ES2831674T3

ES2831674T3 - Método y aparato para fabricar refuerzos compuestos altamente contorneados con arrugas reducidas

Info

Publication number: ES2831674T3
Application number: ES11181010T
Authority: ES
Inventors: Jamel R Bland
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2010-09-23
Filing date: 2011-09-13
Publication date: 2021-06-09
Anticipated expiration: 2031-09-13
Also published as: US8795567B2; US20140322381A1; JP2012071600A; CN102407937B; PT2433781T; JP5812782B2; CA2753251A1; US20120076989A1; CN102407937A; EP2433781A3; EP2433781B1; CA2753251C; US9242393B2; EP2433781A2

Abstract

Aparato para fabricar un refuerzo compuesto reforzado con fibras, sustancialmente libre de arrugas que tiene una curvatura fuera de plano, comprendiendo el aparato: un mandril de refuerzo (42) que tiene una curvatura fuera de plano (41) y un correspondiente cambio en plano en la geometria del mandril en donde: el mandril (42) incluye una parte superior (58), lados (56) y una base (48), la curvatura fuera de plano se define en la base (48) de una seccion (40) del mandril (42), y el correspondiente cambio de geometria en plano se define como un ensanchamiento (49) de los lados (56) de la seccion (40) del mandril (42).

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para fabricar refuerzos compuestos altamente contorneados con arrugas reducidas

Campo técnico

Esta divulgación se refiere generalmente a procesos para fabricar estructuras compuestas y trata más particularmente de un método y aparato para fabricar refuerzos compuestos altamente contorneados, reforzados con fibra con arrugas reducidas.

Antecedentes

Durante el proceso de acumulación de capas de preimpregnado reforzado con fibra unidireccional para formar un laminado compuesto, como un refuerzo, a veces se pueden formar arrugas en una o más de las capas. Las arrugas son indeseables porque pueden dar lugar a huecos o discontinuidades en el laminado curado. Las arrugas pueden deberse a, sin limitación, una capa que se deforma durante el proceso de acumulación y/o una fricción relativamente alta entre las fibras de refuerzo unidireccionales causada por la pegajosidad de la resina sin curar. Las arrugas pueden ser particularmente problemáticas cuando se forma una pila de capas preimpregnadas unidireccionales sobre una superficie de herramienta muy contorneada.

En el pasado, para evitar arrugas en las zonas contorneadas, las capas preimpregnadas se cortaron en secciones. A continuación, las secciones se empalmaron y se colocaron individualmente en una herramienta de formación contorneada para lograr la curvatura deseada. Sin embargo, cortar y empalmar las capas de esta manera puede tener un efecto indeseable sobre las propiedades de la parte curada. Para compensar estas propiedades potencialmente reducidas, algunas veces se requerían capas o dobladores adicionales que pueden resultar en un aumento en el espesor y peso del refuerzo. La técnica de corte y empalme descrita anteriormente también requiere mucho tiempo y trabajo, da como resultado un desperdicio de material y puede inducir una precarga no deseada en la parte curada. Es más, cuando es necesario agregar capas a la IML (línea de molde interior) es necesario agregar estas capas gradualmente, a una velocidad específica, para que el contorno de la IML no sea demasiado severo.

Por consiguiente, existe la necesidad de un método y un aparato para fabricar partes compuestas altamente contorneadas, reforzadas con fibra, tales como refuerzos que pueden reducir sustancialmente o eliminar las arrugas de las capas durante el proceso de acumulación y que evitan la necesidad de cortar y empalmar las capas.

El documento US 7357166 establece, de acuerdo con su resumen, un conjunto de acumulación de largueros de aeronave que comprende un bloque de curado contorneado y un primer elemento de mandril colocado sobre el mismo. El primer conjunto de mandril incluye un primer conjunto de barra que tiene una pluralidad de primeras ranuras que reducen la rigidez formadas a lo largo de una primera longitud de mandril. La pluralidad de primeras ranuras que reducen la rigidez sobresalen parcialmente a través de la primera profundidad de mandril del primer elemento de mandril para permitir que el primer conjunto de barra se adapte al bloque de curado contorneado. Se coloca un conjunto de capa compuesta sobre el primer elemento de mandril y se cura mientras se conforma a dicho bloque de curado contorneado de manera que se genera un elemento de larguero compuesto contorneado.

