ES2276935T3 - Panel de aeronave. - Google Patents

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Abstract

Panel (1) de piel de fuselaje de aeronave que comprende una estructura en sándwich con una parte (2) piel externa en material de gran resistencia mecánica, una parte (5) piel interna de gran resistencia mecánica y un material de núcleo intermedio, en el cual el material de núcleo incluye zonas (3) con material de núcleo de baja densidad y una rejilla (4) de refuerzo en material de gran resistencia mecánica, con miembros (4a) rejilla longitudinal y miembros (4b) rejilla transversal caracterizado porque los miembros rejilla longitudinal funcionan como miembros para detener grietas y los miembros (4b) rejilla transversal están dispuestas para soportar y proporcionar puntos de fijación para cuadernas (6).

Description

Panel de aeronave.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a un panel de aeronave y, en particular, a un panel de revestimiento metálico de fuselaje de aeronave que comprende una construcción en sándwich con una parte revestimiento metálico externo en material de gran resistencia mecánica, una parte revestimiento metálico interno en material de gran resistencia mecánica y un material de núcleo intermedio.
La aeronave, ya sea militar o civil, está sometida a un alto grado de tensión y necesita cumplir la normativa indicada para aeronaves. Sin embargo, su fabricación no debe implicar coste excesivo. Estos criterios, de algún modo contradictorios, se aplican en particular en la fabricación de paneles curvados de revestimiento metálico usados para el fuselaje, alas y otra parte de la aeronave donde, para mantener el coste a un nivel aceptable, materiales ligeros y sencillos procedimientos de fabricación son importantes.
Hoy, las superficies de panel de revestimiento metálico sobre una aeronave moderna están soportadas por uno o más de los procedimientos siguientes:
\bullet
cuadernas
\bullet
largueros
\bullet
sándwich en panel de abeja.
El documento DE 30 05 015 revela un panel de revestimiento metálico de fuselaje de aeronave que tiene todas las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Los paneles tradicionales de revestimiento metálico de fuselaje están reforzados con cuadernas circunferenciales y largueros longitudinales. El documento US 4.498.325 describe un típico panel de revestimiento metálico de fuselaje con cuadernas circunferenciales y largueros longitudinales. La combinación de cuadernas y de largueros se usa para dar al recipiente de fuselaje la rigidez requerida y la cantidad suficiente de material para sostener toda la carga de la aeronave, tanto desde un punto de vista estático como desde un punto de vista de fatiga. Para los elementos del larguero en particular, el principal objetivo es dividir la superficie de panel de revestimiento metálico en una configuración óptima a fin de evitar la deformación de la superficie. Los largueros también contribuyen a impedir que las grietas se extiendan en el panel de revestimiento metálico.
Sin embargo, existen considerables desventajas en el actual diseño que requiere la instalación de largueros y cuadernas. La fabricación de largueros con diferente geometría es muy cara. Otra desventaja es que la instalación de largueros mediante remaches lleva tiempo y es cara. El procedimiento ocasiona un gran número de orificios a través del revestimiento metálico externo, lo que siempre aumenta los potenciales problemas de corrosión y fatiga. Otra preocupación es la intersección allí donde los largueros pasan frente a cuadernas. En el proyecto Saab 340 y Saab 2000, las cuadernas tienen recortes para los largueros, lo que reduce la rigidez de las cuadernas. En otras soluciones, se usan abrazaderas en la intersección entre los largueros y las cuadernas para conectar la cuaderna al revestimiento metálico externo. Un problema con esta solución es que ello aumenta la complejidad. Otras técnicas para instalar largueros pueden reducir algunas de estas desventajas, pero aún llevan tiempo y son difíciles.
Están aumentando las pruebas con nuevos diseños en material compuesto en un cierto número de empresas. Las soluciones con materiales compuestos tienen un potencial para reducir significativamente el peso debido a la exclusiva capacidad de adaptación. Sin embargo, hay algunas preocupaciones principales relativas al uso de materiales compuestos en estructuras de cabina que están pendientes de resolver. Las resinas de epoxi, que se usan en aplicaciones estructurales, no cumplen los requisitos de Incendio, Toxicidad y Humos (FTS). Además, los requisitos de validez para impacto son de difícil cumplimiento debido al alto grado de fragilidad de los materiales compuestos. Un panel de revestimiento metálico fabricado en fibra de carbono no absorbería energía en la misma medida que un panel de aluminio. Un problema con conocidos diseños ligeros es que han demostrado que son más sensibles a los daños y más difíciles de reparar y mantener. Estas dos cualidades proporcionan reluctancia entre los operadores de aeronave para adoptar nuevas soluciones de diseño. Probablemente esto ocasionará mayor ruptura estructural y, por ello, menos protección para los pasajeros salvo que surjan nuevos diseños en material compuesto.
