ES2644254T3 - Panel de material compuesto - Google Patents

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Description

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DESCRIPCION
Panel de material compuesto
La invencion se refiere a un panel de material compuesto que consta de una piel de materia compuesta y unos elementos que refuerzan la rigidez del panel, denominados rigidizadores.
Tales paneles de cuerpo plano o curvo se utilizan de forma habitual en el campo de la aeronautica, en particular en la fabricacion de fuselajes de aeronave, ya que responden de manera combinada a unas exigencias de rigidez y de aumento de masa.
Se entiende por materia compuesta, un material de refuerzo a base de fibras de tipo vidrio, carbono, aramida u otra, que se presentan en forma de hilos o de capas tejidas o no tejidas, estando el material de refuerzo impregnado de materia termoplastica o termoendurecible.
Los rigidizadores son unos elementos integrados o anadidos a una de las caras de la piel del panel. Estos rigidizadores pueden extenderse segun una sola direccion del panel, como segun dos direcciones que se cruzan.
En el tipo de arquitectura de dos direcciones, unos primeros rigidizadores que se extienden segun una primera direccion se co-polimerizan con la piel durante una operacion de moldeo, despues otros rigidizadores destinados a extenderse segun la segunda direccion se fijan a los primeros rigidizadores. La fijacion se realiza generalmente formando unas cavidades en los primeros rigidizadores, disponiendo en estas cavidades los segundos rigidizadores y acoplandolos al nivel de sus cruces por unos medios de fijacion apropiados del tipo medios de fijacion por clip.
No obstante, esta fabricacion requiere unas operaciones de perforacion, de ensamblaje y necesariamente de control del conjunto de las fijaciones, que necesitan tiempo y unos medios en el procedimiento de aplicacion, que siempre es conveniente reducir en vista de ahorrar coste de produccion.
Ademas, los medios de fijacion, esencialmente metalicos, anaden masa a los paneles, lo que no conduce a un aligeramiento de los fuselajes y no participa en una reduccion de coste materia.
Por ultimo, las capacidades de realizacion industrial limitan la posibilidad de realizar a unos costes competitivos, un cruce de estos rigidizadores distinto al ortogonal.
La invencion tiene por tanto como objeto proponer un panel compuesto con unos rigidizadores dispuestos en al menos dos direcciones que llegan a limitar, incluso disminuir su masa y simplificar su procedimiento de fabricacion, sin contravenir a la rigidez mecanica de la estructura.
Segun la invencion, el panel de material compuesto que consta de una piel de material compuesto que presenta dos caras generales opuestas y unos primeros rigidizadores que se extienden en una de las caras de la piel segun al menos una direccion, por ejemplo segun una misma direccion para el conjunto de estos primeros rigidizadores, estando el panel caracterizado porque consta de unos rigidizadores suplementarios que estan dispuestos en la cara de la piel opuesta a la que llevan los primeros rigidizadores y que se extienden segun una direccion distinta de la de los primeros rigidizadores.
El panel de la invencion suministra por este refuerzo en sus dos caras opuestas una estructura tan rfgida como la de la tecnica anterior, simplificando su fabricacion ya que suprime la realizacion de los alojamientos en hueco en los primeros rigidizadores y la necesidad de los medios de fijacion.
De preferencia, los primeros rigidizadores y los rigidizadores suplementarios se fabrican simultaneamente por moldeo respectivamente en las dos caras opuestas de la piel.
Gracias a una fabricacion por moldeo, se permite obtener facilmente unos rigidizadores en las dos caras opuestas de la piel. Se garantiza por otro lado un acoplamiento fuerte y perenne de la piel y de sus rigidizadores, formando el panel un cuerpo monobloque.
Esta solucion permite ademas volver rfgido el panel sin anadir piezas complementarias por una parte, no generando por consiguiente ningun peso adicional y sin alteracion de los rigidizadores por otra parte, que mantienen asf toda su integridad y sus propiedades mecanicas.
No obstante, es posible fabricar la piel y los primeros rigidizadores por moldeo, mientras que los rigidizadores suplementarios se anaden por adherencia o remache.