El documento US 2006/0249868 establece de acuerdo con su resumen un método de fabricación de elementos estructurales compuestos curvos que puede incluir fabricar una capa de banda en una curva plana sobre un sustrato removible y acumular la capa sobre una superficie de banda curva de una herramienta de fabricación. El método también puede incluir acumular una capa diagonal con fibras orientadas a /- 45° desde la línea central de la superficie de la banda. El método puede incluir además cortar una cinta compuesta unidireccional en segmentos y acumular los segmentos de cinta para formar una capa transversal con una orientación de fibra normal a la línea central de la superficie de la banda. Uno o ambos bordes de las capas diagonales y transversales pueden doblarse sobre uno o dos lados de la herramienta de fabricación para formar una o dos superficies de pestaña. De manera adicional, se puede colocar una capa superior en una o ambas superficies de pestaña utilizando cinta compuesta. Luego se puede inspeccionar la acumulación del elemento estructural y se puede recortar cualquier exceso de material compuesto.

Sumario

Contra estos antecedentes, se proporciona un aparato para fabricar un larguero compuesto reforzado con fibra, sustancialmente libre de arrugas como se establece en la reivindicación 1 y un método de fabricación del mismo como se establece en la reivindicación 3.

De acuerdo con las realizaciones divulgadas, se proporcionan un método y un aparato para fabricar refuerzos compuestos altamente contorneados, reforzados con fibra, tales como largueros, en el que las fibras de refuerzo son continuas a lo largo de las áreas de curvatura en el refuerzo, y las arrugas de la capa se reducen o eliminan sustancialmente. Se evita el arrugado de las capas adaptando la geometría de un mandril de acumulación para adaptarse a las características del material del refuerzo. Las características del material se adaptan ensanchando o estrechando selectivamente partes del mandril, dependiendo de la geometría de la parte de refuerzo. Estos cambios geométricos en el mandril ajustan el contorno del mandril sin requerir un cambio en el espesor de la parte de refuerzo. Es más, el método divulgado puede permitir aumentar el contorno permisible en áreas donde es posible que sea necesario agregar capas, de modo que la velocidad a la que se acumulan las capas se puede aumentar, lo que puede reducir el peso parásito causado por las limitaciones pasadas en el contorno.

La forma a medida del mandril permite que las fibras, especialmente las fibras de grado cero, atraviesen áreas de contornos altos de forma continua y sustancial sin arrugas. Las propiedades estructurales del refuerzo curado pueden no degradarse ya que las capas de mayor rigidez, es decir, las capas de grado cero del compuesto, no necesitan cortarse y empalmarse, sino que se extienden continuamente a lo largo de las curvaturas del refuerzo. Se pueden obtener velocidades de producción más altas usando el método de fabricación divulgado, ya que es posible que las capas no necesiten alterarse (cortarse y empalmarse) mientras se acumulan. Es más, se pueden acomodar variaciones más grandes en el contorno del refuerzo, lo que a su vez puede permitir la realización de diseños de refuerzo más complejos y eficientes en peso.

De acuerdo con una realización divulgada, se proporciona un método para fabricar un refuerzo compuesto reforzado con fibras sustancialmente libre de arrugas que tiene una curvatura fuera de plano. El método comprende proporcionar una herramienta que tenga la curvatura fuera de plano deseada y una curvatura en plano correspondiente, formando una acumulación sobre la herramienta y compactando la acumulación. La formación de la acumulación incluye acumular una pluralidad de capas reforzadas con fibras sobre la herramienta y adaptar las capas a la curvatura fuera de plano y a la correspondiente curvatura en plano de la herramienta. La adaptación de las capas a la curvatura fuera de plano incluye permitir que las fibras de cada una de las capas se deformen generalmente desde una orientación lineal nominal a una orientación deformada determinada por la curvatura fuera de plano. Compactar la acumulación incluye compactar cada una de las capas para eliminar sustancialmente cualquier arruga en la capa y para establecer la orientación de la fibra deformada en la capa.

