ES2712378T3 - Revestimiento para un motor de avión y procedimiento para la fabricación de tal revestimiento - Google Patents

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Abstract

Revestimiento (1) para un motor de avión (2), especialmente un conducto de flujo secundario o una carcasa de ventilador, compuesto por varias capas de preimpregnado (3), endurecidas, con una orientación diferente de las fibras (9), estando compuestas dichas capas de preimpregnado (3) por varios segmentos (4) con un ancho (bB) que corresponde sustancialmente a la longitud (1) del revestimiento (1), estando dispuestos los segmentos (4) con un solape (7) en el sentido circunferencial del revestimiento (1), caracterizado porque en combinación con las capas de preimpregnado (2) está prevista al menos una capa de refuerzo (5) formada por una cinta de preimpregnado (6) dispuesta en varias espiras, estando dispuestas las fibras (9) de la cinta de preimpregnado (6) en el sentido de la extensión longitudinal de la cinta de preimpregnado (6) y estando dispuesta la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) con un solape lateral (7).

Description

DESCRIPCION
Revestimiento para un motor de avion y procedimiento para la fabricacion de tal revestimiento
La presente invencion se refiere a un revestimiento para un motor de avion, especialmente a un conducto de flujo secundario o carcasa de ventilador (“fan casing”), compuesto por varias capas de preimpregnado, endurecidas, con una orientacion diferente de las fibras, estando compuestas dichas capas de preimpregnado por varios segmentos con un ancho que corresponde sustancialmente a la longitud del revestimiento, estando dispuestos los segmentos con un solape en el sentido circunferencial del revestimiento.
Ademas, la invencion se refiere a un procedimiento para la fabricacion de un revestimiento de este tipo para un motor de avion, en el que varias capas de preimpregnado con una orientacion diferente de las fibras se disponen sobre un molde y se endurecen, y en el cual para la formacion de cada capa de preimpregnado, varios segmentos con un ancho que corresponde a la longitud del revestimiento se disponen con un solape en el sentido circunferencial del revestimiento.
Para la reduccion del peso de componentes de avion, tambien los revestimientos de motores de avion, especialmente los conductos de flujo secundario o las denominadas “fan casings” (carcasas de ventilador), se fabrican cada vez mas a partir de materias sinteticas reforzadas con fibras. El revestimiento habitualmente se fabrica a partir de varias capas de preimpregnado, estando compuestas las distintas capas de preimpregnado a su vez por varios, habitualmente de 3 a 4, segmentos que se disponen de tal forma que se solapan en el sentido circunferencial del revestimiento. Para mejorar la resistencia a la flexion y a la torsion, la orientacion de las fibras de las distintas capas de preimpregnado se elige con un angulo diferente, especialmente 0° y 90° para la solicitacion a flexion y /- 45° para la solicitacion a torsion.
Como revestimiento para motores de avion se fabrican especialmente conductos de flujo secundario que forman la delimitacion exterior del llamado conducto de derivacion, el intersticio anular alrededor del motor, y “fan casings” que son envolturas cilmdricas de la helice del motor.
Por ejemplo, el documento EP1646776B1 describe un motor de avion con una carcasa de flujo secundario de este tipo.
El documento US2013/0216367A1 se refiere a un “fan casing” para un motor de avion, que se compone de envolturas de hilos y telas no tejidas, centrandose la atencion principal en la resistencia en caso de una rotura de la helice del motor, mientras que no se describe ninguna resistencia a incendios.
El documento US2009/0294567A1 muestra un procedimiento clasico para la disposicion helicoidal de cintas de preimpregnado en el sentido circunferencial de un revestimiento para un motor de avion.
El documento WO2012/065155A1 muestra un revestimiento para motores de avion, en el que para cumplir las disposiciones relativas a incendios o evitar una deslaminacion en ensayos de incendio bajo altas temperaturas es necesaria una capa adicional de un material retardante de llamas.