El moldeo del panel y del conjunto de los rigidizadores se realiza en particular por co-inyeccion o co-moldeo. La co- inyeccion consiste por una operacion unica en realizar la totalidad de las partes del panel (piel y rigidizadores), disponiendo en un molde las fibras de refuerzo e inyectando la materia plastica. El co-moldeo consiste en moldear
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cada una de las partes del panel independientemente y ensamblar el todo por polimerizacion en un molde adaptado a la forma del conjunto del panel.
Unas costuras de enlaces fibrosos obtenidas durante la operacion de fabricacion por moldeo del panel pueden estar dispuestas al nivel de las superficies de acoplamiento de los rigidizadores con la piel.
Aunque el panel obtenido asf por moldeo garantiza un acoplamiento perfecto de los rigidizadores con la piel, es posible anadir unos remaches que atraviesan la piel y los rigidizadores al nivel de su superficie de acoplamiento.
Segun una caracterfstica, los primeros rigidizadores y los rigidizadores suplementarios estan dispuestos entre ellos segun una orientacion angular, de preferencia ortogonal. No estando los rigidizadores orientados en unas direcciones distintas sobre la misma cara, es facil disponerlos con menor coste segun cualquier orientacion.
Cada rigidizador comprende un nucleo y al menos una zapata, estando el rigidizador asociado a la piel en toda o la mayorfa de su longitud a traves de su nucleo y/o su o sus zapatas.
De manera ventajosa, los rigidizadores presentan de manera no limitativa un perfil de seccion en Q, C, U, T, Z, I, L, o J.
Los rigidizadores estan constituidos por un material compuesto identico al material compuesto de la piel, especialmente de materia plastica del tipo epoxi, fenolico o poli bismaleimida (BMI) u otra, en la que se sumergen unas fibras largas o continuas, tejidas o no, de refuerzo del tipo fibras de vidrio, de carbono o de aramida.
El panel compuesto esta destinado a ser utilizado especialmente en unas paredes de barcos, de trenes o en el campo aeronautico, especialmente en el fuselaje de un avion y, en particular, en las zonas de los trenes de aterrizaje y/o del cajon central del ala.
El panel de la invencion se utilizara de manera ventajosa en la zona del tren de aterrizaje de un avion que forma una cavidad con respecto a la superficie exterior del avion y no esta sometida por tanto a las limitaciones aerodinamicas. En efecto, esta zona esta adaptada totalmente a recibir un ensamblaje de paneles de la invencion sin que los rigidizadores en saliente de la piel compuesta constituyan un obstaculo al flujo de aire que roza la superficie exterior del fuselaje, fuera de la cavidad.
La invencion se refiere igualmente a un procedimiento de fabricacion de un panel de material compuesto que comprende una piel y unos rigidizadores sobre las dos caras opuestas de la piel, caracterizado porque consta de una etapa de moldeo que asegura en salida de molde un acoplamiento total de la piel con los rigidizadores. El moldeo puede constar de la co-inyeccion o del co-moldeo.
La presente invencion se describe ahora con la ayuda de ejemplos unicamente ilustrativos y en absoluto limitativos del alcance de la invencion y a partir de las ilustraciones adjuntas, en las que:
- La figura 1 representa una vista parcial en perspectiva de un panel segun la invencion;
- La figura 2 es una vista en seccion de la figura 1 segun una de las dimensiones grandes del panel;
- La figura 3 es otra vista en seccion de la figura 1, segun otra dimension mayor del panel;
- La figura 4 es una vista parcial en perspectiva de una variante de realizacion de un panel de la invencion;
- La figura 5 es una vista esquematica parcial y en seccion de la parte delantera y de la parte media de un avion que
muestra la zona del tren de aterrizaje y del cajon central del ala;
- La figura 6 es una vista ampliada de la zona del tren de aterrizaje de la figura 5.
La figura 1 ilustra un panel compuesto 1 segun la invencion. La asociacion de varios de estos paneles permite por ejemplo formar una parte del fuselaje de un avion tal como se ilustra esquematicamente en la figura 5, en particular al nivel de la zona del tren de aterrizaje 4 o del cajon central 6 del ala.
El panel compuesto 1 consta de una piel 2 de materia compuesta y una pluralidad de elementos estructurantes 30, 31 que participan en la rigidez y en la resistencia del panel.
La piel compuesta 2 esta constituida por una materia plastica del tipo resina epoxi, fenolica o BMI, en la que se sumergen unas fibras de refuerzo tal como unas fibras de vidrio, de carbono o de aramida del tipo Kevlar®. Las fibras se presentan en forma de fibras largas o cortas, tejidas o no tejidas.