De acuerdo con la divulgación, se proporciona un método para fabricar un larguero compuesto sustancialmente libre de arrugas, reforzado con fibra que tiene una sección transversal en forma de sombrero y una curvatura fuera de plano a lo largo de su longitud. El método comprende ensamblar una acumulación acumulando capas compuestas reforzadas con fibra sobre una herramienta de formación y usar la herramienta de formación para formar la curvatura fuera de plano en la acumulación. El método comprende además usar la herramienta para formar una curvatura en plano correspondiente en la acumulación. En una realización, el larguero en forma de sombrero incluye una cubierta, pestañas laterales e inferiores, y la curvatura fuera de plano se forma en las pestañas del larguero. La correspondiente curvatura en plano se forma en los lados del larguero.

De acuerdo con la divulgación, se proporciona un método para fabricar un mandril para acumular un refuerzo compuesto reforzado con fibras sustancialmente libre de arrugas que tiene una curvatura fuera de plano. El método comprende formar al menos una curvatura fuera de plano en un cuerpo de mandril, y formar una curvatura en plano en el cuerpo de mandril que corresponde sustancialmente al fuera de plano para compensar los efectos de la curvatura fuera de plano en capas compuestas acumuladas sobre el cuerpo de mandril. La al menos una curvatura fuera de plano se forma en una primera cara de la herramienta en el cuerpo de mandril, y la curvatura en plano se forma en una segunda cara de la herramienta adyacente a la primera cara de la herramienta.

De acuerdo con la divulgación, se proporciona un aparato para formar un refuerzo compuesto reforzado con fibras sustancialmente libre de arrugas que tiene una sección curvada fuera de plano a lo largo de su longitud. El aparato comprende un mandril sobre el que se pueden formar capas compuestas reforzadas con fibras. El mandril tiene una primera cara de la herramienta que incluye una sección que coincide sustancialmente con la sección curvada fuera de plano del refuerzo, y una segunda cara de la herramienta que incluye una sección que tiene una sección curvada en plano que corresponde sustancialmente a la sección curva fuera de plano en la primera cara de la herramienta. La primera y la segunda caras de la herramienta se extienden transversalmente y son contiguas entre sí.

De acuerdo con una realización, se proporciona un aparato para fabricar un larguero compuesto reforzado con fibras, sustancialmente libre de arrugas que tiene una curvatura fuera de plano. El aparato comprende un mandril de larguero que tiene una curvatura fuera de plano y un correspondiente cambio en plano en la geometría del mandril.

Breve descripción de las ilustraciones

La figura 1 es una ilustración de una vista en perspectiva de una sección del fuselaje de un avión.

La figura 2 es una ilustración de una vista en sección longitudinal de un larguero utilizado en el fuselaje de la figura 1, y con una curvatura fuera de plano que se ajusta a una curvatura en el revestimiento del fuselaje.

La figura 3 es una ilustración de una vista en sección tomada a lo largo de la línea 3-3 de la figura 2.

La figura 4 es una ilustración de una vista en planta del larguero mostrado en las figuras 2 y 3.

La figura 5 es una ilustración de una vista en perspectiva de un mandril que tiene una acumulación de largueros formada sobre el mismo.

La figura 6 es una ilustración de una vista isométrica del mandril mostrado en la figura 5.

La figura 7 es una ilustración de una vista en perspectiva de una parte de una sola capa, mostrando la posición de las fibras que han sido acumuladas, pero aún no conforme a la geometría del mandril mostrado en la figura 6. La figura 8 es una ilustración similar a la de la figura 7, pero mostrando que las fibras de la capa se han conformado a la geometría del mandril después de la compactación.

La figura 9 es una ilustración de una vista en perspectiva que muestra ejemplos de formas de refuerzo que pueden formarse usando el método y aparato divulgados.

La figura 10 es una ilustración de una vista en perspectiva de un conjunto de herramientas que compactan la acumulación mostrada en la figura 5. La figura 11 es una ilustración de una vista en perspectiva del mandril y una de las herramientas de compactación mostradas en la figura 10.