El documento EP2497626A1 finalmente muestra un procedimiento “Single Roving” usando un material en forma de cinta que ademas de una mejora mecanica ofrece ventajas en cuanto a la resistencia a los incendios.
En revestimientos de este tipo resulta desventajoso el desecho relativamente grande de materiales preimpregnados, especialmente en el caso de una orientacion de fibras comprendida en el intervalo de /- 45°, ya que los materiales brutos para los preimpregnados habitualmente estan presentes en rollos sinfm con fibras de extension longitudinal. Ademas, por la falta de fibras continuas que se extiendan alrededor del contorno completo del revestimiento se producen perdidas de resistencia que, especialmente durante los ensayos de incendio obligatorios en la industria aeronautica, pueden conducir a la disolucion de las capas y al desecho del componente. La desventaja en cuanto a la resistencia puede mejorarse mediante la reduccion del numero de segmentos por capa de preimpregnado y eventualmente mediante el aumento de la zona de solape, pero la desventaja de un gran desecho, especialmente en caso de fibras de extension oblicua, sigue existiendo y conduce a un aumento del coste de fabricacion.
La presente invencion tiene el objetivo de proporcionar un revestimiento mencionado anteriormente para un motor de avion y un procedimiento de fabricacion para tal revestimiento, que permitan mejorar las propiedades de resistencia y reducir el coste de fabricacion. Las desventajas de los revestimientos o procedimientos de fabricacion conocidos para este tipo de revestimientos deben evitarse o al menos reducirse.
El objetivo se consigue mediante un revestimiento mencionado anteriormente, en el que, en combinacion con las capas de preimpregnado, esta prevista al menos una capa de refuerzo formada por una cinta de preimpregnado dispuesta en varias espiras, y en el que las fibras de la cinta de preimpregnado estan dispuestas en el sentido de la extension longitudinal de la cinta de preimpregnado, y la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo esta dispuesta con un solape lateral. Mediante la combinacion de este tipo de capas de refuerzo, formadas por una cinta de preimpregnado, con las capas de preimpregnado que se disponen en varias espiras para formar el revestimiento, se consigue aumentar esencialmente la resistencia del revestimiento. Ademas, mediante una disposicion correspondiente de la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo se puede prescindir de capas de preimpregnado con un sentido de fibras oblicuo que conducen a un elevado desecho. De esta manera, se consigue reducir el coste de fabricacion sin que se reduzcan las propiedades de resistencia del revestimiento. Las fibras de la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo estan presentes sin interrupcion a lo largo de la al menos una espira. Por el solape lateral de la cinta de preimpregnado se consigue aumentar aun mas la resistencia del revestimiento. De esta manera, se evita o al menos se dificulta eficazmente especialmente tambien una deslaminacion en ensayos de incendio.
Segun otra caractenstica de la invencion, la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo presenta una longitud que corresponde al menos al penmetro del revestimiento que ha de ser formado, y un ancho que corresponde a una fraccion de la longitud del revestimiento. La capa de refuerzo del revestimiento por tanto se fabrica mediante una cinta de preimpregnado que se envuelve de forma multiple. Segun el ancho de la cinta de preimpregnado y el solape de la cinta de preimpregnado de una espira a la espira siguiente, la cinta de preimpregnado debe envolverse un numero correspondiente de veces alrededor de la cinta de preimpregnado anterior o el fondo correspondiente.
Las espiras de la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo pueden presentar un angulo de paso constante. Mediante un angulo de paso sustancialmente constante de este tipo resulta una inclinacion correspondiente de las fibras presentes en la cinta de preimpregnado (que habitualmente estan presentes en el sentido longitudinal de la cinta de preimpregnado), por lo que se consigue aumentar la resistencia a la torsion del revestimiento sin tener que usar preimpregnados con un sentido de fibras oblicuo.
