ES2347122B1 - Estructura de ensamblaje del mamparo de presion de una aeronave. - Google Patents
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Abstract
Estructura de ensamblaje del mamparo de presión
de una aeronave.
La estructura comprende: un anillo de mamparo
(22) con una porción anterior y una porción posterior inclinada
hacia arriba y hacia atrás, por la que se conecta al mamparo de
presión (1); una cuaderna simple (18), que se conecta a la porción
anterior del anillo de mamparo (22); una platabanda extendida (23),
que se dispone entre la porción anterior del anillo de mamparo (22)
y el revestimiento (6, 7); y unos herrajes de tensión (24, 25), que
se acoplan entre la platabanda extendida (23) y los larguerillos (8,
9).
Description
Estructura de ensamblaje del mamparo de presión
de una aeronave.
La presente invención se concibe para la
industria aeronáutica, en el campo del diseño y la construcción de
aeronaves.
La presente invención, según se expresa en el
enunciado de la presente memoria descriptiva, tiene por objeto
proporcionar una estructura de ensamblaje del mamparo de presión de
una aeronave.
El mamparo de presión es el elemento que cierra
la zona presurizada de la aeronave por su parte más posterior. Desde
un punto de vista estructural, este elemento tiene forma cóncava
desde el lado de la zona presurizada y sustancialmente semiesférica,
de manera que se proporcione un aprovechamiento óptimo del material
del mamparo para absorber las carga debidas a la diferencia de
presión, en adelante cargas de presión.
Otro objeto de la presente invención es
proporcionar una estructura de ensamblaje tal que todas las piezas
que lo conforman puedan ser fácilmente fabricadas en material
compuesto, con el consiguiente ahorro en peso que ello supone,
factor determinante en la industria aeronáutica.
Convencionalmente, el mamparo de presión se
ensambla a la aeronave a través de una cuaderna que separa una
sección anterior de otra sección posterior del fuselaje, secciones
correspondientes a las zonas presurizada y no presurizada de la
aeronave, respectivamente. Con esta configuración, fundamentalmente
la estructura de ensamblaje del mamparo debe ser capaz, además de
absorber las cargas de presión, de proporcionar la resistencia
adecuada para el acoplamiento entre las secciones anterior y
posterior del fuselaje así como la rigidización transversal adecuada
del fuselaje.
Para ello, las estructuras de ensamblaje del
mamparo de presión conocidas incorporan una cuaderna con simetría
cilíndrica (siguiendo el contorno del fuselaje), quedando definida
por su sección de simetría, como a continuación se describe.
La cuaderna está constituida por un alma, un ala
superior y un ala inferior. Convencionalmente, el ala superior de la
cuaderna tiene una porción anterior y una porción posterior.
El mamparo de presión se fija a la porción
posterior del ala superior de la cuaderna, para ello la porción
posterior se proyecta hacia arriba y hacia atrás con cierta
inclinación respecto al revestimiento. Esta inclinación viene
determinada por una línea tangente al mamparo de presión, teniendo
un valor aproximado y orientativo de 60º. Convencionalmente, la
conexión del mamparo a la cuaderna se realiza con medios de fijación
mecánicos como remaches.
Por otra parte, el revestimiento de la sección
anterior y de la sección posterior del fuselaje se fijan al ala
inferior de la cuaderna a través de una placa de refuerzo denominada
platabanda que se dispone entre el ala inferior de la cuaderna y el
revestimiento. Convencionalmente, la conexión entre el ala inferior
de la cuaderna y el revestimiento se realiza por medios de fijación
mecánicos como remaches.