La figura 12 es una ilustración de un diagrama de flujo de un método para formar un refuerzo que tiene una curvatura fuera de plano.

La figura 13 es una ilustración de otro método para formar un refuerzo que tiene una curvatura fuera de plano. La figura 14 es un diagrama de flujo de la metodología de producción y servicio de una aeronave.

La figura 15 es un diagrama de bloques de una aeronave.

Descripción detallada

Con referencia a las figuras 1-4, las realizaciones divulgadas se refieren a un método y aparato para fabricar refuerzos 20 de laminado compuesto reforzados con fibra unidireccionales que tienen una curvatura fuera de plano 36 a lo largo de una o más secciones 40 a lo largo de su longitud, incluyendo refuerzos 20 que tienen contornos compuestos. Los refuerzos 20 pueden usarse en una variedad de aplicaciones. Por ejemplo, la figura 1 ilustra un fuselaje de avión 26 que tiene un revestimiento exterior 24 unido a bastidores de barril, 22, espaciados y refuerzos que se extienden longitudinalmente, 20, espaciados circunferencialmente a veces denominados largueros 20. Los largueros 20 están unidos y funcionan para endurecer el revestimiento 24. Como se comentará más adelante, el revestimiento 24 puede tener una o más ondulaciones o curvaturas 34 (figuras 2 y 3) a las que se puede requerir que se adapten los largueros 20.

Haciendo referencia particularmente a las figuras 2, 3 y 4, en el ejemplo ilustrado, el larguero 20 utilizado para endurecer el revestimiento 24 tiene forma de sombrero en sección transversal, aunque pueden utilizarse otras formas en sección transversal, tal y como se comentará con mayor detalle más adelante. El larguero 20 comprende una cubierta 28 generalmente plana conectada por paredes laterales 30 a pestañas 32 que se extienden lateralmente que se ajustan sustancialmente y están fijas a la superficie interior 35 del revestimiento 24 por cualquier medio adecuado. En la realización ilustrada, las paredes laterales 30 se extienden sustancialmente de forma normal a la cubierta 28 y las pestañas 32, sin embargo, en otros ejemplos, las paredes laterales 30 pueden estar inclinadas con respecto a la cubierta 28 y/o las pestañas 32. Las pestañas 32 incluyen una curvatura fuera de plano 36 que se extiende a lo largo de la sección 40 del larguero 20, que coincide sustancialmente con la curvatura 34 en el revestimiento 24, de modo que las pestañas 32 se adapten sustancialmente al revestimiento 24 en la sección 40 de curvatura. Tal y como se usa en el presente documento, "curvatura fuera de plano" se refiere a curvaturas que no están sustancialmente dentro del plano de las capas en las pestañas 32, o dentro de los planos que se extienden paralelos al plano de las capas en las pestañas 32.

Durante el proceso de formación y acumulación de las capas, la curvatura fuera de plano 36 en las pestañas 32 hace que las capas en las pestañas 32 ejerzan tensión sobre las capas de las paredes laterales 30 a lo largo de la sección 40. Normalmente, esta tensión tendería a provocar que las capas de las paredes laterales 30 se separen de la herramienta de formación (no mostrada), lo que produciría arrugas en las capas durante el proceso de formación y antes del curado, particularmente cuando el larguero se fabrica formando una pila plana de capas sobre una herramienta contorneada (no mostrada), en parte porque la fricción entre las capas preimpregnadas dificulta que las capas se muevan entre sí y se adapten a los contornos de la herramienta.

Con el fin de adaptarse a tales características de material de las capas y reducir o eliminar las arrugas de las capas (no se muestra en las figuras 2 y 3), las capas se acumulan y forman de una manera que da como resultado que el larguero 20 tenga cambios en plano en la geometría correspondientes a la curvatura fuera de plano 36. En la realización ilustrada, estos cambios de geometría en plano comprenden una curvatura exterior 41 de las paredes laterales 30 dentro de la sección 40, inmediatamente adyacente a la curvatura fuera de plano 36. La curvatura exterior 41 de las paredes laterales 30 tiene un radio de curvatura "R" (figura 4) que coincide sustancialmente con el radio de curvatura "R" (figura 2) de la curvatura fuera de plano 36, de modo que la curvatura 41 de la pared lateral es esencialmente una imagen especular de la curvatura 36 de la pestaña. Como resultado, las paredes laterales 30 se extienden suavemente a través de la sección 40 del larguero 20, sin arrugas sustanciales.

