ES2585631T3 - Procedimiento de realización de un cajón central de plano de sustentación - Google Patents

Procedimiento de realización de un cajón central de plano de sustentación Download PDF

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Jérôme COLMAGRO
Denis Soula
Julien Guillemaut
Thomas Le Hetet
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Abstract

Proceso de realización de un cajón central de plano de sustentación, que comprende un panel superior (32), un panel inferior (34), un larguero anterior (36) y un larguero posterior (38), con los bordes superiores de dichos largueros (36, 38) aproximadamente paralelos a un eje Y, unidos por el panel superior (32), y los bordes inferiores de dichos largueros (36, 38) aproximadamente paralelos al eje Y, unidos por el panel inferior (34), caracterizado por que consiste en realizar al menos un panel y al menos un larguero de material compuesto de una sola pieza.

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion
La presente invencion se refiere a un procedimiento de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion.
Se conoce semejante procedimiento mediante el documento FR 2 915 173, considerado como la tecnica anterior mas proxima.
Como se muestra en la figura 1, la estructura de una aeronave comprende dos subconjuntos, por una parte, un fuselaje 10 y, por otra parte, un plano de sustentacion 12, que estan unidos por medio de una estructura 14 en forma de cajon denominada cajon central de plano de sustentacion.
Como se muestra en la figura 2, el cajon central de plano de sustentacion 14 comprende, por una parte, dos paneles, un panel superior 16 y un panel inferior 18 y, por otra parte, como mmimo dos largueros, un larguero anterior 20 y un larguero posterior 22.
De manera conocida, estos cuatro elementos estan realizados por separado y unidos entre ellos utilizando piezas intermedias 24 del tipo perfil angular, como se muestra en las figuras 2, 3A y 3B, y/o mediante ligeras extensiones 26 a nivel de los paneles o de los largueros del tipo con borde cafdo, como se muestra en las figuras 3B y 3C.
En cualquier caso, es necesario prever por lo menos dos uniones por larguero, es decir al menos cuatro uniones para el cajon central de plano de sustentacion 14.
En el caso de piezas metalicas, cada union requiere una fase de posicionamiento de los dos elementos por ensamblar, una fase de pre-ensamblaje, por ejemplo, mediante punteado, una fase de taladrado/mandrilado, una fase de limpieza de las virutas y una fase de remachado de varias filas de fijacion.
Estas operaciones son largas y repercuten de manera relevante en el coste del cajon.
En el caso de paneles y de largueros de material compuesto, el proceso de realizacion sigue las mismas etapas que para elementos metalicos, aunque la fase de perforacion es aun mas larga y diffcil debido a los riesgos de desconchado.
Segun otra problematica ligada al material compuesto, la holgura entre las piezas por ensamblar debe ser inferior a 3/10 mm para obtener un contacto entre las piezas, que permita su ensamblaje sin tensiones residuales de flexion. Esta tension requiere un perfecto dominio de los procesos de fabricacion de las piezas que ensamblar, especialmente a nivel de las superficies de contacto.
Sin embargo, suele ser necesario prever una etapa adicional consistente en interponer una resina de calzado entre las dos piezas por ensamblar para mantenerse en la tolerancia de contacto.
Esta operacion es larga ya que, despues de depositar la resina, las piezas deben ensamblarse temporalmente para calibrar el grosor de la resina y separarse para el secado de la resina. El ensamblaje final se realiza unicamente tras el secado de la resina.
Segun otro punto, el ensamblaje mediante remaches genera, a nivel de los bordes de las piezas por ensamblar, tensiones locales importantes que requieren mayores grosores. En el caso del material compuesto, estos mayores grosores son mas importantes ya que las orientaciones de los refuerzos fibrosos deben ser optimas.
Por supuesto, estos mayores grosores incrementan la masa embarcada.
Por lo tanto, la presente invencion pretende paliar los inconvenientes de la tecnica anterior, proponiendo un proceso de realizacion de un cajon de plano de sustentacion de material compuesto que permite reducir los tiempos de fabricacion.