Para asegurar la continuidad del acoplamiento de
las secciones anterior y posterior del fuselaje, y por ende la
continuidad de los esfuerzos a absorber por los larguerillos y el
revestimiento de las respectivas secciones, una estructura de
ensamblaje conocida incorpora unos herrajes de tensión anterior y
posterior. Estos herrajes de tensión acoplan los larguerillos y el
revestimiento de la sección anterior a los larguerillos y
revestimiento de la sección posterior del fuselaje a través de la
cuaderna. Cada uno de estos herrajes de tensión se fijan por un lado
a los larguerillos y por otro lado a la cuaderna, por medios de
fijación mecánicos como remaches. Los herrajes de tensión
convencionalmente se fijan a la cuaderna tanto a través del alma
como a través de la porción anterior del ala superior de la misma.
Por su parte, los herrajes de tensión posteriores convencionalmente
se fijan a la cuaderna solamente a través del alma de la
misma.
misma.
También con la función de asegurar la
continuidad del acoplamiento entre las secciones anterior y
posterior, así como de refuerzo para la absorción de las cargas de
presión y por tanto para descargar la cuaderna, se conocen elementos
estructurales, que disponiéndose en el lado de la zona presurizada,
consisten esencialmente en tirantes que se acoplan entre la cuaderna
y en otra cuaderna de refuerzo conectada a los larguerillos de la
sección anterior.
Los elementos de la estructura convencional de
ensamblaje del mamparo de presión, es decir la cuaderna, la
platabanda, los herrajes de tensión y los tirantes y cuadernas de
refuerzo, convencionalmente se fabrican de metal. En particular, la
cuaderna necesariamente ha de fabricarse de metal y por la técnica
de mecanizado, considerando el estado de esfuerzos que debe absorber
por su constitución como se ha descrito, teniendo en cuenta que ello
proporciona la resistencia óptima con peso y coste mínimo. Así,
pensando en la fabricación en material compuesto mediante la técnica
convencional de RTM, la solución directa de fabricar en material
compuesto la cuaderna de la estructura de ensamblaje conocida
mediante esta técnica, que se consideraría ideal para este caso,
presenta aun así serios inconvenientes. En primer lugar conllevaría
a un redimensionamiento desproporcionado de la cuaderna considerando
el número de capas de fibras orientadas que habría que apilar para
dotar a la cuaderna de la resistencia adecuada. En segundo lugar, la
cuaderna a obtener presentaría vulnerabilidad al problema de la
delaminación de capas, sobre todo en la zona de la intersección
entre el alma y el ala superior donde preferentemente se
concentrarían esfuerzos en la dirección perpendicular al laminado. Y
en tercer lugar, requeriría de un utillaje relativamente complicado
debido a la forma relativamente compleja de la sección de la
cuaderna.
Con objeto de resolver los inconvenientes del
estado de la técnica la presente invención proporciona una
estructura de ensamblaje del mamparo de presión que puede fabricarse
toda ella fácilmente en material compuesto.
La estructura de ensamblaje del mamparo de
presión de la invención se concibe, al igual que la estructura
convencional, también para acoplar la sección anterior de la sección
posterior del fuselaje correspondientes a las zonas presurizada y no
presurizada de la aeronave respectivamente. Así, la estructura de
ensamblaje del mamparo debe ser capaz, además de absorber las cargas
de presión, de proporcionar la resistencia adecuada para el
acoplamiento entre las secciones anterior y posterior del fuselaje
así como la rigidización transversal adecuada del fuselaje.
Para ello, la estructura de ensamblaje del
mamparo de presión reivindicada, a diferencia de la estructura de
ensamblaje conocida, incorpora una cuaderna simple y un anillo de
mamparo, ambos elementos con simetría cilíndrica (siguiendo el
contorno del fuselaje) y por tanto quedando definidos por su sección
de simetría, como a continuación se describe.
El anillo de mamparo tiene la función de recibir
las cargas de presión del mamparo. Se caracteriza por tener una
forma en L, con dos porciones rectas: una porción anterior y otra
porción posterior. Así, el mamparo de presión se conecta a la
porción posterior del anillo de mamparo, proyectándose la porción
posterior hacia arriba y hacia atrás con cierta inclinación respecto
al revestimiento, viniendo determinada la inclinación por una línea
tangente al mamparo de presión.