Esta piel presenta un espesor reducido con respecto a sus otras dimensiones que son su longitud y su anchura.
La piel presenta dos caras generales opuestas 20 y 21 que se extienden cada una segun las mayores dimensiones. Su forma puede ser plana o curva, o incluso segun una doble curvatura y puede constar de unos desniveles locales segun su espesor.
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Los elementos estructurantes 30, 31 o rigidizadores participan en la rigidez estructural del panel y consolidan la resistencia del panel con respecto a unas limitaciones experimentadas transversalmente a las caras generales 20 y 21 de la piel.
Segun la invencion, unos primeros rigidizadores 30 estan dispuestos en la primera cara general 20 de la piel, mientras que unos rigidizadores suplementarios 31 estan dispuestos en la segunda cara y opuesta 21 de la piel.
Los rigidizadores 30 y 31 son de forma oblonga, extendiendose su mayor dimension (longitud) paralelamente o angularmente a una de las dimensiones grandes de la piel 2.
Ademas, los primeros rigidizadores 30 no estan dispuestos paralelamente a los rigidizadores suplementarios 31 pero presentan con ellos una orientacion angular, por ejemplo ortogonal tal como se ilustra en la figura 1. Los primeros rigidizadores estan orientados de preferencia segun una misma direccion pero podrfan presentar unas orientaciones distintas sin cortarse por tanto entre ellos.
La orientacion angular distinta entre los primeros rigidizadores y los segundos rigidizadores de la cara opuesta participa en la resistencia mecanica deseada para el panel.
Los rigidizadores 30 y 31 estan huecos y pueden presentar numerosas formas, por ejemplo segun un perfil en Q, C, T, Z o I...
Provistos de un nucleo y de al menos una zapata, los rigidizadores estan asociados a la piel a traves de su nucleo o su(s) zapata(s) en toda o la mayor parte de su longitud. El aspecto de un rigidizador segun su longitud sigue la forma general de la piel, es decir plana, curva o accidentada. Ademas, el perfil de un rigidizador puede variar a lo largo de su longitud. Los ejemplos de rigidizadores ilustrados en la figura 1 presentan un perfil de seccion en Q para los primeros rigidizadores 30 de la cara 20 de la piel y tal como se ilustra en la vista en seccion de la figura 2, mientras que los rigidizadores suplementarios 31 de la cara opuesta 21 de la piel tienen un perfil de seccion en C (vista en seccion de la figura 3).
Los primeros rigidizadores 30 en Q constan cada uno de un nucleo 32 de seccion en U y dos zapatas 33 y 34 casi perpendiculares a las remas de la U y que se extienden en dos direcciones opuestas, estando los rigidizadores acoplados a la cara 20 de la piel 2 a traves de las zapatas 33 y 34.
Los rigidizadores suplementarios 31 en C constan cada uno de un nucleo 35 y dos zapatas opuestas 36 y 37 una con respecto a otra, estando los rigidizadores acoplados a la cara 21 de la piel 2 a traves de una de las zapatas 36.
Los rigidizadores 30 y 31 estan constituidos por una materia compuesta, de preferencia identica a la de la piel 2. Estan segun la invencion acoplados a la matriz por moldeo.
Se contemplan dos variantes de moldeo, por co-inyeccion o por co-moldeo.
La co-inyeccion consiste en introducir las fibras, por ejemplo en forma de un tejido, en un molde en el que todas las formas se perfilan (piel y rigidizadores) e inyectar la materia plastica. En salida de molde, la piel y los rigidizadores constituyen un cuerpo monobloque en una sola operacion en las dos caras opuestas de la piel 2.
El co-moldeo consiste en fabricar por moldeo las piezas que son la piel y los rigidizadores de manera independiente, despues en introducir estas piezas en un molde para ser polimerizadas a fin de asegurar su ensamblaje. En salida de molde, el conjunto es unitario.
Es posible tal como se ilustra en la figura 4, anadir por otro lado unos enlaces fibrosos al nivel de las zonas de conexion entre la piel y los rigidizadores para constituir despues del moldeo de algun modo unas costuras 38 que refuerzan de nuevo el acoplamiento.