Segun otro objetivo, la invencion pretende limitar los defectos a nivel de la superficie exterior del cajon central de plano de sustentacion.
A tal efecto, la invencion tiene por objeto un proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion, que comprende un panel superior, un panel inferior, un larguero anterior y un larguero posterior, con los bordes superiores de dichos largueros aproximadamente paralelos a un eje Y, unidos por el panel superior, y los bordes inferiores de dichos largueros aproximadamente paralelos al eje Y, unidos por el panel inferior, caracterizado porque consiste en realizar al menos un panel y al menos un larguero de material compuesto de una sola pieza.
Otras caractensticas y ventajas apareceran mediante la lectura de la siguiente descripcion, proporcionada unicamente a modo de ejemplo, en relacion con los dibujos adjuntos, en los cuales:
- la figura 1 es una vista en perspectiva que ilustra un tramo central de una aeronave,
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- la figura 2 es una vista en perspectiva de un cajon central de plano de sustentacion segun la tecnica anterior,
- las figuras 3A a 3C son esquemas que ilustran distintas variantes de ensamblaje segun la tecnica anterior,
- la figura 4 es una vista en perspectiva que ilustra el exterior de una parte de un cajon central de plano de sustentacion segun una variante de la invencion,
- la figura 5 es una vista en perspectiva que ilustra el interior de la parte del cajon central de plano de sustentacion de la figura 4,
- la figura 6 es una vista frontal de un cajon central de plano de sustentacion segun otra variante de la invencion,
- la figura 7 es un corte que ilustra en detalle una zona que une un panel y un larguero del cajon central de plano de sustentacion de la figura 6,
- la figura 8 es una vista en perspectiva de otra variante de un cajon central de plano de sustentacion segun la invencion,
- la figura 9 es una vista en perspectiva de un tensor destinado a un cajon central de plano de sustentacion segun la variante ilustrada en la figura 8,
- la figura 10 es un corte del tensor de la figura 9,
- la figura 11 es un corte de un tensor de angulo destinado a un cajon central de plano de sustentacion segun
la variante ilustrada en la figura 8,
- la figura 12 es una vista en perspectiva de un dispositivo que garantiza la deposicion de refuerzos fibrosos en un mandril, de manera a obtener un cajon central de plano de sustentacion segun la invencion,
- la figura 13 es un corte transversal de un mandril para la realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun la invencion,
- la figura 14 es una vista lateral que ilustra un dispositivo que permite la colocacion de una envuelta estanca en un mandril,
- la figura 15 es un corte transversal de una zona que une un panel y un larguero de un cajon central de plano de sustentacion antes de compactar los refuerzos fibrosos,
- la figura 16 es un corte transversal de la esquina de la figura 15 tras el compactado,
- la figura 17 es un corte transversal que ilustra la disposicion de los refuerzos fibrosos a nivel de una zona
que une un panel y un larguero de un cajon central de plano de sustentacion antes del compactado, y
- la figura 18 es un corte transversal que ilustra la disposicion de los refuerzos fibrosos a nivel de una zona que une un panel y un larguero de un cajon central de plano de sustentacion tras el compactado.
Para el resto de la descripcion, se considera que el eje longitudinal (tambien denominado eje X) corresponde al eje que se extiende desde la punta anterior al cono posterior de la aeronave. Un plano transversal corresponde a un plano perpendicular al eje longitudinal que comprende el eje Y (horizontal cuando la aeronave esta en tierra) y el eje Z (vertical cuando la aeronave esta en tierra).
En la figura 8, se ha representado un cajon central de plano de sustentacion 30 que comprende un panel superior 32, un panel inferior 34, un larguero anterior 36 y un larguero posterior 38. Los largueros 36 y 38 son sensiblemente planos y estan dispuestos aproximadamente en planos transversales. Estos largueros estan separados y sus bordes superiores, aproximadamente paralelos al eje Y, estan unidos por el panel superior 32, mientras que sus bordes inferiores, aproximadamente paralelos al eje Y, estan unidos por el panel inferior 34.
Generalmente, los paneles 32 y 34 no son planos, sino ligeramente abombados.
