ES2315109B1 - Herraje con cajon de torsion, de material plastico reforzado con fibras de carbono, para acoplar un conjunto motor de accionamiento / husillo para el trimado de un estabilizador horizontal de una aeronave. - Google Patents
Herraje con cajon de torsion, de material plastico reforzado con fibras de carbono, para acoplar un conjunto motor de accionamiento / husillo para el trimado de un estabilizador horizontal de una aeronave. Download PDFInfo
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Abstract
Herraje con cajón de torsión, de material
plástico reforzado con fibras de carbono, para acoplar un conjunto
motor de accionamiento/husillo para el trimado de un estabilizador
horizontal de una aeronave.
Herraje con cajón de torsión conformado a partir
de material plástico reforzado con fibras de carbono, que comprende
un cajón de torsión (2) con paredes laterales y sendos medios de
unión para unir el cajón con respectivas cuadernas del fuselaje de
cola (1), así como un elemento rigidizador (4) que une las paredes
laterales (2a, 2b) y que comprende sendas partes extremas (4a, 4b)
y una parte central (4c); donde
cada parte extrema (4a, 4b) comprende primeros
tramos (4d, 4e) que se extienden paralelamente a las paredes
laterales (2a, 2b) a ambos lados de la parte central (4c), segundos
tramos (4f, 4g) que se extienden hacia la pared lateral (2a, 2b)
correspondiente, y terceros tramos (4h, 4i) adosados y unidos cada
uno a la pared lateral (2a, 2b);
los primeros tramos (4e, 4d) de laspartes
extremas (4a, 4b) y las paredes laterales (2a, 2b) del cajón de
torsión incluyen sendos orificios pasantes primarios (5a, 5b, 5c,
5d), alineados para conformar la cogida primaria.
Description
Herraje con cajón de torsión, de material
plástico reforzado con fibras de carbono, para acoplar un conjunto
motor de accionamiento/husillo para el trimado de un estabilizador
horizontal de una aeronave.
La presente invención pertenece al campo técnico
de las construcciones aeronáuticas, particularmente al sector de
los estabilizadores horizontales trimables de una aeronave, y más
particularmente a los herrajes para el husillo que sirve para
variar la altura del punto de cogida del estabilizador horizontal y
así permite el trimado del estabili-
zador.
zador.
La cogida de un estabilizador horizontal
trimable en una aeronave suele llevarse a cabo mediante el
acoplamiento del estabilizador a uno o dos puntos de pivote y un
punto de cogida. Para que el plano del estabilizador horizontal
pueda trimar el o los dos puntos de cogida, debe cambiar su
posición verticalmente para así permitir que el estabilizador
pivote en el o los puntos de pivote. Para posibilitar ese cambio de
posición, suele estar previsto un conjunto motor/husillo sujeto por
un herraje. El giro del husillo en un sentido u otro determina la
subida o bajada del punto de cogida. El herraje que sujeta ese
husillo es un herraje metálico que puede estar sujeto por un cajón
de torsión, el cual a su vez está sujeto por una o dos cuadernas
maestras. El motor que propulsa el husillo está anclado en el
herraje mientras que el husillo, conectado al motor a través de una
disposición de rótula, pivota con respecto al herraje de tal forma
que la suma de momentos en el punto de cogida es nula y la carga es
prácticamente una carga vertical pura. Típicamente, el herraje
metálico suele presentar una cogida primaria y una cogida
secundaria para poder cumplir los requisitos de
"fail-safe" de manera que en caso de fallo de
una de las cogidas, la otra soporta la carga sin que se ponga en
peligro la integridad del avión. De esta forma, la cogida primaria
tiene que resistir carga última mientras que para la cogida
secundaria solo es necesario que aguante carga límite. La cogida
primaria suele estar duplicada y presenta orejetas hembra, mientras
que la cogida secundaria presenta orejetas machos o hembras.