Como resultado de la curvatura 41 de la pared lateral en plano, la cubierta 28 está provista de una curvatura hacia abajo 38 de radio "R" resultando en una reducción en la altura "H" de la cubierta 28 y un ensanchamiento contorneado "W" a lo largo de la sección 40. Este contorno de la cubierta 28 refleja los cambios en plano en las paredes laterales La figura 5 ilustra un mandril 42 de herramienta en el que una acumulación multicapa, laminada, preimpregnada 44 puede formarse como parte del proceso de fabricación del larguero 20 mostrado en las figuras 2-4. Las capas 45 reforzadas con fibras unidireccionales se acumulan envolviéndolas sobre el mandril 42 para formar la acumulación 46. En una realización, una pila plana ordenada (no se muestra) de capas preimpregnadas se acumula de acuerdo con un programa de capas predefinido (no se muestra) que puede especificar el número, orden y orientación de las fibras de las capas en la pila. La pila de capas planas se envuelve luego sobre el mandril 42 de la herramienta en la dirección mostrada por la flecha 60 en la figura 6, y se ajusta a los contornos del mandril 42.

El mandril 42 de la herramienta incluye una cara inferior de herramienta 48 que tiene una curvatura fuera de plano 46 que corresponde en longitud "L" y radio "R" a la curvatura fuera de plano 36 en las pestañas 32 del larguero 20 curado. La figura 5 también ilustra los correspondientes cambios en plano en la geometría de la acumulación de largueros 44, que comprende la curvatura en plano, exterior, 41, de las paredes laterales 30. En efecto, el contorno de la línea de molde interior (IML) del mandril 42 se gira /- 90 grados de modo que su contorno se refleja en la cubierta 28 y las paredes laterales 30 del larguero 20 (figuras 2 a 5).

Haciendo referencia a continuación a la figura 6, el mandril 40 comprende un cuerpo de mandril 55 que tiene una cara superior de herramienta 58, caras laterales de herramienta 56 y caras inferiores de herramienta 48 que forman respectivamente la IML de la cubierta 28, paredes laterales 30 y pestañas 32 del larguero 20 (figura 3). Cada una de las caras inferiores de herramienta 48 tiene una curvatura 46 de radio "R" y longitud "L", como se describió previamente en relación con la figura 5. El mandril 42 también tiene un cambio de geometría en plano, correspondiente a la curvatura fuera de plano 46 a lo largo de la longitud "L" de la curvatura fuera de plano 46. Este cambio de geometría en plano comprende una curvatura exterior 49 en las caras laterales de herramienta 56 que coincide sustancialmente con el radio "R" y longitud "L" de la curvatura fuera de plano en las caras inferiores de herramienta 48. La cara superior de herramienta 58 incluye una sección 47 curvada hacia abajo que coincide sustancialmente con el radio "R" y longitud "L" de la curvatura fuera de plano en las caras inferiores de herramienta 48. La curvatura 49 en las caras laterales de herramienta 56 da como resultado un aumento en el ancho 54 de la cara superior de herramienta a lo largo de la longitud "L", así como una altura reducida indicada por el número 51.