Alternativamente, las espiras de la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo tambien pueden presentar un paso continuo. En lugar de un angulo de paso constante descrito anteriormente, la espira de una cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo tambien puede extenderse de forma sustancialmente recta y desviarse o desplazarse sustancialmente por un ancho de la cinta de preimpregnado, lo que se repite con una frecuencia correspondiente en cada espira de la cinta de preimpregnado. Lo importante es que al menos la mayor parte de las fibras de la cinta de preimpregnado esten presentes sin interrupcion a lo largo de al menos una espira.
Las espiras de la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo pueden estar dispuestas de forma cruzada. Mediante una disposicion cruzada de este tipo de las espiras de la cinta de preimpregnado de una capa de refuerzo se consigue una resistencia a la torsion especialmente elevada. No obstante, se puede usar una cinta de preimpregnado con fibras de extension longitudinal sin desecho o sin desecho notable.
Si las fibras de al menos una capa de preimpregnado presentan una orientacion de sustancialmente 0° o 90°, se consigue minimizar de manera correspondiente el desecho. Con el uso de la mayona o de todas las capas de preimpregnado y cintas de preimpregnado con una orientacion de fibras de este tipo o ligeras desviaciones de la misma resulta un desecho muy reducido.
Cada capa de preimpregnado se compone preferentemente de 3 o 4 segmentos.
Las fibras pueden estar formadas por fibras de carbono y/o fibras de vidrio y/o fibras de aramida y/o fibras de ceramica. El tipo de fibras de refuerzo empleadas y su orientacion se adapta de manera correspondiente a las aplicaciones y los requisitos correspondientes.
El objetivo se consigue tambien mediante un procedimiento de fabricacion mencionado anteriormente, en el que adicionalmente a las capas de preimpregnado, antes del endurecimiento se dispone sobre el molde al menos una capa de refuerzo formada por una cinta de preimpregnado dispuesta en varias espiras con una orientacion de las fibras en el sentido de la extension longitudinal de la cinta de preimpregnado, disponiendose la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo con un solape lateral. Como ya se ha mencionado anteriormente, mediante la combinacion de una capa de refuerzo de este tipo con las capas de preimpregnado se consigue aumentar la resistencia del revestimiento y mediante la reduccion del desecho de materiales preimpregnados se consigue un ahorro del coste de fabricacion. En cuanto a las demas ventajas se remite a la descripcion anterior del revestimiento.
La cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo puede disponerse con un angulo de paso sustancialmente constante o con un paso continuo.
Si las espiras de la cinta de preimpregnado de cada capa de refuerzo se disponen de forma cruzada se consigue especialmente un aumento de la resistencia a la torsion.
Preferentemente, se usan al menos una capa de preimpregnado y al menos una capa de refuerzo con una orientacion de las fibras de sustancialmente 0° o 90°. Como ya se mencionado anteriormente, de esta manera se consigue reducir el desecho y por tanto se consigue reducir el coste de fabricacion.
Para la formacion de cada capa de preimpregnado se disponen preferentemente 3 o 4 segmentos.
Preferentemente, se usan capas de preimpregnado y capas de refuerzo con fibras de carbono y/o de vidrio y/o de aramida y/o de ceramica.
La invencion se explica en detalle con la ayuda de los dibujos adjuntos. Muestran:
las figuras 1a y 1b, dos vistas de un revestimiento fabricado de manera convencional para un motor de avion en una representacion desarrollada;
la figura 2, una seccion transversal esquematica a traves de un revestimiento fabricado de manera convencional para un motor de avion;
la figura 3, una vista de una capa de refuerzo segun la invencion de un revestimiento para un motor de avion en una representacion desarrollada;
la figura 4, una representacion esquematica de una cinta de preimpregnado para la formacion de una capa de refuerzo;
las figuras 5a a 5e, alzados laterales de un revestimiento estructurado segun la invencion, durante diferentes pasos de fabricacion; y
las figuras 6a y 6b, dos variantes de la extension de una cinta de preimpregnado de una capa de refuerzo.