A pesar de la tendencia de los últimos años de
implantar el uso de materiales compuestos ("composites") tales
como el CFRP ("Carbon Fiber Reinforced Plastic" = Plástico
reforzado con fibras de carbono) en el mayor número posible de
componentes de un avión debido al ahorro de peso que este material
supone respecto al aluminio, la mayor parte de los fabricantes de
aeronaves se muestran reticentes a emplear fibra de carbono para
fabricar herrajes, debido a que la complejidad que estos herrajes
presentan, hacen que su fabricación sea bastante cara. Esta
complejidad es especialmente pronunciada en el caso del herraje del
conjunto motor/husillo debido al número relativamente elevado de
orejetas que debe presentar y a la disposición de estas.
Era, por lo tanto deseable poder disponer de
herraje para un conjunto motor/husillo de trimado de un
estabilizador horizontal de una aeronave que superara esos
inconvenientes y que, por lo tanto, pudiera fabricarse en composite
como por ejemplo CFRP, de forma sencilla y económica.
La presente invención tiene por objeto superar
los inconvenientes de los herrajes del estado mediante un herraje
para acoplar un conjunto motor/husillo para el trimado de un
estabilizador horizontal de una aeronave que comprende una cogida
primaria duplicada para el acoplamiento de un conjunto
motor/husillo pivotante, y una cogida secundaria, cuyo herraje
comprende un cajón de torsión con una primera pared lateral y
primeros medios de unión para unir la primera pared lateral con una
primera cuaderna del fuselaje de cola de la aeronave, y con una
segunda pared lateral y segundos medios de unión para unir la
segunda pared lateral con una segunda cuaderna del fuselaje de
cola. De acuerdo con la invención, las paredes laterales del cajón
de torsión están unidas entre sí mediante un elemento rigidizador
dispuesto entre dichas paredes laterales. Ese elemento rigidizador
comprende una primera parte extrema unida a la primera pared
lateral, una segunda parte extrema unida a la segunda pared
lateral, y una parte central que une las partes extremas. Cada
parte extrema comprende sendos primeros tramos que se extienden
paralelamente a las paredes laterales a ambos lados de dicha parte
central, sendos segundos tramos que se extienden respectivamente
desde uno de los primeros tramos hacia la pared lateral
correspondiente, y sendos terceros tramos adosados y unidos cada
uno a la pared lateral, conformando así sendas partes extremas con
sección transversal en omega. Los primeros tramos de la primera
parte extrema del elemento rigidizador y los primeros tramos de la
segunda parte extrema del elemento rigidizador incluyen sendos
primeros orificios pasantes primarios, mientras que las paredes
laterales del cajón de torsión comprenden sendos segundos orificios
pasantes primarios que están alineados con los orificios pasantes
primarios para conformar la cogida primaria. A su vez, la cogida
secundaria es al menos un orificio pasante secundario en la parte
central del elemento rigidizador. De acuerdo con la invención, los
referidos tramos de cada parte extrema del elemento rigidizador
pueden comprender una capa laminada adicional que preferentemente
es del mismo material que el resto del rigidizador, de manera que
esa capa laminada tiene una sección transversal complementaria a la
de los tramos que conforman la parte extrema, es decir, que también
tiene la mencionada configuración de omega. La capa laminada puede
formarse mediante apilado adicional sobre los tramos de las partes
extremas del elemento rigidizador, de manera que, aunque la capa
laminada es una parte adicional del elemento rigidizador, conforma
con éste una única pieza.