El cambio en plano de la geometría del mandril 42 que se necesita para compensar los efectos sobre el material de la capa provocados por la curvatura fuera de plano 46 está determinado por la ubicación, geometría y dimensiones de la curvatura fuera de plano 46. En la realización ilustrada, la curvatura fuera de plano 46 tiene un radio "R" y se extiende a lo largo de una longitud "L" del mandril 42, y en consecuencia, se requiere un cambio en plano en la geometría del mandril que también tiene un radio "R" y longitud "L", formado de una manera que compensa el "tirón" del material de la capa que recubre la cara 56 de herramienta del lado del mandril. Este tirón sobre el material de la capa es causado por el material de la capa que se arrastra hacia abajo en la curvatura 46 en la cara inferior de herramienta 48 adyacente durante el proceso de formación. Las caras laterales de herramienta 56 están curvadas en la dirección en la que se tira del material como resultado de ser arrastrado hacia la curvatura fuera de plano 46, es decir, las caras de herramienta 56 están curvadas hacia fuera en el ejemplo ilustrado para coincidir en general con el desplazamiento hacia fuera del material de la capa provocado por la "tracción" del material de la capa generada en las caras inferiores de herramienta 48 por la curvatura fuera de plano 46. La cantidad de cambio en la geometría en plano requerida para compensar los efectos sobre el material de la capa causados por una curvatura fuera de plano también puede depender en parte del ángulo 0 entre dos lados adyacentes de una herramienta de formación, como las caras de herramienta 48 y 56 adyacentes en el mandril 42.

En referencia ahora tanto a la figura 7 como 8, la figura 7 ilustra dos partes 67, 69 de una capa 45 con fibras unidireccionales 66 que tienen una orientación de fibra de cero grados después de envolverse sobre el mandril 42 mostrado en la figura 5, pero antes de compactarse para adaptarse a las características del mandril 42. Las fibras 66 de cero grados se extienden sustancialmente paralelas entre sí antes de ser presionadas contra el mandril 42. En este punto, una parte 67 de la capa 45 se superpone a una de las caras laterales de herramienta 56, y la otra parte 69 se superpone a una de las caras inferiores de herramienta 48. Con referencia a la figura 8, durante la compactación, las fibras 66 se deforman para adaptarse a la curvatura fuera de plano 46 (figura 6) en la cara inferior de herramienta 48, dando como resultado una sección 70 de las fibras 66 que asume la curvatura hacia abajo mostrada en 52 que coincide sustancialmente con la curvatura fuera de plano 46 del mandril 42 mostrado en la figura 6. De manera similar, las fibras 66 en la porción de capa 67 se deforman durante la compactación para asumir una curvatura exterior 41 que coincide sustancialmente con la curvatura de la cara lateral de herramienta 49 del mandril 42 mostrado en la figura 6. Durante el proceso de compactación, las fibras 66 se deforman generalmente a partir de una orientación lineal nominal mostrada en la figura 6 a las orientaciones deformadas 52, 41 mostradas en la figura 8 que están determinadas respectivamente por la curvatura fuera de plano 46 en la cara inferior de herramienta 48 del mandril 42 de la figura 6 y el correspondiente cambio de geometría 49 en la cara lateral de herramienta 56 del mandril 42.

El larguero 20 en forma de sombrero descrito anteriormente es simplemente ilustrativo de una amplia gama de configuraciones de refuerzo que pueden formarse usando el método y aparato divulgados. Por ejemplo, tal y como se muestra en la figura 9, el método y el aparato divulgados se pueden emplear para producir al menos partes de refuerzos sustancialmente libres de arrugas que se pueden usar como largueros o para otros fines, que tienen secciones transversales correspondientes a un sombrero modificado 20a que tiene paredes laterales inclinadas 64, una "I" 20b, una "C" 20c, una "Z" 20d, una "L" 20d y una "J" 20e.

Las figuras 10 y 11 muestran detalles adicionales de las herramientas 74 utilizadas para formar y compactar la acumulación 44 del larguero. Se usa un par de herramientas de compactación 76, 78 para compactar la acumulación 44 contra el mandril 42. Se puede lograr la compactación, por ejemplo y sin limitación, mediante el procesamiento convencional de bolsas de vacío y/o autoclave. Como se observa mejor en la figura 11, cada una de las herramientas de compactación 78 incluye una pestaña 80, pared lateral 82 y parte inferior 84 que respectivamente compactan y aplican presión a la cubierta 28, paredes laterales 30 y pestañas 32 (figura 3) de la acumulación 44 del larguero. La pestaña 80 y la parte inferior 84 incluyen, cada una, una curvatura fuera de plano 46a que corresponden respectivamente a las curvaturas 46 en la cara superior de herramienta 58 y la cara inferior de herramienta 48 del mandril 42. De manera similar, el lado 82 de la herramienta de compactación 78 incluye una sección curvada 47a que coincide sustancialmente con la de las caras laterales de herramienta 56 del mandril 42.