La figura 1a muestra una vista de un revestimiento fabricado de manera convencional para un motor de avion 2 en una representacion desarrollada. Se dispone respectivamente una capa de preimpregnado 3 formada por varios, aqu cuatro, segmentos 4, con un ancho bB que corresponde sustancialmente a la longitud 1 del revestimiento 1. Para aumentar la resistencia, los distintos segmentos 4 se disponen con un solape 7 en el sentido circunferencial del revestimiento 1. El sentido de las fibras 9 de los segmentos 4 de las capas de preimpregnado 3 se indican en la figura 1b mediante lmeas correspondientes. Aqrn, las fibras 9 de los segmentos 4 estan dispuestas en el sentido circunferencial del revestimiento 1 o 90° con respecto a este, por lo que no resulta un desecho notable, ya que los segmentos 4 de las capas de preimpregnado 3 habitualmente se fabrican a partir de un material en bruto en forma de bandas sinfm con un sentido de fibras de este tipo. En cambio, en el caso de una disposicion oblicua de las fibras 9 (como se indica en el segmento 4 de la capa de preimpregnado 3 siguiente) que es necesaria para lograr una mayor resistencia a la torsion del revestimiento 1, resulta un gran desecho, por lo que aumenta correspondientemente el coste de fabricacion.
Habitualmente, varias capas de preimpregnado 3, por ejemplo de cuatro a seis capas de preimpregnado 3, se disponen unas encima de otras y despues se endurecen en una autoclave a una temperatura correspondiente y una presion correspondiente. Mediante la combinacion de capas de preimpregnado 3 con un sentido diferente de las fibras 9, se puede conseguir la resistencia necesaria correspondiente del componente. Habitualmente, la resistencia a la flexion se consigue mediante la combinacion de capas de preimpregnado 3 con un sentido de fibras de 0° y de 90° y la resistencia a la torsion se consigue mediante la combinacion de capas de preimpregnado 3 con sentidos de fibras de /- 45°.
La figura 2 muestra una seccion transversal esquematica a traves de un revestimiento 1 fabricado de manera convencional para un motor de avion 2. Para ello, se usan cuatro segmentos 4 por cada capa de preimpregnado 3, que para formar el solape 7 encierran respectivamente algo mas de 90° del revestimiento 1. Con un modo de construccion de este tipo, ademas del elevado desecho al usar segmentos 4 con una extension oblicua de las fibras 9, se producen perdidas de resistencia en la zona del solape 7, especialmente una deslaminacion en ensayos de incendio bajo altas temperaturas (por ejemplo, 250 °C) a las que se licua la resina de la capa de preimpregnado 3.
La figura 3 muestra una vista de una capa de refuerzo segun la invencion de un revestimiento 1 para un motor de avion 2 en una representacion desarrollada. Una capa de refuerzo 5 esta formada por una cinta de preimpregnado 6 que se envuelve en varias (aqu 5) espiras. En el ejemplo representado, la cinta de preimpregnado 6 no se envuelve con un paso constante, sino que, antes de alcanzar el comienzo de la cinta de preimpregnado 6, se dispone con una extension recta, y despues, se desliza o se desplaza sustancialmente por un ancho bB de la cinta de preimpregnado 6 y se sigue envolviendo. En el sentido longitudinal se produce un solape lateral 7 de la cinta de preimpregnado 6, que aumenta de manera correspondiente la resistencia del revestimiento 1. De esta manera, se contrarresta una deslaminacion en ensayos de incendio.
En la figura 4 esta representada una representacion esquematica de una cinta de preimpregnado 6 para la formacion de una capa de refuerzo 5 de un revestimiento 1. La cinta de preimpregnado 6 se recorta a partir de un material preimpregnado sinfm con un sentido de fibras correspondiente (aqm, en el sentido de la extension longitudinal de la cinta de preimpregnado 6), de manera que sustancialmente no resulta ningun desecho, al contrario de los procedimientos de fabricacion convencionales. Incluso si el sentido de las fibras 9 de la cinta de preimpregnado 6 esta girada 90° con respecto a la variante representada, resulta un menor desecho que en caso de fibras 9 dispuestas de forma oblicua, por ejemplo en un angulo de /- 45°.
