sendas vistas en perspectiva
del molde, borde de ataque metálico ya conformado y contramolde,
mostrado todo ello según dos representaciones explosionadas, una
mostrando el molde y otra el contramolde.
La figura 4 representa una vista en perspectiva
realizada sobre el contramolde, mostrando en detalle su interior,
rebosaderos y forma en general.
Tal y como se muestra en la figura 1, el ala (1)
de la aeronave se prolonga curvándose hacia arriba finalizando en
la punta de ala (2). La zona de transición (3) tiene una curvatura
característica que engloba el citado diseño entre los winglet de
borde redondeado, es decir, consiste en un winglet que tiene el
mismo perfil del ala (1) y que simplemente es doblado al final del
ala, en la parte del doblado (3) no hay un vértice sino un radio de
curvatura grande que reduce el vórtice que se produce en el extremo
del ala (1). Así pues, el caso que nos ocupa trata de un winglet
caracterizado porque dispone de un radio de curvatura grande, que
se ve reflejado en la constitución de un borde de ataque (4) de
forma compleja y curvada. Dicho borde de ataque (4) está constituido
de una sola pieza y se establece entre la lente (5) y el borde de
ataque de la punta de ala (6).
En la figura 2 se muestra la parte
correspondiente a un molde (7) que es constitutivo de una prensa
industrial donde se conforma el borde de ataque (4) a partir de una
lámina metálica. Como realización preferencial de la presente
invención se utiliza una lámina metálica para la formación del borde
(4), estando constituida de una chapa de aluminio 2024 con clad y
de 1,6 milímetros de espesor. El molde (7) dispone de una base
rectangular (8) desde la que se alzan sendas paredes (9 y 10)
asimétricas respecto a un eje longitudinal que atraviesa dicho
molde. Las paredes (9 y 10) van decreciendo en forma convexa desde
su máxima altura hasta la base rectangular (8) y a su vez van
decreciendo hacia el interior del molde (7). Sobre la zona central
de la base rectangular (8) se alza en relieve la superficie de
trabajo (11) delimitada entre las paredes (9 y 10) anteriormente
descritas. El relieve de esta superficie de trabajo (11) tiene
idéntico contorno sinusoidal que la pieza conformada
correspondiente al borde de ataque (4).
En la figura 3 se muestra la misma representación
que en la figura anterior pero detallando la parte correspondiente
al contramolde (12). Aquí se aprecia como el borde de ataque (4)
queda constituido al desplazarse el contramolde (12) sobre el molde
(7), penetrando las paredes (8 y 9) del molde (7) en los huecos
existentes entre las paredes (13 y 14) y la superficie de trabajo
(15) del contramolde (12). Con lo referenciado anteriormente, el
contramolde (12) está formado por un cajón hueco en cuyo interior se
dispone la superficie de trabajo (15) constituido por un elastómero
ranurado que se extiende entre las cuatro paredes, disponiéndose el
conjunto así formado totalmente enfrentado a la superficie de
contacto (11) del molde (7). La lámina metálica a conformar se
sujeta en uno de los extremos de la superficie de trabajo (11) del
molde (7) y seguidamente se procede a su estampación al introducir
el molde (7) en el interior del contramolde (12).
Tal y como se muestra en la figura 4, el
contramolde (12) dispone en su interior la superficie de trabajo
(15) formada por un elastómero que, en la representación práctica
que nos ocupa, lo compone un polietireno que presenta una dureza
shore de 90. Dicho elastómero presenta una ranura principal (16)
que se extiende longitudinalmente a la superficie de trabajo (15) y
que tiene el tamaño preciso para poder penetrar ajustadamente en la
superficie de trabajo (11) del molde (7) conformando el borde de
ataque (4). En todo momento debe mantenerse una fuerza de
penetración constante evitando irregularidades que se transfieran
al borde de ataque (4) en forma de arrugas. En los extremos de la
citada ranura principal (16) se disponen unas ranuras secundarias
(17) que se extienden hasta el fin de la superficie de trabajo
(15), permitiendo la penetración del contramolde (12) en el
interior del molde (7) proporcionando un camino de entrada. La
ranura principal (16) dispone de esquinas muy vivas (18 y 19) para
que el contramolde (12) no penetre muy rápidamente en el molde (7)
formando alguna arruga sobre la pieza a constituir.
Claims (5)
1. Borde de ataque para aleta de punta de ala del
tipo de borde redondeado, consistente en un winglet que tiene el
mismo perfil del ala y que se dobla al final del ala,
correspondiendo la parte de doblado o zona de transición (3) a un
gran radio de curvatura, caracterizado por estar constituido
por una lámina metálica de poco espesor de mayor longitud que
anchura, que presenta una forma sinusoidal alargada y abierta por
uno de sus bordes longitudinales, siendo el extremo abierto de la
lámina metálica conformada la parte que se dispone entre la lente
(5) y la punta de borde de ataque (6) contacto con el borde del
winglet cubriéndolo, y estando el citado borde de ataque (4) del
winglet realizado de una sola pieza mediante troquelado con molde
metálico y contramolde de elastómero.
2. Borde de ataque según la reivindicación
anterior, caracterizado porque está constituido por una
lámina metálica de paredes abiertas y embutibles, preferentemente
de aluminio 2024 con clad y de escaso espesor, que parte del estado
cero, se trata térmicamente solubilizando el material y se conforma
en el estado correspondiente al estado más blando, y por último, una
vez conformado se deja en reposo para que pase al estado en el que
finaliza.
3. Método de formación de un borde de ataque
caracterizado porque se realiza mediante un molde (7) que
dispone de una base rectangular (8) y sendas paredes (9 y 10)
asimétricas respecto a un eje longitudinal que atraviesa dicho
molde, siendo las paredes (9 y 10) decrecientes en forma convexa
desde su máxima altura hasta la base rectangular (8) y decreciendo a
su vez hacia el interior del molde (7); sobre la citada base
rectangular (8) se alza en relieve la superficie de trabajo (11)
delimitada entre las paredes (9 y 10) anteriormente descritas,
siendo el relieve de esta superficie de trabajo (11) de idéntico
contorno sinusoidal que la pieza conformada correspondiente al borde
de ataque (4).
4. Método de formación según la reivindicación
anterior caracterizado porque el contramolde (12) está
constituido por un cajón hueco en cuyo interior se dispone la
superficie de trabajo (15) formada por un elastómero ranurado que se
ubica entre las cuatro paredes, presentando una ranura principal
(16) que se extiende longitudinalmente a la superficie de trabajo
(15) con un tamaño tal que puede penetrar ajustadamente en la
superficie de trabajo (11) del molde (7) conformando el borde de
ataque (4), en los extremos de la citada ranura principal (16) se
disponen unas ranuras secundarias (17) que se extienden hasta el
fin de la superficie de trabajo (15), siendo las esquinas (18 y 19)
de la ranura principal (16) muy vivas para que el contramolde (12)
no penetre muy rápidamente en el molde (7) y forme alguna arruga
sobre la pieza a constituir.
5. Método de formación de un borde de ataque para
aleta de punta de ala caracterizado porque el borde de
ataque queda constituido al desplazarse el contramolde (12) sobre
el molde (7) introduciéndose la superficie de trabajo (11) del
molde (7) en el interior de la superficie de trabajo (15) del
contramolde (12) realizándose el movimiento con fuerza de
penetración constante.
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