Los rigidizadores que estan huecos se realizan a partir de piezas denominadas nucleos, cuya forma exterior permite realizar la envoltura de los rigidizadores. Despues del moldeo, los nucleos se extraen para definir la zona hueca de los rigidizadores. Un nucleo esta constituido por ejemplo por una burbuja de material flexible inflable o de un material apto para dilatarse y contraerse en funcion de los cambios de temperatura, en particular durante y despues de la polimerizacion del material compuesto del panel.
La figura 4 ilustra una variante suplementaria de un panel que consta de unos remaches 5 que atraviesan la piel y los rigidizadores al nivel de su superficie de acoplamiento. Estos remaches se anaden despues de la obtencion del panel por moldeo.
La figura 6 ilustra una vista en seccion esquematica parcial de un avion que muestra la zona 4 del tren de aterrizaje. Se trata de una cavidad dispuesta con respecto a la parte inferior 40 del avion. No estando el interior de la cavidad sometido a las limitaciones aerodinamicas, la asociacion de una pluralidad de paneles de la invencion 1 esta
particularmente adaptada para constituir la pared de esta cavidad.
Asf, los rigidizadores 30 y 31 estan dispuestos a ambos lados de la cavidad garantizando una rigidez a la pared, estando los rigidizadores suplementarios 31 en C por ejemplo del lado externo a la cavidad y girados hacia el interior 5 del avion, mientras que los primeros rigidizadores 30 en Q sobresalen hacia el interior de la cavidad no generando ninguna limitacion en terminos de aerodinamismo puesto que no estan en contacto directo con el aire exterior.

Claims (10)

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    REIVINDICACIONES
    1. Panel (1) de material compuesto que consta de una piel (2) de material compuesto que presenta dos caras generales opuestas (20, 21) y:
    - una pluralidad de primeros rigidizadores (30) acoplados a una de las caras (20) de la piel y que se extiende segun su mayor dimension segun una direccion;
    - caracterizado porque dicho panel consta de una pluralidad de rigidizadores suplementarios (31) que estan dispuestos en y acoplados a la otra cara (21) de la piel, opuesta a la que lleva los primeros rigidizadores (30), cuyos rigidizadores suplementarios se extienden, segun su mayor dimension, segun una direccion distinta de las de los primeros rigidizadores (30);
    - estando los rigidizadores (30, 31) constituidos por un material compuesto identico al material compuesto de la piel (2).
  2. 2. Panel segun la reivindicacion 1, caracterizado porque los primeros rigidizadores (30) y los rigidizadores (30) y los rigidizadores suplementarios (31) estan dispuestas entre si segun una orientacion angular ortogonal.
  3. 3. Panel segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque los rigidizadores (30, 31) estan constituidos por una materia plastica del tipo epoxi, fenolico o poli-bismaleimida (BMI), en la que se sumergen unas fibras largas o continuas, tejidas o no, de refuerzo de tipo fibras de vidrio, de carbono o de aramida.
  4. 4. Panel segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada rigidizador (30, 31) comprende un nucleo (32, 35) y al menos una zapata (33, 34, 36, 37) estando el rigidizador asociado a la piel (2) en toda o la mayor parte de su longitud a traves de su nucleo y/o su o sus zapatas.
  5. 5. Panel segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los rigidizadores (30, 31) presentan un perfil de seccion en Q, C, T, Z, I, L o J.
  6. 6. Panel segun cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque los primeros (30) rigidizadores y los rigidizadores (31) suplementarios se fabrican simultaneamente por moldeo en las dos caras (20, 21) opuestas de la piel (2).
  7. 7. Panel segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el panel y el conjunto de los rigidizadores (30, 31) se han moldeado por co-inyeccion o por co-moldeo.
  8. 8. Panel segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque consta de unas costuras de enlaces fibrosos (38) obtenidas durante la operacion de fabricacion por moldeo del panel al nivel de las superficies de los rigidizadores (30, 31) acopladas a la piel (2).
  9. 9. Panel segun la reivindicacion 6, caracterizado porque consta de unos remaches (5) que atraviesan la piel y los rigidizadores al nivel de su superficie de acoplamiento de dicha piel.
  10. 10. Utilizacion de un panel segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores en unas paredes de barcos, de trenes o en el campo aeronautico, especialmente en el fuselaje de un avion y, en particular, en las zonas de trenes de aterrizaje y/o de cajon central del ala.
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