Por otra parte, la cuaderna simple tiene la
función de rigidizar la sección transversal del fuselaje, de manera
desacoplada de la función de absorber las cargas de presión del
mamparo, que es proporcionada por el anillo de mamparo. Para ello la
cuaderna tiene un ala superior, un alma y un ala inferior.
La cuaderna simple se conecta al anillo de
mamparo y, el conjunto de cuaderna y anillo, se fijan al
revestimiento por interposición de una placa de refuerzo o
platabanda extendida, entre la porción anterior del anillo de
mamparo y el revestimiento. Tanto la sección anterior como la
sección posterior del revestimiento se fijan a la porción anterior
del anillo de mamparo, de modo que dicha porción anterior del anillo
tiene la función de recibir los esfuerzos del acoplamiento de las
secciones del fuselaje.
En la disposición de la cuaderna simple sobre el
anillo de mamparo se encuentra adecuado situar el alma de la
cuaderna próxima al ángulo entre la porción anterior y la porción
posterior del anillo de mamparo, para proporcionar un efecto de pisa
de la cuaderna simple sobre el anillo de mamparo, que permite
mejorar la distribución de las cargas de presión en el anillo de
mamparo. En particular, la cuaderna simple puede tener un ala
inferior que se extienda únicamente hacia delante respecto del alma,
lo que permite optimizar este efecto.
Para asegurar la continuidad del acoplamiento de
las secciones anterior y posterior del fuselaje, y por ende la
continuidad de los esfuerzos a absorber por los larguerillos y el
revestimiento de las respectivas secciones, la estructura de
ensamblaje incorpora unos herrajes de tensión, anterior y posterior,
que acoplan los larguerillos a la platabanda extendida.
Con esta configuración, se elimina la necesidad
de que la cuaderna simple deba resistir a tracción, como en la
cuaderna convencional, eliminando por consiguiente la necesidad de
ser fabricada en metal. Así, los esfuerzos debidos a las cargas de
presión se redistribuyen hacia las secciones del fuselaje, evitando
por tanto la necesidad de que sean absorbidos por la cuaderna
convencional.
Adicionalmente, la estructura de ensamblaje
puede incorporar una pluralidad de placas de rigidización para
evitar el pandeo local de la cuaderna simple de la estructura de
ensamblaje. Estas placas de rigidización se disponen a lo largo de
la cuaderna conectándose entre la cuaderna y al anillo de
mamparo.
Los elementos de cuaderna simple, anillo de
mamparo y platabanda extendida, pueden consistir cada uno de ellos
en un único tramo o en una pluralidad de tramos, dispuestos a lo
largo del contorno del fuselaje. En este último caso, cuando sea
necesario asegurar la continuidad de esfuerzos entre los distintos
tramos pueden disponerse elementos de acoplamiento convencionales.
En particular, ello será necesario en la cuaderna. Así, entre los
distintos tramos de la cuaderna puede disponerse para ello una placa
que solape cada pareja de tramos.
Para conectar los distintos elementos que
componen la estructura de ensamblaje se contemplan tanto medios de
fijación como medios de unión. Los medios de fijación se distinguen
de los medios de unión en que los medios de fijación requieren de
elementos conectores ajenos a los elementos a conectar. Los medios
de fijación pueden ser mecánicos (roscados, como tornillos; o no
roscados, como remaches ciegos o no ciegos) o químicos (como
adhesivos, por pegado o por copegado; por copegado cuando las piezas
a conectar son de material compuesto). Los medios de unión a su vez
pueden ser mecánicos (como por machihembrado) o químicos (como por
cocurado, cuando las piezas a conectar son de material compuesto).
La diferencia entre las técnicas de cocurado y copegado es la
siguiente: En el cocurado se unen elementos que no han sido curados
previamente, produciéndose la unión mediante el curado del conjunto
de los dos elementos, no disponiendo adhesivo entre los elementos a
conectar; sin embargo en el copegado, uno de los elementos a
conectar se ha curado previamente, disponiendo una capa de adhesivo
entre los elementos a conectar.