En adelante, el eje del cajon corresponde al eje Y. Una superficie interior de un larguero o de un panel corresponde a la superficie de dicho panel o dicho larguero orientada hacia el otro panel o larguero, con la superficie exterior siendo la superficie opuesta a la superficie interior.
Los paneles y los largueros no son solicitados de la misma manera. Los paneles 32 y 34 soportan fuerzas de compresion y de traccion segun el eje Y y de flexion segun un plano XZ.
Con el fin de amortiguar estas solicitaciones, los paneles 32, 34 comprenden, a nivel de sus superficies inferiores, tensores 40 paralelos al eje Y.
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Los largueros estan sometidos a fuerzas de traccion y de compresion segun el eje Y y a fuerzas cortantes segun una direccion contenida en un plano XZ.
Ventajosamente, los largueros 36, 38 comprenden, a nivel de sus superficies interiores, tensores 42 paralelos al eje Y.
Segun la invencion, el cajon central de plano de sustentacion 30 comprende al menos un panel y al menos un larguero realizados de material compuesto de una sola pieza.
Segun un modo de realizacion ilustrado en las figuras 4 y 5, el cajon central de plano de sustentacion 30 comprende dos subconjuntos que comprenden, cada uno, un panel y un larguero realizados de una sola pieza de material compuesto, con los dos subconjuntos unidos entre ellos por dos interfaces. De este modo, el larguero del primer subconjunto esta unido por una interfaz al panel del segundo subconjunto, mientras que el larguero del segundo subconjunto esta unido por una interfaz al panel del primer subconjunto. Segun los casos, una interfaz puede presentarse en forma de un elemento anadido como, por ejemplo, un perfil angular o en forma de un elemento incorporado al larguero o al panel como, por ejemplo, un borde cafdo.
Segun un modo operativo, los dos subconjuntos se obtienen a partir de preformas secas dispuestas en un molde en el que se inyecta una resina lfquida y, a continuacion, se polimeriza el conjunto al menos en parte. Segun una primera variante, los dos subconjuntos se polimerizan totalmente con independencia uno de otro y se ensamblan con las mismas interfaces que la tecnica anterior. Segun otra variante, los dos subconjuntos se polimerizan en parte, y se ensamblan en estado semi-cocido antes de polimerizarse por completo. Este ensamblaje puede realizarse en un mandril con un enrollamiento de refuerzos fibrosos complementarios, como se detallara posteriormente.
Por lo tanto, segun la invencion, cada larguero comprende como maximo una interfaz.
Esta solucion permite reducir el tiempo de ensamblaje habida cuenta de la reduccion del numero de piezas por ensamblar.
Segun este modo de realizacion, los tensores 42 pueden disponerse en las superficies exteriores de los largueros.
Segun un modo de realizacion preferente e ilustrado en las figuras 6 y 8, el cajon central de plano de sustentacion 30 se realiza de una sola pieza.
Esta solucion tiene como ventaja suprimir todas las interfaces y, por lo tanto, reducir aun mas el tiempo de ensamblaje, ya que los largueros no comprenden interfaz alguna.
Segun otro aspecto, esta solucion tiene asimismo como ventaja reducir la masa embarcada, al no comprender zona de recubrimiento (como se muestra en la figura 7) para garantizar la union entre dos elementos, como en el caso de un borde cafdo, o al no prever zonas de mayor grosor necesarias para amortiguar fuerzas locales en los casos de medios de fijacion como remaches.
Segun una caractenstica de la invencion, el cajon central de plano de sustentacion 30 se obtiene mediante enrollamiento de al menos un refuerzo fibroso 44 alrededor del eje Y (correspondiente al eje del cajon) en un mandril 46.
El enrollamiento resulta de un movimiento de rotacion relativo alrededor del eje Y entre el mandril 46 y medios de deposicion de dicho refuerzo fibroso 44. Segun los casos, el mandril puede pivotar alrededor del eje Y y/o los medios de deposicion pueden pivotar alrededor del eje Y.
Se entiende por refuerzo fibroso por lo menos una fibra, un conjunto de fibras o una o varias mini-capas de fibras (con una anchura inferior a 15 mm).
