ES2369119T3 - Fijación de una estructura de una góndola de turborreactor mediante brida de cuchilla/garganta reforzada. - Google Patents
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Abstract
Góndola (1) para turborreactor (4) que comprende una sección delantera (5) de entrada de aire, una sección central (6) destinada a rodear un ventilador de turborreactor y una sección trasera (9), estando asociada al menos una parte constitutiva de la sección trasera a la sección central por medio de una cuchilla (31) radial al menos parcialmente periférica apta para cooperar por complementariedad de forma con una garganta (32) correspondiente presentada por una parte (6a) de la sección central, caracterizada porque la cuchilla comprende al menos un segmento de refuerzo (35, 36) situado al nivel de una zona de recepción de esfuerzos importantes, realizándose dicho segmento de refuerzo a partir de un material más resistente que el resto de la cuchilla y adaptado a los esfuerzos que deben ser soportados por dicho segmento en esta zona.
Description
Fijación de una estructura de una góndola de turborreactor mediante brida de cuchilla/garganta reforzada.
La presente invención se refiere a una góndola para turborreactor.
Un avión se desplaza mediante varios turborreactores alojados cada uno en una góndola.
Una góndola presenta generalmente una estructura tubular que comprende una entrada de aire agua arriba del turborreactor, una sección central destinada a rodear un ventilador del turborreactor, una sección aguas abajo que integra eventualmente unos medios de inversión de empuje y destinada a rodear la cámara de combustión del turborreactor, y está terminada generalmente por una tobera de eyección cuya salida está situada aguas abajo del turborreactor.
Las góndolas modernas están destinadas a proteger un turborreactor de doble flujo apto para generar por un lado un flujo de aire caliente (también denominado flujo primario) procedente de la cámara de combustión del turborreactor, y por otro lado un flujo de aire frío (flujo secundario) procedente del ventilador y que circula por el exterior del turborreactor a través de un paso anular, también denominado vena, formado entre una estructura interna que define un carenado del turborreactor y una pared interna de la góndola. Los dos flujos de aire se expulsan del turborreactor por la parte trasera de la góndola.
Las partes de la sección trasera que se mantienen fijas en vuelo, a saber la estructura interna pero también la estructura externa de la sección trasera, están generalmente asociadas a la sección central por medio de un sistema de embridado de tipo cuchilla/garganta.
Los antecedentes tecnológicos se ilustran mediante el documento GB-A-2 384 827.
Este tipo de embridado permite una resistencia de la sección trasera y una recuperación de los esfuerzos longitudinales al tiempo que se admite una liberación radial que permite fácilmente la apertura de las estructuras externas e internas alrededor de una línea de bisagra a las doce para realizar operaciones de mantenimiento en el interior de la góndola o en el turborreactor. El cierre en vuelo se garantiza mediante unos fiadores situados a las seis.
La arquitectura de los inversores y de los capós se presenta generalmente en forma de unos elementos estructurales diferenciados, tales como vigas longitudinales, tornillos, que soportan y/o accionan elementos no estructurales continuos tales como paneles de carenado de motor acústicos, paneles móviles de inversor, etc. Las arquitecturas de este tipo conducen a la introducción de esfuerzos muy localizados en determinadas zonas de las bridas de garganta/cuchilla, concretamente las situadas a nivel de las vigas y otros elementos estructurales.
Se ha constatado que en las estructuras existentes, estas bridas periféricas de cuchilla/garganta no están adaptadas a estructuras que presentan pasos de esfuerzos singulares. Se produce una baja tolerancia a los daños. Por otro lado, estas bridas se realizan generalmente de aluminio y simplemente se dimensionan en cuanto a la resistencia a la fatiga y no en cuanto a los daños.
Además, las bridas en los elementos que se abren no permiten la recuperación de los esfuerzos circunferenciales ya que no son axisimétricas.
La realización de una brida entera de un material más resistente es difícilmente considerable, ya que tendría un impacto negativo en cuanto al coste y la masa del conjunto propulsor.