Por tanto, de acuerdo con lo anterior, se
contemplan múltiples opciones de conexión entre los distintos
elementos que componen la estructura, según los medios de fijación o
unión seleccionados. En particular, cuando el anillo de mamparo, la
cuaderna simple y las placas de rigidización son de material
compuesto, dichos elementos pueden conectarse entre sí por copegado
y también por cocurado.
Adicionalmente, se contempla la opción de que el
anillo de mamparo forme parte integrada del mamparo de presión, de
forma que el mamparo de presión se fabrique con el anillo de mamparo
incluido.
Todos los elementos de la estructura de
ensamblaje, por su propia configuración, pueden fabricarse
fácilmente en material compuesto.
El material compuesto se define en la técnica
como el material que consiste esencialmente en fibras de pequeño
diámetro, alta resistencia y alta rigidez embebidas en una matriz de
material homogéneo.
El material compuesto que se considera apropiado
para la fabricación de los elementos de la estructura de la
invención es el material compuesto de matriz orgánica, en el que la
matriz es una resina de material termoestable (por ejemplo Epoxy,
Poliéster, Fenólica, Poliamida o Bismaleimida) o termoplástico. De
otro lado, materiales apropiados para las fibras son el Boro o el
Carbono (Grafito).
Para la obtención de los elementos de la
estructura de ensamblaje de la invención se contemplan las
siguientes técnicas de fabricación:
- -
- RTM: (Resin Transfer Moulding)Las fibras extendidas en tejidos o tramas se disponen apiladas en un molde. Posteriormente el material de la matriz se transfiere al interior del molde hasta completar los huecos entre las fibras, compactándose el conjunto en el interior del molde. El material compuesto se somete a un ciclo de temperatura y presión adecuado para el curado de la resina de la matriz en horno o autoclave.
- -
- Preimpregnado: Las fibras previamente impregnadas en material de la matriz se extienden sobre la superficie de un molde, apilándose en capas hasta obtener el espesor requerido del elemento, compactándolo posteriormente. La extensión del material se realiza en láminas, cintas o bandas, dando lugar a los distintos procesos conocidos como laminado, encintado o colocación de fibras, respectivamente. Adicionalmente, puede complementarse el preimpregnado con la técnica de termoconformado/prensado, por la que mediante la aplicación de calor y presión se provoca la deformación del material contra un molde. El material compuesto se somete a un ciclo de temperatura y presión adecuado para el curado de la resina de la matriz en horno o autoclave.
Puede obtenerse una cuaderna simple, o distintos
tramos de cuaderna simple, por la técnica de RTM, con la resistencia
adecuada y peso reducido, teniendo en cuenta que la cuaderna no
recibe las cargas de presión y por ende no presenta zonas críticas
de delaminación, que implicaría espesores mayores y formas complejas
inviables por esta técnica como se indicó anteriormente.
El anillo de mamparo, o los distintos tramos del
anillo, pueden obtenerse por la técnica de preimpregnado del
material compuesto sobre una superficie con la forma del anillo a
obtener.
En el caso de que el anillo de mamparo forme
parte integrada del mamparo de presión, el mamparo de presión puede
fabricarse junto al anillo de mamparo, como un todo, por la técnica
de preimpregnado, preferiblemente por la técnica de preimpregnado
con colocación de fibras.
La platabanda extendida, o los distintos tramos
de la platabanda, pueden obtenerse también por la técnica de
preimpregnado del material compuesto sobre una superficie con la
forma de la platabanda a obtener.
Finalmente, el resto de los elementos
estructurales de la estructura de ensamblaje (herrajes de tensión y
placas de rigidización), pueden obtenerse por la técnica de
preimpregnado con termoconformado/prensado para obtener las
dobleces.
Para complementar la descripción de la invención
y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus
características técnicas, se acompaña a la presente memoria
descriptiva las siguientes figuras:
Figura 1.- Vista en perspectiva esquemática de
la disposición del mamparo de presión en una aeronave.