Las figuras 5a a 5e muestran alzados laterales de un revestimiento 1 estructurado segun la invencion, durante diferentes pasos de fabricacion.
La figura 5a muestra una forma 10 sustancialmente cilmdrica para la fabricacion de un revestimiento 1 para un motor de avion 2, estando dispuesta una abertura de mantenimiento 8 que sirve para la inspeccion y el mantenimiento del motor de avion 2 que durante el funcionamiento esta dispuesto debajo del revestimiento 1. En la figura 5a, una cinta de preimpregnado 6 para la formacion de una capa de refuerzo 5 se dispuso en ligeramente mas de una espira alrededor del molde 10, y la espira de la cinta de preimpregnado 6 se extiende sustancialmente de forma horizontal y, tras alcanzar una espira se desplaza sustancialmente por el ancho bB de la cinta de preimpregnado 6. En la zona del solape 7 de la primera banda resulta un cambio correspondiente de los sentidos de las fibras 9 de la cinta de preimpregnado 6, que a su vez contribuyen positivamente a la resistencia a la torsion. En la figura 5b ya se colocaron mas de tres espiras de la cinta de preimpregnado 6 alrededor del molde 10 y la cinta de preimpregnado 6 se recorto de manera correspondiente en la zona de la abertura de mantenimiento 8. Este recorte puede realizarse en el estado blando, aun no endurecido del preimpregnado, con la ayuda de herramientas de corte correspondientes, o despues del endurecimiento del revestimiento 1 en la autoclave, mediante herramientas de fresado adecuadas.
La figura 5c muestra el revestimiento 1 o la capa de refuerzo 5, y las espiras de la cinta de preimpregnado 6 se dispusieron de forma cruzada, lo que resulta en sentidos diferentes de las fibras 9 de la cinta de preimpregnado 6, lo que a su vez conduce a una mayor resistencia a la torsion. La abertura de mantenimiento 8 se dejo libre en parte mediante un recorte correspondiente de la cinta de preimpregnado 6.
La figura 5d muestra una etapa de la fabricacion del revestimiento 1, en la que sobre una capa de refuerzo 5 se coloco un segmento 4 de una capa de preimpregnado 3.
En la representacion segun la figura 5e, se coloca un segmento 4 adicional de una capa de preimpregnado 3 con un solape 7 en el sentido circunferencial de por ejemplo 20°. Segun la aplicacion, se superponen y se combinan cuatro, seis o mas capas de preimpregnado 3 y capas de refuerzo 5 de este tipo y, despues, se endurecen en la autoclave a una temperatura correspondiente y una presion correspondiente.
En las figuras 6a y 6b finalmente estan representadas dos variantes de la extension de la cinta de preimpregnado 6 de una capa de refuerzo 5 de un revestimiento 1 segun la invencion. En la representacion segun la figura 6a, la cinta de preimpregnado 6 de la capa de refuerzo 5 se envuelve con un angulo de paso a constante (al contrario de la representacion segun la figura 3). La representacion segun la figura 6b muestra una disposicion cruzada de las cintas de preimpregnado 6 de la capa de refuerzo 5, por lo que el sentido de fibras se dispone de acuerdo con los diferentes angulos de paso /- a, lo que resulta en una mayor resistencia a la torsion del revestimiento 1.