Por tanto, el objetivo de la presente invención es, en particular, proporcionar una góndola que presenta una sección trasera asociada a la sección central por medio de una brida de tipo cuchilla/garganta más resistente, pero que no conlleva una penalización pesada en cuanto al coste y/o la masa del conjunto.
Este objetivo de la invención se alcanza con una góndola para turborreactor, que comprende una sección delantera de entrada de aire, una sección central destinada a rodear un ventilador de turborreactor y una sección trasera, estando al menos una parte constitutiva de la sección trasera asociada a la sección central por medio de una cuchilla radial al menos parcialmente periférica apta para cooperar por complementariedad de forma con una garganta correspondiente presentada por una parte de la sección central, caracterizada porque la cuchilla comprende al menos un segmento de refuerzo situado a nivel de una zona de recepción de esfuerzos importantes, realizándose dicho segmento de refuerzo a partir de un material más resistente que el resto de la cuchilla y adaptado a los esfuerzos que deben soportarse por dicho segmento en esta zona.
Así, proporcionando una cuchilla que comprende unos segmentos de refuerzos, sólo se refuerzan las zonas sometidas a esfuerzos más intensos.
La realización de la cuchilla con ayuda de segmentos de refuerzo permite no tener un impacto demasiado importante ni sobre la masa del conjunto de la brida ni sobre su coste, recurriendo a materiales más resistentes, y por tanto con frecuencia más pesados y más caros, sólo en los lugares en los que los esfuerzos que van a soportarse lo hacen necesario.
Ventajosamente, el segmento de refuerzo comprende una pluralidad de subsegmentos. Una subsegmentación de este tipo responde a un enfoque por segregación de las trayectorias de esfuerzos y rotura por desgaste. De este modo, si uno de los subsegmentos se rompe a causa de choques, corrosión o por fatiga tras la propagación de fisuras, los otros subsegmentos están dimensionados para soportar los esfuerzos.
De manera preferida, la cuchilla se realiza principalmente a base de aluminio. El aluminio responde a las exigencias de coste y de masa para la mayor parte de la cuchilla en una góndola según la invención.
Preferentemente, los segmentos de refuerzo se realizan a partir de titanio. Las aleaciones a base de titanio presentan buenas razones de solidez/peso para la aplicación considerada.
Ventajosamente, el segmento de refuerzo está situado sensiblemente a nivel de una unión con una viga longitudinal que pertenece a la estructura de la sección trasera.
Aún más ventajosamente, un segmento de refuerzo está situado sensiblemente a las doce y un segmento de refuerzo está situado sensiblemente a las seis. Se trata generalmente de la zona de unión con el mástil o con una viga próxima al mástil y por tanto sometida a importantes esfuerzos, así como a la zona de unión con la viga longitudinal inferior en la que están atornilladas las estructuras de la sección trasera.
Preferentemente, la góndola está destinada a un turborreactor de doble flujo y presenta para ello una sección trasera que comprende una estructura interna destinada a servir de cárter a una parte trasera del turborreactor y que define con una estructura externa una vena de circulación de un flujo frío.
Según una variante de realización, la estructura interna está asociada a la sección central por medio de la unión de cuchilla.
Alternativamente o de manera complementaria, la estructura externa está asociada a la sección central por medio de la unión de cuchilla.
Según un modo de realización particular, la sección trasera comprende unos medios de inversión de empuje.
Ventajosamente, la parte de la sección trasera asociada a la sección central por medio de la unión de cuchilla está montada móvil de manera que puede abrirse lateralmente según una dirección que permite el desacoplamiento de la cuchilla y de la garganta.
De manera preferida, los segmentos de refuerzos de la cuchilla presentan al menos un chaflán de extremo. Así, la presencia de chaflanes permite una reorientación de los esfuerzos que se ejercen muy localmente sobre el segmento de refuerzo. Se deduce un mejor reparto de los esfuerzos en todo el espesor y/o la longitud del segmento de refuerzo.
Preferentemente, los chaflanes están situados al nivel de una unión del segmento de refuerzo o de un subsegmento con el resto de la cuchilla o un subsegmento adyacente.
Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción y del examen de las figuras adjuntas, en las que:
- -
- la figura 1 es una representación esquemática en sección longitudinal de una góndola de turborreactor de doble flujo.
- -
- La figura 2 es una representación esquemática en sección transversal de la góndola de la figura 1.
- -
- Las figuras 3 y 4 son representaciones esquemáticas de un sistema de cuchilla/garganta respectivamente en posición acoplada y en posición desacoplada.
- -
- La figura 5 es una representación esquemática de una cuchilla presentada por una semiparte de sección trasera.
- -
- La figura 6 es una representación ampliada de una parte inferior de la cuchilla representada en la figura 5.
Una góndola 1 según la invención tal como se representa en las figuras 1 y 2 está destinada a unirse bajo un ala 2 de un avión (no visible) por medio de un mástil 3 oblicuo orientado hacia la parte delantera del avión.
Esta góndola 1 constituye un alojamiento tubular para un turborreactor 4 para el que sirve para canalizar los flujos de aire que genera. También protege diferentes componentes necesarios para el funcionamiento del turborreactor 4.
Más precisamente, la góndola 1 presenta una estructura externa que comprende una sección delantera que forma una entrada 5 de aire, una sección central 6 que rodea un ventilador 7 del turborreactor, y una sección trasera 9 que rodea el motor y protege eventualmente un sistema de inversión de empuje (no visible).
La sección central 6 comprende, por un lado, un cárter 6a interno que rodea el ventilador del turborreactor 4, y por otro lado, una estructura externa 6b de carenado del cárter que prolonga una superficie externa 5b de la sección de entrada de aire 5. El cárter 6a está unido a la sección de entrada de aire 5 que soporta y prolonga una superficie interna 5a de esta última. La estructura externa 6b de carenado se realiza generalmente en forma de capós móviles situados a ambos lados de la góndola 1 con respecto al eje del mástil 3 y que se unen bajo la góndola.
La sección trasera 9 prolonga la sección central 6 y comprende una estructura externa que presenta una superficie interna 9a en la continuidad del cárter 6a y una superficie externa 9b en la continuidad de la estructura externa 6b de carenado de la sección central 6. Asimismo, comprende una estructura interna 10 de carenado del motor que define con la superficie interna 9a una vena 11 destinada a la circulación de un flujo de aire frío en el caso de un turborreactor de doble flujo tal como el representado en este caso.
La sección trasera 9 se realiza en forma de dos semipartes laterales 9’, 9” situadas a ambos lados de la góndola 1 apta para abrirse para permitir un acceso al turborreactor 4.
Cada semiparte 9’, 9” comprende un borde superior 12 equipado con medios de unión (no visibles) al mástil 3 del tipo fiadores (para una apertura lateral) o bisagras (para una apertura radial) y un borde inferior 14 equipado con medios de bloqueo 15 aptos para garantizar el cierre de las dos semipartes.
El conjunto de la estructura externa de la sección trasera 9 y de la estructura interna 10 de cada semiparte 9’, 9” está soportado por un marco 16 delantero soportado a su vez por el cárter 6a.
Con el fin de garantizar la resistencia mecánica del conjunto de la góndola así como la transmisión de los esfuerzos hacia el mástil 3, las semipartes 9’, 9” están equipadas, por medio del marco delantero 16, con un sistema de bloqueo apto para cooperar con medios de bloqueo complementarios solidarios con el cárter 6a de la sección central.
Este sistema de bloqueo se presenta en forma de una brida de garganta/cuchilla, llevándose la cuchilla por el marco delantero 16, mientras que la garganta periférica se presenta por el cárter 6a.
Más precisamente, el marco delantero 16 de cada semiparte 9’, 9” presenta una prolongación 30 longitudinal terminada por un retorno que forma una cuchilla 31 orientado radialmente en dirección del cárter 6a.
Esta cuchilla 31 está destinada a cooperar con una garganta 32 radial de forma correspondiente con la que está equipada el cárter 6a y que presenta un reborde externo 34 y un reborde interno 33.