A modo de ejemplo, en el transcurso de la operacion de deposicion en el mandril se depositan varios refuerzos fibrosos simultaneamente (hasta 32 por ejemplo). Al ser estos refuerzos fibrosos independientes entre ellos, es posible depositarlos en superficies con doble radio de curvatura.
Se entiende por enrollamiento que el refuerzo fibroso 44 se extiende en al menos un larguero y un panel y segun una direccion contenida en un plano secante al eje Y.
La realizacion del cajon central puede resultar de la colocacion de capas de fibras y/o de la colocacion de refuerzos fibrosos segun el eje Y y el enrollamiento de refuerzos fibrosos 44 alrededor del eje Y.
Segun los casos, las capas y los refuerzos fibrosos pueden ser secos o pre-impregnados.
Para garantizar la amortiguacion de las fuerzas a nivel de los paneles, los refuerzos fibrosos se orientaran en su mayor parte paralelamente al eje Y. A nivel de los largueros, se orientaran en parte paralelamente al eje Y y en parte segun orientaciones a +/- 45° para soportar las fuerzas de cizallamiento.
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Se preveran refuerzos fibrosos segun una direccion cohesion de los paneles y los largueros.
Algunos pliegos segun la direccion del eje Y a nivel largueros mediante pliegos con otras direcciones.
Sin embargo, los refuerzos con direcciones en planos secantes del eje Y seran mayoritariamente continuos para garantizar la resistencia y la cohesion del cajon central de plano de sustentacion.
Para la realizacion y la deposicion de los elementos fibrosos, se puede utilizar una maquina para la deposicion de bandas, especialmente para la deposicion segun el eje Y y/o una maquina 47 (visible en la figura 12) para la deposicion de fibras, especialmente para el enrollamiento alrededor del mandril segun direcciones en planos secantes al eje Y, por ejemplo, a 90° y a +/- 45°.
Como variante, se puede utilizar una maquina para la deposicion de fibras de elevado gramaje, especialmente segun la direccion Y y una maquina para la deposicion de fibras de escaso gramaje, especialmente para el enrollamiento alrededor del mandril segun direcciones en planos secantes al eje Y, por ejemplo, a 90°, +/- 45°.
El mandril 46 posee formas para conformar las superficies interiores del cajon central de plano de sustentacion.
Segun un modo de realizacion ilustrado en las figuras 9 a 11, los tensores 40 y 42 estan realizados a partir de perfiles 48 con una seccion en U con dos ramas y una base susceptible de ir apretada contra la superficie interior de un panel o de un larguero. Los perfiles van unidos unos a otros de manera que las dos ramas unidas de dos perfiles adyacentes forman un tensor.
Los tensores proximos a las zonas que unen un panel y un larguero pueden obtenerse a partir de un perfil 50, ilustrado en la figura 11, que comprende dos ramas 52 unidas por una base 54 en forma de L.
Eventualmente, se puede disponer un elemento denominado cabeza de clavo a nivel del intersticio que aparece cuando dos perfiles 48, 50 estan unidos.
En las figuras 10 y 11, se han representado tensores con, a cada lado, medias cabezas de clavo 55.
Cuando el cajon central de plano de sustentacion comprende tensores 40 y 42 paralelos al eje Y, el mandril 46 comprende ventajosamente varias partes, un mandril principal 56 y partes amovibles denominadas mas adelante mandriles amovibles 58, como se ilustra en la figura 13. Los mandriles amovibles se sujetan al mandril principal con la ayuda de cualquier medio adecuado como, por ejemplo, llaves de fijacion 60.
Segun un modo operativo, los perfiles pueden obtenerse a partir de materiales compuestos con una matriz termoplastica si se domina la union (mediante soldadura o adhesivo, por ejemplo) entre los tensores y los paneles o los largueros.
Segun otro modo operativo, los perfiles 48, 50 pueden realizarse a partir de materiales fibrosos pre-impregnados y son drapeados en los mandriles amovibles 58. Ventajosamente, los perfiles 48, 50 estan en parte polimerizados, de manera que limitan variaciones dimensionales posteriores de dichos perfiles 48, 50.