Ahora se dirige la atención a la figura 12, que ilustra las etapas de un método para fabricar un refuerzo compuesto sustancialmente libre de arrugas, reforzado con fibra, como el larguero 20 discutido anteriormente. Comenzando en la etapa 86, se proporciona una herramienta 42 que tiene la curvatura fuera de plano 46 deseada y el correspondiente cambio en plano en la geometría 47. Luego, en la etapa 88, se forma una acumulación 44 sobre la herramienta 42 acumulando capas 45 sucesivas (figura 5) de preimpregnado reforzado con fibra unidireccional, con orientaciones de fibra correspondientes a un programa de capas deseado (no mostrado). Como alternativa, la acumulación 44 se puede preformar como una pila plana (no mostrada) de capas 45 ordenadas, y la pila de capas se puede formar sobre la herramienta 42. Cada una de las capas 45, o la pila de capas, se coloca colocando la capa 45 (o pila) sobre el mandril 42 en la dirección 60 mostrada en la figura 5. En la etapa 90, cada una de las capas 45 o la pila de capas se ajusta a las caras de la herramienta en el mandril 42, incluyendo la curvatura fuera de plano 46 y la correspondiente curvatura en plano 49 que representa el cambio en plano en la geometría 47 del mandril 42. En la etapa 92, la acumulación 44 se compacta, lo que puede incluir el uso de herramientas de compactación 76, 78 (figuras 10 y 11) y procesamiento de bolsas de vacío. Por último, en la etapa 94, la acumulación 44 está curada.

La figura 13 ilustra otra realización de un método para fabricar un larguero que tiene una curvatura fuera de plano 46. Comenzando en la etapa 96, una acumulación 44 (figura 5) se ensambla acumulando sucesivamente capas 45 de fibra unidireccional preimpregnada sobre una herramienta de formación adecuada, como el mandril 42, o acumulando las capas 45 como una pila plana ordenada de las capas. Luego, en 98, la herramienta 42 se usa para formar una curvatura fuera de plano en la acumulación 44, y en 100, la herramienta 42 se utiliza para formar una curvatura en plano correspondiente y un cambio en la geometría 41 en la acumulación 44. En la etapa 102, la acumulación 44 se compacta y se cura en la etapa 104.

Con referencia a las figuras 14 y 15, las realizaciones de la divulgación pueden utilizarse en el contexto del método 106 de fabricación y servicio de una aeronave, tal y como se muestra en la figura 14, y de una aeronave 108, tal y como se muestra en la figura 15. Durante la preproducción, el método ejemplar 106 puede incluir la especificación y el diseño 110 de la aeronave 108 y la adquisición de material 112. Durante la producción, se lleva a cabo la fabricación 114 de componentes y subconjuntos y la integración de sistemas 116 de la aeronave 108. El método y el aparato divulgados pueden usarse para fabricar refuerzos altamente contorneados que se integran en los subconjuntos usados en la etapa 114. Acto seguido, la aeronave 108 puede pasar al proceso de certificación y suministro 118 para así entrar en servicio 120. Mientras un cliente la tiene en servicio, la aeronave 108 puede someterse a un programa de mantenimiento y revisión 122 rutinarios (que también puede comprender modificaciones, reconfiguraciones, reabastecimientos y demás).

Cada uno de los procesos del método 106 puede ser realizado o llevado a cabo por un integrador de sistemas, un tercero y/o un operador (por ejemplo, un cliente). A efectos de esta descripción, un integrador de sistemas puede incluir, sin limitación, cualquier número de fabricantes de aeronaves y subcontratistas de sistemas principales; un tercero puede incluir, sin limitaciones, cualquier número de proveedores, subcontratistas y proveedores; y un operador puede ser una aerolínea, una empresa de alquiler, una institución militar, una empresa de servicios y demás.