En una realización de la invención, los primeros
orificios pasantes primarios están dispuestos en sendas zonas
reforzadas de los primeros tramos de las partes extremas del
elemento rigidizador, y preferentemente en sendas primeras orejetas
primarias que emergen de respectivos bordes de los primeros tramos
de las partes extremas del elemento rigidizador, mientras que los
segundos orificios pasantes primarios pueden dispuestos en sendas
zonas reforzadas, como por ejemplo zonas regruesadas o provistas de
un laminado híbrido titanio-CFRP, de las paredes
laterales del cajón de torsión, y preferentemente en sendas
segundas orejetas primarias que emergen de respectivos bordes de
las paredes laterales del cajón de torsión. A su vez, cada orificio
pasante secundario puede estar dispuesto en una zona reforzada de
la parte central del elemento rigidizador. Cuando las partes
extremas del elemento rigidizador comprenden la mencionada capa
laminada adicional, las primera orejetas primarias emergen de la
capa laminada en los respectivos bordes de los primeros tramos de
las partes extremas del elemento rigidizador.
Los terceros tramos del elemento rigidizador
pueden estar unidos a la respectiva pared lateral del cajón de
torsión mediante pegado, o remachado, aunque el elemento
rigidizador y el cajón de torsión también pueden ser una pieza
monobloque.
La estructura anteriormente descrita permite que
el cajón de torsión y el elemento rigidizador puedan estar
conformados a partir de material plástico reforzado con fibras de
carbono, a la vez que permite una distribución óptima de las cargas
que actúan sobre el herraje y el cajón de torsión. Así, Las cargas
aplicadas en el herraje son esencialmente cargas en dirección
vertical, aunque también quede sometido a pequeñas cargas
longitudinales debido al balanceo del estabilizador horizontal. La
carga lateral es prácticamente nula, lo cual evita problemas de
desprendimiento de los terceros tramos de las partes extremas del
elemento rigidizador que pudieran surgir. Esas cargas verticales de
la cogida primaria quedan aplicadas en los orificios pasantes
primarios, como por ejemplo en las orejetas situadas en el elemento
rigidizador, y en las paredes laterales del cajón de torsión. Estas
cargas se transmiten a las paredes del cajón de torsión y
posteriormente se convierten en flujos de cortadura en las almas de
las cuadernas de cierre.
La carga aplicada en los primeros orificios
pasantes primarios que preferentemente están localizados en las
orejetas, se transmite a la pared del cajón de torsión a través de
uniones previstas en los respectivos terceros tramos de las partes
extremas del elemento rigidizador. Preferentemente, estas uniones
son uniones remachadas ya que la carga de fallo de tales uniones
remachadas se puede conocer con más exactitud que empleando uniones
pegadas. Estas uniones remachadas presentan además la ventaja de
que las cargas verticales de la cogida secundaria se transfieren a
las paredes del cajón de torsión a través de esas uniones
remachadas sin que en algún momento el flujo de cargas se
transfiera a través de uniones pegadas. Finalmente, las cargas en
dirección longitudinal se transmiten a las paredes del cajón de
torsión sin ningún tipo de excentricidad a través de los orificios
pasantes, preferentemente localizados en las referidas orejetas,
situados en las paredes del cajón de torsión.
Para fabricar el herraje con cajón de torsión de
la presente invención, pueden emplearse técnicas en sí
convencionales que permitan conformar las piezas y, en el caso de
que estén previstas uniones por remachado, el remachado entre las
mismas. Así, las piezas pueden obtenerse mediante los procesos en
los que, cuando se trata de piezas fabricadas por separado que
luego se remachan entre sí para así conseguir que las cargas se
transmitan por uniones remachadas, las piezas se fabrican en
pre-peg con ATL y conformado en caliente, o cuando
se trata de piezas totalmente integradas las piezas se pueden
fabricar por ejemplo mediante procesos de moldeo por transferencia
de resina ("Resin Transfer Moulding - RTM") con uniones a
través de interfases que sólo contienen resina.