A continuacion, los mandriles amovibles 58 en los que estan dispuestos los perfiles 48, 50 se anaden al mandril principal 56. Finalmente, los refuerzos fibrosos que forman los paneles y los tensores son drapeados y enrollados directamente en los tensores 48 y 50.
Tras la deposicion de los elementos fibrosos, el conjunto se recubre con sistemas de drenaje y una envuelta estanca tambien denominada vejiga 62.
Ventajosamente, el mandril principal 56 es estanco y posee una longitud superior a la del cajon central de plano de sustentacion y se extiende a cada lado de este ultimo de manera que ofrece a cada lado una superficie de contacto a la vejiga 62. Esta disposicion permite reducir los riesgos de fugas y, en consecuencia, de tener un material defectuoso tras la polimerizacion.
Segun una primera variante, los perfiles, los largueros y los paneles se realizan a partir de elementos fibrosos pre- impregnados.
Segun otra variante, se realizan a partir de elementos fibrosos secos. En este caso, se inyecta o se infunde una resina en el recinto delimitado por el mandril principal 56 estanco y la vejiga 62.
La vejiga 62 puede montarse con la ayuda de un cabezal de deposicion 64, ilustrado en la figura 14, que permite precintar la vejiga 62 en el conjunto constituido por el mandril principal, los mandriles amovibles, los tensores, los paneles y los largueros.
contenida en un plano secante al eje Y, para garantizar la de los paneles podran detenerse y sustituirse a nivel de los
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Finalmente, se somete este conjunto a un ciclo de polimerizacion para garantizar la consolidacion del cajon central de plano de sustentacion.
Este modo operativo permite obtener una muy buena geometna a nivel de las superficies interiores del cajon central de plano de sustentacion, lo que facilita las operaciones de ensamblaje de los elementos unidos a nivel de dichas superficies interiores como, por ejemplo, bielas.
Segun un modo de realizacion, los mandriles 56 y 58 son metalicos o de un material analogo, de manera que la contraccion termica de los mandriles 56 y 58 tras la polimerizacion favorece el desmolde.
Los posibles sobre-espesores estan previstos a nivel de las superficies exteriores, de manera que los mandriles sean lisos y favorezcan el desmolde.
Ventajosamente, unas chapas de alisado estan dispuestas entre los elementos que forman el cajon central y la vejiga 62 para garantizar un compactado eficaz.
Segun otra caractenstica de la invencion, por lo menos una chapa de alisado comprende al menos dos partes unidas por una articulacion, que permite un movimiento de rotacion relativo entre dichas dos partes segun un eje de rotacion paralelo del eje Y. Esta configuracion permite ejercer una presion constante a nivel del radio de curvatura que une un panel y un larguero.
Esta articulacion puede ser una bisagra o resultar de la flexibilidad del material de la chapa de alisado a nivel de la articulacion.
A nivel de al menos un radio de curvatura que une un panel y un larguero, el mandril 46 comprende medios 66 para expandirlo a nivel de al menos un radio de curvatura de manera que incrementa el penmetro de dicho mandril durante el compactado de los refuerzos fibrosos que constituyen el cajon central del plano de sustentacion.
En la figura 15, se ha representado una parte de una preforma de refuerzos fibrosos a nivel de una zona que une un panel y un larguero antes del compactado.
En la figura 16, se ha representado la misma parte despues del compactado, con el mandril 46 expandido a nivel del radio de curvatura. Esta disposicion permite limitar la aparicion de ondulaciones susceptibles de repercutir en las caractensticas mecanicas del cajon a nivel de los radios de curvatura durante el compactado.
Segun un modo de realizacion, los medios 66 de expansion del mandril pueden presentarse en forma de una vejiga inflable intercalada entre el mandril y los refuerzos fibrosos. Sin embargo, se pueden plantear otras soluciones para obtener la expansion del mandril a nivel de uno o de los radios de curvatura.