Tal y como se muestra en la figura 15, la aeronave 108 producida mediante el método ejemplar 106 puede incluir un bastidor 124 con una pluralidad de sistemas 126 y un interior 128. Los ejemplos de los sistemas 126 de alto nivel incluyen uno o más de entre un sistema de propulsión 130, un sistema eléctrico 132, un sistema hidráulico 134 y un sistema ambiental 136. Se puede incluir cualquier número de otros sistemas. Los refuerzos y otros componentes compuestos fabricados mediante el método y aparato divulgados pueden usarse en el bastidor 124 o en el interior 124. Aunque se muestra un ejemplo aeroespacial, los principios de la invención pueden aplicarse a otras industrias, tales como la industria del automóvil.

Los aparatos y métodos realizados en el presente documento pueden emplearse durante una cualquiera o más de las etapas del método 106 de producción y servicio. Por ejemplo, los componentes o subconjuntos correspondientes al proceso de producción 114 pueden fabricarse o producirse de manera similar a los componentes o subconjuntos producidos mientras la aeronave 108 está en servicio. Es más, una o más realizaciones del aparato pueden ser utilizadas durante las etapas de producción 114 y 116, por ejemplo, agilizando sustancialmente el ensamblaje o reduciendo el coste de una aeronave 108. De manera similar, una o más realizaciones del aparato pueden ser utilizadas mientras la aeronave 108 está en servicio, por ejemplo y sin limitación, para mantenimiento y revisión 122.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Aparato para fabricar un refuerzo compuesto reforzado con fibras, sustancialmente libre de arrugas que tiene una curvatura fuera de plano, comprendiendo el aparato:

un mandril de refuerzo (42) que tiene una curvatura fuera de plano (41) y un correspondiente cambio en plano en la geometría del mandril en donde:

el mandril (42) incluye una parte superior (58), lados (56) y una base (48),

la curvatura fuera de plano se define en la base (48) de una sección (40) del mandril (42), y

el correspondiente cambio de geometría en plano se define como un ensanchamiento (49) de los lados (56) de la sección (40) del mandril (42).

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde el mandril de refuerzo incluye caras de herramienta para formar una sección transversal de refuerzo seleccionada del grupo que consiste en una I, una J, una Z, una L, una C y un sombrero.

3. Un método para fabricar un refuerzo compuesto reforzado con fibras sustancialmente libre de arrugas que tiene una curvatura fuera de plano (36), comprendiendo el método:

proporcionar un mandril de refuerzo (42) que tiene una curvatura fuera de plano (41) y un correspondiente cambio en plano en la geometría del mandril en donde:

el mandril (42) incluye una parte superior (58), lados (56) y una base (48),

la curvatura fuera de plano se define en la base (48) de una sección (40) del mandril (42), y el correspondiente cambio en plano de geometría se define como un ensanchamiento (49) de los lados (56) de la sección (40) del mandril (42);

formar una acumulación sobre el mandril de refuerzo (42) acumulando una pluralidad de capas compuestas reforzadas con fibras sobre el mandril de refuerzo (42), incluyendo adaptar las capas a la curvatura fuera de plano (36) y a la correspondiente curvatura en plano (41) del mandril de refuerzo (42); y compactar la acumulación.

4. El método de la reivindicación 3, en donde las fibras de refuerzo (66) en cada una de las capas (45) tienen una orientación de fibra sustancialmente unidireccional.

5. El método de la reivindicación 4, en donde conformar las capas (45) a la curvatura fuera de plano incluye permitir que las fibras (66) en cada una de las capas se deformen generalmente desde una orientación lineal nominal a una orientación deformada determinada por la curvatura fuera de plano del mandril de refuerzo (42).

6. El método de la reivindicación 5, en donde conformar las capas (45) a la curvatura en plano del mandril de refuerzo (42) incluye permitir que las fibras (66) en cada una de las capas (45) se deformen generalmente desde su orientación lineal nominal a una orientación deformada determinada por la curvatura en plano del mandril de refuerzo (42).

7. El método de la reivindicación 5, en donde compactar la acumulación incluye compactar las capas (45) para eliminar sustancialmente cualquier arruga en las capas (45) y para establecer las orientaciones de las fibras deformadas en la capa (45).

8. El método de la reivindicación 3, en donde las fibras (66) en al menos algunas de las capas (45) se extienden de manera sustancialmente continua a lo largo de la longitud del refuerzo (20).