Puede observarse que el herraje con cajón de
torsión de la presente invención es fácil y barato de fabricar y
consigue ser menos pesada que los dispositivos metálicos gracias a
su mayor integración y a la simplicidad del camino de carga,
consiguiendo así el objeto más arriba especificado.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, se describirán aspectos de la
invención sobre la base de unos dibujos que forman parte integrante
de la presente memoria descriptiva, y en los que
la figura 1 es una vista esquemática en alzado
lateral del fuselaje de cola y del empenaje de un avión;
la figura 2 es una vista esquemática en alzado
lateral de una realización del herraje con cajón de torsión
acoplado a un conjunto motor/husillo;
la figura 3 es una vista esquemática es una
vista en perspectiva frontal, parcialmente seccionada, del herraje
con cajón de torsión mostrado en la figura 2;
la figura 4 es una vista esquemática en sección
por la línea A-A' mostrada en la figura 2;
la figura 5 es una vista esquemática es una
vista frontal, parcialmente seccionada, del herraje con cajón de
torsión mostrado en la figura 2.
\newpage
En estas figuras aparecen elementos
identificados con referencias numéricas que tienen los siguientes
significados:
- 1
- fuselaje de cola del avión
- 1a
- estabilizador horizontal
- 1b
- estabilizador vertical
- 1c
- timón de profundidad
- 1d
- timón de dirección
- 1e
- punto de pivotamiento del estabilizador horizontal
- 1f
- punto de cogida del estabilizador horizontal
- 2
- cajón de torsión
- 2a
- primera pared lateral
- 2b
- segunda pared lateral
- 2c
- orificios de rigidización
- 3a
- primeros medios de unión
- 3b
- segundos medios de unión
- 4
- elemento rigidizador
- 4a
- primera parte extrema
- 4b
- segunda parte extrema
- 4c
- parte central
- 4d,4e
- primeros tramos
- 4f,4g
- segundos tramos
- 4h,4i
- terceros tramos
- 5a,5b
- primeros orificios pasantes primarios
- 5c,5d
- segundos orificios pasantes primarios
- 6
- orificio pasante secundario
- 7a,7b
- primeras orejetas primarias
- 7c,7d
- segundas orejetas primarias
- 8
- material laminado adicional
- 9
- husillo
- 10
- motor
- 10a
- orejeta de cogida del motor
- 10b
- pasador
- 11
- rótula
- 12
- remache.
La figura 1 muestra el fuselaje de cola 1 de un
avión, en el que está dispuesto un estabilizador horizontal 1a con
su timón de profundidad 1c, así como un estabilizador vertical 1b
con su timón de dirección 1d. El estabilizador horizontal la es
trimable de manera en sí convencional a través de un mecanismo
motor/husillo conectado a un punto de cogida 1f, cuyo accionamiento
provoca que el estabilizador pivote sobre el punto de pivotamiento
1e, de manera que, también de forma en sí convencional, el
estabilizador horizontal 1a, el timón de profundidad 1c y el punto
de cogida 1f pueden adoptar las posiciones mostradas con las
referencias 1a', 1c' y 1a'', 1c'' y 1f', 1f'', respectivamente.
Evidentemente, en el lado opuesto del fuselaje, no mostrado en la
figura 1, presenta un estabilizador horizontal derecho con timón de
profundidad, análogo al estabilizador horizontal la izquierdo
mostrado en la figura 1.
Las figuras 2 a 5 muestran una realización de la
invención en la que el cajón de torsión 2 comprende una primera
pared lateral 2a y primeros medios de unión 3a en forma de
angulares por las que se puede remachar la primera pared lateral 2a
a una primera cuaderna (no mostrada en las figuras) del fuselaje de
cola de la aeronave, y una segunda pared lateral 2b y segundos
medios de unión 3b, también en forma de angulares, por las que se
puede remachar la segunda pared lateral 2b a una segunda cuaderna
del fuselaje de cola 1. Las paredes laterales 2a,2b del cajón de
torsión 2 están unidas entre sí mediante un elemento rigidizador 4
dispuesto entre dichas paredes laterales 2a,2b. A cada lado del
elemento rigidizador, cada pared 2a,2b presenta sendos orificios de
rigidización destinados a evitar el pandeo de esas paredes 2a,2b.