De manera general, la garganta 32 y la cuchilla 31 presentan cada una un perfil en V complementario, denominándose comúnmente la garganta con el término “V-groove”.
El sistema de garganta/cuchilla presenta la ventaja de conferir al conjunto una buena resistencia mecánica a los esfuerzos longitudinales cuando se acopla al tiempo que permite una liberación radial fácil que permite por consiguiente una apertura sencilla y rápida de las semipartes 9’, 9”.
Según la técnica anterior, la garganta y la cuchilla se realizan a partir de aluminio en una aleación que presenta un buen compromiso de resistencia/peso.
No obstante, tal como se explicó anteriormente, los esfuerzos más importantes soportados y transmitidos por la brida están localizados.
En efecto, la estructura externa de la sección trasera comprende generalmente un armazón que comprende una o varias vigas longitudinales y sobre el que se conecta una pared interna acústica y una pared externa aerodinámica.
Se produce que los esfuerzos transmitidos a la brida están lógicamente localizados a nivel de una unión entre las vigas longitudinales y el marco delantero 16. Se contarán generalmente como mínimo dos trayectorias de esfuerzos principales, a saber, sensiblemente a las doce al nivel de las vigas de unión al mástil 3 y a las seis a nivel de una viga longitudinal 37 inferior que soporta medios de bloqueo de las dos semipartes 9’, 9”.
También se observará que una línea de esfuerzo importante se sitúa a lo largo de cada accionador con el que está equipado un sistema de inversión de empuje.
Según la invención, la cuchilla con la cual está equipado el marco delantero 16 de cada semiparte ya no se realiza de una sola pieza de una única aleación, sino que comprende segmentos de refuerzo realizados de un material adaptado a los esfuerzos que deben soportarse en el lugar de los segmentos de refuerzos.
Una cuchilla de este tipo se representa en la figura 5. Esta cuchilla describe sensiblemente un semicírculo, con la excepción de una zona superior que corresponde al emplazamiento del mástil 3. Tal como se explicó anteriormente, la cuchilla se realiza principalmente a partir de una aleación de aluminio.
No obstante, comprende un segmento de refuerzo superior 35, situado en el extremo superior de dicha cuchilla en la proximidad del mástil 3, y un segmento de refuerzo inferior 36, situado en el extremo inferior a nivel de la viga longitudinal 37 inferior de bloqueo.
Cada uno de esos segmentos de refuerzos 35, 36 se realiza a partir de una aleación a base de titanio que presenta una mejor resistencia a los esfuerzos, más adecuada para los esfuerzos susceptibles de transmitirse a este lugar del marco delantero 16.
Cada segmento de refuerzo 35, 36 está constituido por tres subsegmentos (no visibles) que permiten garantizar una seguridad óptima, estando cada subsegmento dimensionado para poder soportar los esfuerzos ejercidos en este lugar en caso de rotura de al menos uno de los otros subsegmentos. Se trata de un enfoque por segregación de las trayectorias de esfuerzos y rotura por desgaste. Por otro lado, la división de un segmento de refuerzo en varios subsegmentos permite limitar la propagación de eventuales fisuras presentes en un subsegmento tras un choque, por ejemplo.
La figura 6 presenta una vista ampliada del segmento de refuerzo inferior 36. Se observará entonces que el segmento de refuerzo 36 presenta un perfil achaflanado.
En efecto, con un mismo objetivo de repartir mejor los esfuerzos longitudinales que se ejercen sobre la cuchilla 31, se ha constatado que la realización de un chaflán permite un recorte de los máximos de esfuerzos que se ejercen localmente sobre el segmento de refuerzo y garantiza un mejor reparto de los mismos sobre todo el espesor de la cuchilla y toda la longitud de los segmentos de refuerzos. También podrán realizarse chaflanes entre cada subsegmento de manera que se evite la presencia de máximos de esfuerzo a nivel de una unión entre dos subsegmentos o con el resto de la cuchilla y se conduzcan los esfuerzos hacia el centro del subsegmento o segmento de refuerzo.