Segun otra caractenstica de la invencion, los refuerzos fibrosos 44 dispuestos a 90° con relacion al eje Y estan cortados a proximidad de una zona que une un panel y un larguero. En la medida en que los refuerzos fibrosos son inextensibles, esta disposicion permite evitar bloquear la dilatacion o la expansion del mandril.
Ventajosamente, los tramos 68, 68' de un refuerzo fibroso dispuestos a cada lado de un corte 70 estan superpuestos durante la colocacion de dicho refuerzo fibroso, como se ilustra en la figura 17. La longitud de la superposicion se ajusta de manera que, despues del compactado, de la expansion del mandril y de la deformacion del radio de curvatura, los tramos 68, 68' se encuentran uno tras otro, como se muestra en la figura 18, con una separacion aceptable.
A nivel de un radio de curvatura, las superposiciones estan desplazadas entre un pliego y otro de manera a repartir los cortes 70 con el fin de no tener un debilitamiento localizado en la estructura del cajon central de plano de sustentacion, como se muestra en las figuras 17 y 18.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion, que comprende un panel superior (32), un panel inferior (34), un larguero anterior (36) y un larguero posterior (38), con los bordes superiores de dichos largueros (36, 38) aproximadamente paralelos a un eje Y, unidos por el panel superior (32), y los bordes inferiores de dichos largueros (36, 38) aproximadamente paralelos al eje Y, unidos por el panel inferior (34), caracterizado por que consiste en realizar al menos un panel y al menos un larguero de material compuesto de una sola pieza.
  2. 2. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun la reivindicacion 1, caracterizado por que los dos paneles y los dos largueros estan realizados de una sola pieza.
  3. 3. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que esta realizado mediante enrollamiento de al menos un refuerzo fibroso (44) alrededor del eje Y en un mandril (46).
  4. 4. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun la reivindicacion 3, comprendiendo dicho cajon central, a nivel de las superficies interiores, tensores paralelos al eje Y, caracterizado por que consiste en depositar refuerzos fibrosos en mandriles (58) denominados amovibles, de manera que obtiene para cada mandril amovible un perfil en U, en montar los mandriles amovibles (58) en un mandril principal (56), juntando los perfiles en U de manera que las dos ramas de dos perfiles en U adyacentes formen un tensor y en enrollar al menos un refuerzo fibroso (44) alrededor del eje Y.
  5. 5. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun la reivindicacion 3 o 4, caracterizado por que el mandril (46) o el mandril principal (56) es estanco y se extiende a cada lado del cajon central de plano de sustentacion de manera que ofrece, a cada lado del cajon, una superficie de contacto a una envuelta estanca (62) que permite definir con el mandril o el mandril principal un recinto hermetico.
  6. 6. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun la reivindicacion 5, caracterizado por que consiste en disponer entre los elementos fibrosos que forman el cajon central de plano de sustentacion y la vejiga (62) al menos una chapa de alisado que comprende al menos dos partes unidas por una articulacion que permite un movimiento de rotacion relativo entre dichas dos partes segun un eje de rotacion paralelo al eje Y.
  7. 7. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizado por que el mandril (46) comprende medios (66) para expandirlo a nivel de al menos un radio de curvatura, de manera que incrementa el penmetro de dicho mandril durante el compactado de los refuerzos fibrosos que constituyen el cajon central de plano de sustentacion.
  8. 8. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizado por que los refuerzos fibrosos (44) dispuestos a 90° con relacion al eje Y estan cortados a proximidad de una zona que une un panel y un larguero.
  9. 9. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun la reivindicacion 8, caracterizado por que los tramos (68, 68') de un refuerzo fibroso dispuestos a cada lado de un corte (70) estan superpuestos durante la colocacion de dicho refuerzo fibroso, ajustandose la longitud de la superposicion de manera que despues del compactado los tramos (68, 68') se encuentran uno tras otro.
  10. 10. Proceso de realizacion de un cajon central de plano de sustentacion segun la reivindicacion 9, caracterizado por que a nivel de un radio de curvatura, las superposiciones estan desplazadas entre un pliego y otro, de manera que reparten los cortes (70).
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