La presente invencion permite la fabricacion de un revestimiento 1 para motores de avion 2, especialmente un conducto de flujo secundario o una carcasa de ventilador (“fan casing”), con una mayor resistencia y un menor desecho y, por tanto, con un menor coste de fabricacion. Especialmente la deslaminacion de las capas de preimpregnado en ensayos de incendio bajo temperaturas relativamente altas puede evitarse o al menos reducirse mediante una disposicion de este tipo.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1. - Revestimiento (1) para un motor de avion (2), especialmente un conducto de flujo secundario o una carcasa de ventilador, compuesto por varias capas de preimpregnado (3), endurecidas, con una orientacion diferente de las fibras (9), estando compuestas dichas capas de preimpregnado (3) por varios segmentos (4) con un ancho (bB) que corresponde sustancialmente a la longitud (1) del revestimiento (1), estando dispuestos los segmentos (4) con un solape (7) en el sentido circunferencial del revestimiento (1), caracterizado porque en combinacion con las capas de preimpregnado (2) esta prevista al menos una capa de refuerzo (5) formada por una cinta de preimpregnado (6) dispuesta en varias espiras, estando dispuestas las fibras (9) de la cinta de preimpregnado (6) en el sentido de la extension longitudinal de la cinta de preimpregnado (6) y estando dispuesta la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) con un solape lateral (7).
    2. - Revestimiento (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) presenta una longitud (Ib) que corresponde al menos al penmetro (U) del revestimiento (1), y un ancho (bB) que corresponde a una fraccion de la longitud (1) del revestimiento (1).
    3. - Revestimiento (1) segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las espiras de la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) presentan un angulo de paso (a) constante.
    4. - Revestimiento (1) segun las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque las espiras de la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) presentan un paso continuo.
    5. - Revestimiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las espiras de la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) estan dispuestas de forma cruzada.
    6. - Revestimiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las fibras (9) de al menos una capa de preimpregnado (3) y de al menos una capa de refuerzo (5) presentan una orientacion de sustancialmente 0° o 90°.
    7. - Revestimiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque cada capa de preimpregnado (3) se compone de varios, preferentemente 3 o 4, segmentos (4) con un ancho (bB) que corresponde sustancialmente a la longitud (1) del revestimiento (1), y porque los segmentos (4) estan dispuestos con un solape (7) en el sentido circunferencial del revestimiento (1).
    8. - Revestimiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las fibras (9) estan formadas por fibras de carbono y/o fibras de vidrio y/o fibras de aramida y/o fibras de ceramica.
    9. - Procedimiento para la fabricacion de un revestimiento (1) para un motor de avion (2), especialmente un conducto de flujo secundario o una carcasa de ventilador, en el que varias capas de preimpregnado (3) con una orientacion diferente de las fibras (9) se disponen sobre un molde (10) y se endurecen, en donde para la formacion de cada capa de preimpregnado (3), varios segmentos (4) con un ancho (bB) que corresponde a la longitud (1) del revestimiento (1) se disponen con un solape (7) en el sentido circunferencial del revestimiento (1), caracterizado porque adicionalmente a las capas de preimpregnado (3), antes del endurecimiento se dispone sobre el molde (10) al menos una capa de refuerzo (5) formada por una cinta de preimpregnado (6) dispuesta en varias espiras con una orientacion de las fibras (9) en el sentido de la extension longitudinal de la cinta de preimpregnado (6), disponiendose la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) con un solape lateral (7).
    10. - Procedimiento segun la reivindicacion 9, caracterizado porque la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) se dispone con un angulo de paso (a) constante.
    11. - Procedimiento segun las reivindicaciones 9 o 10, caracterizado porque la cinta de preimpregnado (6) de cada capa de refuerzo (5) se dispone con un paso continuo.
    12. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque se usan al menos una capa de preimpregnado (3) y al menos una capa de refuerzo (5) con una orientacion de las fibras (9) de sustancialmente 0° o 90°.
    13. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque para la formacion de cada capa de preimpregnado (3) se disponen varios, preferentemente 3 o 4, segmentos (4).
    14. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque se usan capas de preimpregnado (3) y capas de refuerzo (5) con fibras (9) de carbono y/o de vidrio y/o de aramida y/o de ceramica.
    Ċ
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