Por lo tanto, sería muy deseable desarrollar nuevas estructuras de panel con peso reducido y mejor relación peso/prestaciones durante su fabricación.
Sumario de la invención
Los objetivos anteriores, y otros objetivos, se proporcionan mediante un panel de aeronave que comprende una construcción en sándwich con una parte revestimiento metálico externo en material de gran resistencia mecánica, una parte revestimiento metálico externo en material de alta resistencia mecánica y un material de núcleo intermedio. El material de núcleo incluye zonas con material de núcleo de baja densidad y una rejilla de refuerzo en material de gran resistencia mecánica, con miembros rejilla longitudinal y transversal.
El material de núcleo puede incluir un núcleo ligero de espuma de aluminio y una rejilla de refuerzo en aluminio con miembros rejilla longitudinal y transversal.
El panel de revestimiento metálico puede comprender un revestimiento metálico externo en aluminio, un panel intermedio de refuerzo en aluminio, un núcleo ligero de espuma y un revestimiento metálico externo en aluminio. El panel intermedio de refuerzo en aluminio y el núcleo ligero de espuma y son materiales de distancia que hacen que el panel actúe como una construcción en sándwich. Los largueros están integrados en la rejilla intermedia de refuerzo en aluminio como los miembros rejilla longitudinal y pueden servir, entre otras cosas, como dispositivos para detener grietas.
La realización de la invención está dispuesta para dar al recipiente de fuselaje la rigidez requerida y la cantidad suficiente de material para mantener toda la carga de la aeronave tanto desde un punto de vista estático como desde un punto de vista de fatiga, y para proporcionar puntos de fijación para cuadernas dentro del fuselaje de aeronave.
Una ventaja principal con el concepto de la invención es que el coste de fabricación y de instalación de largueros se puede evitar. Además, las cuadernas para el nuevo panel de revestimiento metálico no necesitan ningún recorte debilitador para los largueros. El nuevo panel alcanzará el mismo peso o uno menor, que las actuales soluciones de diseño.
Breve descripción de los dibujos
Las diversas ventajas de la presente invención se harán evidentes para alguien experto en la técnica al leer las siguientes especificaciones y las reivindicaciones dependientes, y haciendo referencia a los siguientes dibujos en los cuales:
La figura 1 es una vista en alzado de una parte superficie interna de un fuselaje tradicional de aeronave con largueros y cuadernas.
La figura 2 es una vista fragmentada en alzado de una parte superficie interna del panel de aeronave de la invención con largueros integrados.
La figura 3 es una vista ampliada del panel de la figura 2.
Descripción de realizaciones preferidas
Haciendo referencia a la figura 1, se muestra un panel tradicional de revestimiento metálico de fuselaje, reforzado con cuadernas 12 circunferenciales y largueros 11 longitudinales. Entre cada refuerzo 11 se usan abrazaderas 13 para conectar cada cuaderna 12 a la revestimiento metálico 10 externa. Las abrazaderas 13 están remachadas a la revestimiento metálico 10 y a la cuaderna 12, lo que es una fijación muy cara y que lleva tiempo.
Haciendo referencia a la figura 2, se muestra un panel 1 de aeronave que comprende una construcción en sándwich con una parte 2 revestimiento metálico externo en material de gran resistencia mecánica, una parte 5 revestimiento metálico externo en material de gran resistencia mecánica y un material de núcleo intermedio. La parte revestimiento metálico externo y la parte revestimiento metálico externo están ambas fabricadas, preferiblemente, en aluminio, que es bastante adecuado para este propósito tanto desde un aspecto de coste como de validez para impacto. También son posibles realizaciones donde se use un material diferente de alta resistencia mecánica para una o para ambas partes revestimiento metálico. El material de núcleo comprende un material de distancia que hace que el panel actúe como una construcción en sándwich tolerante a los daños. Este material de distancia incluye zonas 3 con material de núcleo de baja densidad rodeado por una rejilla 4 de refuerzo en material de gran resistencia mecánica, con miembros 4a rejilla longitudinal y miembros 4b rejilla transversal. En una realización se usa una espuma de plástico para material de núcleo de baja densidad. También se puede usar una espuma de aluminio. La rejilla 4 de refuerzo se fabrica, preferiblemente, en aluminio.
Haciendo referencia a la figura 3, se muestra una vista parcial del panel 1 de aeronave de la figura 2. En la figura 3, se han expuesto la rejilla 4 de refuerzo y las zonas 3 con material de núcleo de baja densidad con el fin de proporcionar mejor comprensión de la estructura del material de núcleo intermedio. El material de núcleo intermedio está rodeado por ambos lados con una parte 2 revestimiento metálico externo y una parte 5 revestimiento metálico externo como se muestra en la figura 2.