El elemento rigidizador 4 comprende una primera parte extrema 4a
unida a la primera pared lateral 2a, una segunda parte extrema 4b
unida a la segunda pared lateral 2b del cajón de torsión, y una
parte central 4c que une dichas partes extremas 4a,4b. El cajón de
torsión 2 y el elemento rigidizador 4 están conformados a partir de
material plástico reforzado con fibras de carbono.
Cada parte extrema 4a,4b del elemento
rigidizador 4 comprende sendos primeros tramos 4d,4e que se
extienden paralelamente a las paredes laterales 2a,2b a ambos lados
de dicha parte central 4c, sendos segundos tramos 4f,4g que se
extienden respectivamente desde uno de los primeros tramos 4d,4e
hacia la pared lateral 2a,2b correspondiente, y sendos terceros
tramos 4h,4i adosados y unidos cada uno a la pared lateral 2a,2b.
Puede observarse que los tramos 4d,4f,4h y 4e,4g,4i que
respectivamente conforman la primera parte extrema 4a y la segunda
parte extrema 4b del elemento rigidizador tienen una sección
transversal conjunta en forma de omega, y que sobre estos tramos
4d,4e,4f,4g,4h,4i de cada parte extrema 4a,4b del elemento
rigidizador 4 está dispuesta una capa laminada adicional 8 que
presenta una sección transversal en omega análoga a la de dichos
tramos. Esta capa 8 se puede obtener mediante un laminado adicional
de manera que conforma una única pieza con el resto del elemento
rigidizador 8. Los respectivos terceros tramos 4h,4i y las partes
correspondientes de los materiales laminados adicionales
respectivamente dispuestas sobre esos terceros tramos, están unidas
a la pared lateral correspondiente 2a,2b mediante remaches 12. A su
vez, la parte central 4c del elemento rigidizador 4 comprende una
zona reforzada con dos orificios pasantes secundarios 6 que
conforman la cogida secundaria del herraje.
Los primeros tramos 4d de la primera parte
extrema 4a del elemento rigidizador 4 y los primeros tramos 4e de
la segunda parte extrema 4b del elemento rigidizador 4 incluyen
sendos primeros orificios pasantes primarios 5a,5b mientras que las
paredes laterales 2a,2b del cajón de torsión comprenden sendos
segundos orificios pasantes primarios 5c,5d. Estos orificios
pasantes primarios 5a,5c,5b,5d están alineados y respectivamente
localizados en las orejetas primarias 7a,7b,7c,7d que emergen de
los respectivos bordes inferiores de los primeros tramos 4d,4e del
elemento rigidizador y de los respectivos bordes inferiores de las
paredes 2a,2b, para conformar así la cogida primaria para orejetas
complementarias loa del motor 10 que propulsa el husillo 9. Las
orejetas 7a,7b,7c,7d están reforzadas con un laminado híbrido
titanio-CFRP en sí convencional.