Figura 2.- Sección A-A' de la
vista mostrada en la Figura 1, que representa una estructura
convencional de ensamblaje del mamparo de presión a la aeronave.
Figura 3.- Sección A-A' de la
vista mostrada en la Figura 1, que representa una realización de la
estructura de ensamblaje del mamparo de presión a la aeronave de la
invención.
- 1:
- Mamparo de presión.
- 2:
- Zona presurizada de la aeronave.
- 3:
- Zona no presurizada de la aeronave.
- 4:
- Sección anterior del fuselaje.
- 5:
- Sección posterior del fuselaje.
- 6:
- Revestimiento de la sección anterior del fuselaje.
- 7:
- Revestimiento de la sección posterior del fuselaje.
- 8:
- Larguerillo de la sección anterior del fuselaje.
- 9:
- Larguerillo de la sección posterior del fuselaje.
- 10:
- Cuaderna convencional.
- 11:
- Porción anterior del ala superior de la cuaderna convencional.
- 12:
- Porción posterior del ala superior de la cuaderna convencional.
- 13:
- Alma de la cuaderna convencional.
- 14:
- Ala inferior de la cuaderna convencional.
- 15:
- Platabanda convencional.
- 16:
- Herrraje de tensión anterior convencional.
- 17:
- Herraje de tensión posterior convencional.
- 18:
- Cuaderna simple.
- 19:
- Ala superior de la cuaderna simple.
- 20:
- Alma de la cuaderna simple.
- 21:
- Ala inferior de la cuaderna simple.
- 22:
- Anillo de mamparo.
- 23:
- Platabanda extendida.
- 24:
- Herraje de tensión anterior.
- 25:
- Herraje de tensión posterior.
- 26:
- Placa de rigidización.
Considerando la numeración adoptada en las
figuras, en la figura 3 se muestra la sección A-A'
de una realización de la estructura de ensamblaje de la
invención.
La estructura de la invención proporciona un
ensamblaje del mamparo de presión 1 a la aeronave y medios para el
acoplamiento entre las secciones anterior 4 y posterior 5 del
fuselaje de la aeronave. El mamparo de presión 1 separa la zona
presurizada 2 de la zona no presurizada 3 de la aeronave.
Como puede observarse en la figura 3, la
realización que se describe incorpora una cuaderna simple 18, que
tiene un ala superior 19, un alma 20 y un ala inferior 21.
Un anillo de mamparo 22 se remacha por una
porción posterior inclinada hacia arriba y hacia atrás al mamparo de
presión 1.
La cuaderna simple 18 se dispone sobre una
porción anterior no inclinada del anillo de mamparo 22, y éste a su
vez se dispone sobre una platabanda extendida 23. El conjunto de
cuaderna simple 18, anillo de mamparo y platabanda extendida 23 se
remacha a la sección posterior 7 del revestimiento del fuselaje, por
medio de remaches.
La realización incorpora una placa de
rigidización 26 que por un borde posterior se remacha al alma 20 de
la cuaderna simple 18.
La porción anterior del anillo de mamparo 22, se
extiende hacia delante más allá de la zona de contacto del ala
inferior 21 de la cuaderna 19 con el anillo de mamparo 22. Por esta
zona extendida se remachan: el anillo de mamparo 22, la placa de
rigidización 26, la platabanda extendida 23 y la sección anterior 6
del revestimiento.
La estructura de ensamblaje incorpora también
unos herrajes de tensión anterior 24 y posterior 25, que se remachan
a los larguerillos 8,9 y al revestimiento 6,7 de las secciones
anterior 4 y posterior 5 del fuselaje, respectivamente.