La rejilla 4 de refuerzo que incluye las partes revestimiento metálico externo y externa aumenta la capacidad de combeo del panel de revestimiento metálico como un todo. Los miembros rejilla transversal están dispuestos para corresponderse con la posición pretendida de cuadernas 6. En la realización mostrada en la figura 2, la rejilla de refuerzo es simétrica con los miembros rejilla longitudinal paralelos y dispuestos a igual distancia entre sí. La rejilla intermedia de refuerzo se puede optimizar fácilmente para nuevos patrones a lo largo de la longitud del fuselaje en función de los niveles de carga. El grosor aumentado del borde alrededor del panel facilita las condiciones de unión hasta el siguiente panel.
Los miembros 4a rejilla longitudinal se corresponden con los largueros usados en los diseños previos de paneles de fuselaje de aeronave y contribuyen a soportar cargas longitudinales en recipientes presurizados y a funcionar como miembros para detener grietas. En la dirección circunferencial, los miembros 4b rejilla transversal funcionarán como miembros para detener grietas longitudinales. Sin embargo, las cuadernas 6 circunferenciales son necesarias par hacer frente a la estabilidad general y otras instalaciones en la aeronave y no puede ser sustituida con los miembros 4b rejilla transversal. Las cuadernas 6 circunferenciales están fijadas al panel de revestimiento metálico por un cierto número de inmovilizadores a través de los miembros 4b rejilla transversal. Si la característica para detener grietas se introduce longitudinalmente, las cuadernas 6 se pueden hacer más delgadas y, por lo tanto, más ligeras que las soluciones previas. La cantidad total de material para esta nueva estructura de panel no supera el material requerido para la solución previa de larguero.
El refuerzo intermedio de aluminio, mejora las características de tolerancia al daño en términos de capacidad de resistencia mecánica residual y propagación de grieta. El panel tiene un efecto de contención sobre la propagación de grieta debido a la mayor rigidez del panel y, por consiguiente, efectos de pandeo reducidos. El refuerzo intermedio en aluminio se proporciona para un dispositivo de detección de grieta más eficaz.
El nuevo diseño proporciona la posibilidad para omitir los refuerzos internos mostrados en la figura 1 sin comprometer el campo rigidez de estabilidad en los paneles. Las cuadernas 6 circunferencial se fijan al panel 1 de revestimiento metálico mediante un cierto número de inmovilizadores y los miembros 4b rejilla transversal se deberían dimensionar, por lo tanto, para permitir al menos una fila de inmovilizadores. Las cuadernas se pueden remachar directamente a los miembros rejilla transversal y no necesitan ningún recorte debilitador para los largueros.
El grosor aumentado de revestimiento metálico debido a la construcción en sándwich facilitará la selección de inmovilizador para instalar las cuadernas. El nuevo panel de revestimiento metálico tendrá unas características como aislante de temperatura positivas, y también mejorará las características de aislamiento de ruidos. Esto proporcionará una posibilidad para reducir peso en el aislamiento normal de cabina, o mejores condiciones de sonido dentro de la cabina.
Los expertos en la técnica pueden apreciar, a partir de la descripción anterior, que las enseñanzas de la presente invención se pueden implantar en una variedad de formas. Por lo tanto, aunque esta invención se ha descrito en relación con ejemplos particulares de la misma, el verdadero alcance de la invención no debería estar limitado por ello, ya que otras modificaciones serán evidentes para los expertos tras un estudio de los dibujos, memoria y siguientes reivindicaciones.

Claims (2)

1. Panel (1) de revestimiento metálico de fuselaje de aeronave que comprende una construcción en sándwich con una parte (2) revestimiento metálico externo en material de gran resistencia mecánica, una parte (5) revestimiento metálico externo de material de gran resistencia mecánica y un material de núcleo intermedio, en el cual el material de núcleo incluye zonas (3) con material de núcleo de baja densidad y una rejilla (4) de refuerzo en material de gran resistencia mecánica, con miembros (4a) rejilla longitudinal y miembros (4b) rejilla transversal caracterizado porque los miembros rejilla longitudinal funcionan como miembros para detener grietas y los miembros (4b) rejilla transversal están dispuestos para soportar y proporcionar puntos de fijación para cuadernas (6).
2. Panel (1) de revestimiento metálico de fuselaje de aeronave según la reivindicación 1, en el cual las cuadernas se fijan al panel de revestimiento metálico mediante un cierto número de sujetadores a través de los miembros (4b) rejilla transversal.
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