Claims (11)
1. Herraje con cajón de torsión para acoplar un
conjunto motor/husillo para el trimado de un estabilizador
horizontal (1b) de una aeronave que comprende
una cogida primaria duplicada para el
acoplamiento pivotante de un conjunto motor/husillo, y una cogida
secundaria;
caracterizado porque
el cajón de torsión (2) comprende una primera
pared lateral (2a) y primeros medios de unión (3a) para unir la
primera pared lateral (2a) con una primera cuaderna del fuselaje de
cola (1) de la aeronave, y una segunda pared lateral (2b) y
segundos medios de unión (3b) para unir la segunda pared lateral
(2b) con una segunda cuaderna del fuselaje de cola (1);
las paredes laterales (2a,2b) del cajón de
torsión (2) están unidas entre sí mediante un elemento rigidizador
(4) dispuesto entre dichas paredes laterales (2a,2b);
el elemento rigidizador (4) comprende una
primera parte extrema (4a) unida a la primera pared lateral (2a),
una segunda parte extrema (4b) unida a la segunda pared lateral
(2b), y una parte central (4c) que une dichas partes extremas
(4a,4b);
cada parte extrema (4a,4b) comprende sendos
primeros tramos (4d,4e) que se extienden paralelamente a las
paredes laterales (2a,2b) a ambos lados de dicha parte central
(4c), sendos segundos tramos (4f,4g) que se extienden
respectivamente desde uno de los primeros tramos (4d,4e) hacia la
pared lateral (2a,2b) correspondiente, y sendos terceros tramos
(4h,4i) adosados y unidos cada uno a la pared lateral (2a,2b);
los primeros tramos (4d) de la primera parte
extrema (4a) del elemento rigidizador (4) y los primeros tramos
(4e) de la segunda parte extrema (4b) del elemento rigidizador (4)
incluyen sendos primeros orificios pasantes primarios (5a,5b), y
las paredes laterales (2a,2b) del cajón de torsión comprenden
sendos segundos orificios pasantes primarios (5c,5d), estando
alineados dichos orificios pasantes primarios (5a,5c,5b,5d) para
conformar la cogida primaria;
la cogida secundaria es al menos un orificio
pasante secundario (6) en la parte central (4c) del elemento
rigidizador (4);
el cajón de torsión (2) y el elemento
rigidizador (4) están conformados a partir de material plástico
reforzado con fibras de carbono.
2. Herraje según la reivindicación 1,
caracterizado porque los primeros orificios pasantes
primarios (5a,5b) están dispuestos en sendas zonas reforzadas de
los primeros tramos (4d,4e) de las partes extremas (4a,4b) del
elemento rigidizador (4).
3. Herraje según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque los primeros orificios pasantes
primarios (5a,5b) están dispuestos en sendas primeras orejetas
primarias (7a,7b) que emergen de respectivos bordes de los primeros
tramos (4d,4e) de las partes extremas (4a,4b) del elemento
rigidizador (4).
4. Herraje según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque los tramos (4d,4e,4f,4g,4h,4i) de cada
parte extrema (4a,4b) del elemento rigidizador (4) comprenden una
capa laminada adicional (8), y porque los primeros orificios
pasantes primarios (5a,5b) están dispuestos en sendas primeras
orejetas primarias (7a,7b) que emergen de respectivos bordes de la
capa laminada en los primeros tramos (4d,4e) de las partes extremas
(4a,4b) del elemento rigidizador (4).
5. Herraje según la reivindicación 1, 2, 3 o 4,
caracterizado porque los segundos orificios pasantes
primarios (5c,5d) están dispuestos en sendas zonas reforzadas de
las paredes laterales (2a,2b) del cajón de torsión (2).
6. Herraje según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
segundos orificios pasantes primarios (5c,5d) están dispuestos en
sendas segundas orejetas primarias (7c,7d) que emergen de
respectivos bordes de las paredes laterales (2a,2b) del cajón de
torsión (2).
7. Herraje según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada
orificio pasante secundario (6) está dispuesto en una zona
reforzada de la parte central (4c) del elemento rigidizador
(4).
8. Herraje según la reivindicación 4,
caracterizado porque el material laminado adicional (8) es
una capa unida a dichos tramos (4d,4e,4f,4g,4h,4i) por
laminación.
9. Herraje según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
terceros tramos (4h,4i) del elemento rigidizador (4) están unidos a
la respectiva pared lateral (2a,2b) del cajón de torsión (2)
mediante pegado.
10. Herraje según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
terceros tramos (4h,4i) del elemento rigidizador (4) están unidos a
la respectiva pared lateral (2a,2b) del cajón de torsión (2)
mediante remachado.
11. Herraje según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
elemento rigidizador (4) y el cajón de torsión (2) son una pieza
monobloque.
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| ES200601822A ES2315109B1 (es) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Herraje con cajon de torsion, de material plastico reforzado con fibras de carbono, para acoplar un conjunto motor de accionamiento / husillo para el trimado de un estabilizador horizontal de una aeronave. |
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