Aunque la invención se ha descrito en relación con ejemplos de realización particulares, es evidente que no se limita a los mismos en absoluto y que comprende todos los equivalentes técnicos de los medios descritos, así como sus combinaciones si están comprendidas en el contexto de la invención.
Concretamente, podrá observarse que la presente invención se ha descrito para un sistema de garganta/cuchilla entre la estructura externa 9a, 9b y el cárter 6a de ventilador. Evidentemente es posible aplicar el mismo tipo de unión de cuchilla/garganta, de manera alternativa o complementaria a la estructura interna 10 o al enganche de una tobera de flujo frío en el caso de una góndola larga en una unión mecánica con un cárter del turborreactor situado a nivel del ventilador. Estas uniones son distintas y comúnmente se denominan garganta interna (“inner V-Groove”) y garganta externa (“outer V-Groove”).
Claims (13)
- REIVINDICACIONES
- 1.
- Góndola (1) para turborreactor (4) que comprende una sección delantera (5) de entrada de aire, una sección central (6) destinada a rodear un ventilador de turborreactor y una sección trasera (9), estando asociada al menos una parte constitutiva de la sección trasera a la sección central por medio de una cuchilla (31) radial al menos parcialmente periférica apta para cooperar por complementariedad de forma con una garganta (32) correspondiente presentada por una parte (6a) de la sección central, caracterizada porque la cuchilla comprende al menos un segmento de refuerzo (35, 36) situado al nivel de una zona de recepción de esfuerzos importantes, realizándose dicho segmento de refuerzo a partir de un material más resistente que el resto de la cuchilla y adaptado a los esfuerzos que deben ser soportados por dicho segmento en esta zona.
-
- 2.
- Góndola (1) para turborreactor (4) según la reivindicación 1, caracterizada porque el segmento de refuerzo (35, 36) comprende una pluralidad de subsegmentos.
-
- 3.
- Góndola (1) para turborreactor (4) según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque la cuchilla
(31) está realizada principalmente a base de aluminio. -
- 4.
- Góndola (1) para turborreactor (4) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque los segmentos de refuerzo (35, 36) están realizados a partir de titanio.
-
- 5.
- Góndola (1) para turborreactor (4) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque el segmento de refuerzo (35, 36) está situado sensiblemente al nivel de una unión con una viga longitudinal (37) que pertenece a la estructura de la sección trasera (9).
-
- 6.
- Góndola (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la cuchilla (31) comprende un segmento de refuerzo (35) situado sensiblemente a las doce y un segmento de refuerzo (36) situado sensiblemente a las seis.
-
- 7.
- Góndola (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque está destinada a un turborreactor (4) de doble flujo y presenta para ello una sección trasera (9) que comprende una estructura interna
(10) destinada a servir de cárter a una parte trasera del turborreactor y que define con una estructura externa una vena (11) de circulación de un flujo frío. -
- 8.
- Góndola (1) según la reivindicación 7, caracterizada porque la estructura interna (10) está asociada a la sección central (6) por medio de la unión de cuchilla.
-
- 9.
- Góndola (1) según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizada porque la estructura externa (9) está asociada a la sección central (6) por medio de la unión de cuchilla.
-
- 10.
- Góndola (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque la sección trasera (9) comprende unos medios de inversión de empuje.
-
- 11.
- Góndola (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque la parte de la sección trasera
(9) asociada a la sección central (6) por medio de la unión de cuchilla está montada de manera móvil que puede abrirse lateralmente según una dirección permitiendo el desacoplamiento de la cuchilla (31) y de la garganta (32). -
- 12.
- Góndola (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada porque al menos los segmentos de refuerzo (35, 36) de la cuchilla (31) presentan al menos un chaflán de extremo.
-
- 13.
- Góndola (1) según la reivindicación 12, caracterizada porque los chaflanes están situados al nivel de una unión del segmento de refuerzo (35, 36) o de un subsegmento con el resto de la cuchilla (31) o un subsegmento adyacente.
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