Claims (15)
1. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión de una aeronave, para acoplar una sección anterior (4) con
otra sección posterior (5) del fuselaje, correspondientes a zonas
presurizada (2) y no presurizada (3), respectivamente; las secciones
anterior (4) y posterior (5) comprendiendo larguerillos (8, 9) y
revestimiento (6, 7);
la estructura caracterizada porque
comprende:
- un anillo de mamparo (22), que se extiende con
simetría cilíndrica según el contorno del fuselaje, la sección de
simetría teniendo una forma de L, con una porción anterior y una
porción posterior, la porción posterior inclinada hacia arriba y
hacia atrás y conectándose al mamparo de presión (1);
- una cuaderna simple (18), que se extiende con
simetría cilíndrica según el contorno del fuselaje, la sección de
simetría teniendo un ala superior (19), un alma (20) y un ala
inferior (21); el ala inferior (21) de la cuaderna simple (18)
conectándose a la porción anterior del anillo de mamparo (22);
- una platabanda extendida (23); que se extiende
con simetría cilíndrica según el contorno del fuselaje,
disponiéndose entre la porción anterior del anillo de mamparo (22) y
el revestimiento (6, 7); y
- unos herrajes de tensión (24, 25); que se
acoplan entre la platabanda extendida (23) y los larguerillos (8,
9).
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2. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 1, caracterizado porque los
revestimientos de las secciones anterior (6) y posterior (7) del
fuselaje se fijan al conjunto de la cuaderna simple (18), anillo de
mamparo (22) y platabanda extendida (23) con medios mecánicos como
remaches.
3. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 2, caracterizado porque los
revestimientos de las secciones anterior (6) y posterior (7) del
fuselaje se fijan al conjunto de platabanda extendida, larguerillos
(8, 9) y herrajes de tensión (24, 25), de las respectivas secciones
anterior (6) y posterior (7) del fuselaje, con medios mecánicos como
remaches.
4. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3, caracterizado porque
adicionalmente comprende una pluralidad de placas de rigidización
(26) para evitar el pandeo local de la cuaderna simple (18), que se
conecta entre la cuaderna simple (18) y la porción anterior del
anillo de mamparo (22).
5. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-4,
caracterizada porque el anillo de mamparo (22) forma parte
integrada del mamparo de presión (1).
6. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-4,
caracterizada porque el anillo de mamparo (22) se fija al
mamparo de presión (1) con medios mecánicos.
7. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-6,
caracterizada porque la cuaderna simple (19) se divide en una
pluralidad de tramos, dispuestos a lo largo del contorno del
fuselaje y sustancialmente no separados entre sí; acoplándose dichos
tramos entre sí mediante medios convencionales.
8. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-4,
caracterizada porque la cuaderna simple (19) es de material
compuesto, obteniéndose por la técnica de RTM.
9. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-4,
caracterizada porque el anillo de mamparo (22) es de material
compuesto, obteniéndose por la técnica de preimpregnado.
10. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-4,
caracterizada porque la platabanda extendida (23) es de
material compuesto, obteniéndose por la técnica de
preimpregnado.
11. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-4,
caracterizada porque los herrajes de tensión (24, 25) son de
material compuesto, obteniéndose por la técnica de preimpregnado con
termoconformado/prensado.
12. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 4, caracterizada porque las
placas de rigidización (26) son de material compuesto, obteniéndose
por la técnica de preimpregnado con termoconformado/prensado.
13. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-4,
caracterizada porque el mamparo de presión (1) y el anillo de
mamparo (22) son de material compuesto, y se conectan entre sí por
una técnica seleccionada del grupo consistente en cocurado y
copegado.
\newpage
14. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 3-4,
caracterizada porque la cuaderna simple (18) y el anillo de
mamparo (22) son de material compuesto, y se conectan entre sí por
una técnica seleccionada del grupo consistente en cocurado y
copegado.
15. Estructura de ensamblaje del mamparo de
presión, según la reivindicación 4, caracterizada porque las
placas de rigidización (26), la cuaderna simple (18) y el anillo de
mamparo (22) son de material compuesto, y se conectan entre sí por
una técnica seleccionada del grupo consistente en cocurado y
copegado.
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