ES2887935T3 - Superficie de control móvil para una aeronave y su método de fabricación - Google Patents

Abstract

Una superficie de control móvil (1) para una aeronave, que tiene una línea de articulación (19) para la rotación, y que comprende al menos una capa de material compuesto (4, 6), y al menos una lámina (5) que tiene una densidad de al menos 10 g/cm3 colocada sobre la o las capas de material compuesto (4, 6), donde la lámina (5) se extiende a lo largo de la envergadura de la superficie de control (1) por delante de la línea de articulación (19), cubriendo el área más exterior (7) del borde de ataque (2) de la superficie de control (1).

Description

DESCRIPCIÓN

Superficie de control móvil para una aeronave y su método de fabricación

Objeto de la invención

La presente invención hace referencia a una superficie de control móvil para una aeronave, en particular, para alerones, timones de profundidad o timones de dirección.

Más en particular, es un objeto de la presente invención proporcionar una superficie de control móvil para una aeronave que pueda impedir el flameo sin añadir elementos reguladores auxiliares externos, con el fin de lograr un ahorro en el coste y minimizar el peso.

La invención también hace referencia a un método para fabricar dicha estructura.

Antecedentes de la invención

El flameo es un fenómeno peligroso para el control de aeronaves. Cualquier superficie en una aeronave que esté expuesta al flujo de aire puede experimentar el flameo, aunque el tipo más habitual de flameo implica las superficies de control tales como los alerones, los timones de profundidad y los timones de dirección. Las propiedades másicas de estas superficies de control son críticas y se deben medir con cuidado para minimizar el flameo.

Si el centro de gravedad de un conjunto de superficie de control no está situado exactamente en la línea de articulación, entonces se aplicará un par sobre la superficie de control siempre que el ala (u otra superficie de montaje) acelere en una dirección vertical. Si las fuerzas inerciales que actúan a través del centro de gravedad de una superficie de control amplifican la vibración de un ala, entonces la amplitud del flameo aumentará con rapidez y puede dar como resultado numerosos daños en las estructuras de la aeronave.

El momento de inercia de la superficie de control también es un parámetro crítico. Es necesario que el momento de inercia de la superficie de control se encuentre dentro de un intervalo de valores reducido, con el fin de evitar los problemas de flameo.

Las protecciones frente al flameo limitan de manera habitual la envolvente de vuelo, aumentan el amortiguamiento o aumentan la rigidez de la estructura. Para esta última solución, en la actualidad se instalan elementos reguladores a modo de masas muertas en estructuras fijas, tal como en la caja de torsión, o en estructuras móviles, tales como alerones, timones de profundidad o timones de dirección.

La figura 1 muestra una caja de torsión 11 de la técnica actual provista de elementos reguladores 13 en dos de sus lados.

Los elementos reguladores están situados en general de modo que lleven el centro de gravedad sobre, o incluso por delante, de la línea de articulación de las superficies de control, con el fin de limitar las cargas de las rachas y suprimir el flameo. Para ello, tal como se muestra en las figuras 2 y 3, los elementos reguladores se diseñan en general como cuernos que se extienden hacia la dirección delantera de la aeronave. De manera específica, las figuras 2 y 3 muestran un timón de profundidad 18 de la técnica actual, al cual se fija un elemento regulador 13 en su borde de ataque 14, por delante de la línea de articulación 15 del timón de profundidad. La figura 2 muestra una vista superior del timón de profundidad 18 provisto de una aleta compensadora articulada 16 y fijado a un HTP 12 conectado al fuselaje 17 para permitir su centrado.

Cada elemento regulador externo requiere un montaje e instalación en una estructura mediante métodos de remachado/empernado, que añaden peso y complejidad.

Asimismo, la instalación de elementos reguladores requiere la búsqueda de ubicaciones, estudios cinemáticos y actividades de instalación, aunque incluso así, no siempre se pueden instalar en las mejores ubicaciones, ya que a veces su instalación se ve afectada por limitaciones geométricas, problemas de ergonomía y/o conflictos debido a la cinemática del movimiento de las superficies de control, que disminuyen su eficacia y aumentan, en consecuencia, el peso necesario para lograr el efecto deseado.

Los elementos reguladores de la técnica actual se fabrican a partir de materiales de densidad media, tales como fundiciones, aceros y similares.

El documento US2567124 describe un perfil aerodinámico que se puede ensamblar a partir de secciones de lámina metálica fabricadas de tal manera que se puedan emplear en todas partes remaches ordinarios u otros medios de fijación habituales. La parte posterior del perfil aerodinámico comprende preferentemente una lámina de metal doblado sobre sí mismo en el borde de salida, de modo que constituya la cobertura o el revestimiento superior e inferior. A esta sección posterior se aseguran de manera progresiva unas secciones anteriores del perfil aerodinámico, lográndose el acceso a los extremos interiores de los remaches, u otros medios de fijación, a través de la cara abierta delantera de la estructura, cuyo borde de ataque se cierra en última instancia mediante una nariz.

El documento US2010258680 describe un elemento aerodinámico alargado deformable a torsión, en el que la superficie superior es continua, mientras que la superficie inferior comprende una ranura longitudinal en la dirección de la envergadura y en las proximidades del borde de ataque. Por otra parte, un dispositivo actuador en el interior de dicho elemento aerodinámico puede hacer que se deslicen los bordes de la ranura uno con relación al otro.

Por lo tanto, sería deseable proporcionar un medio técnico que reduzca el flameo en las superficies de control móviles al mismo tiempo que se reduce el peso, el coste y la complejidad que tradicionalmente se requieren.

Compendio de la invención

La presente invención soluciona los inconvenientes mencionados anteriormente proporcionando una superficie de control móvil para una aeronave que reduce el flameo y reduce peso y coste.

Un aspecto de la presente invención hace referencia a una superficie de control móvil para una aeronave, que tiene una línea de articulación para la rotación y que comprende al menos una capa de material compuesto, y al menos una lámina que tiene una densidad de al menos 10 g/cm3 colocada sobre la o las capas de material compuesto. La lámina se extiende a lo largo de la envergadura de la superficie de control por delante de la línea de articulación, por lo que cubre el área más exterior del borde de ataque de la superficie de control. Por tanto, la lámina lleva el centro de gravedad de la superficie de control a la línea de articulación, lo que evita problemas de flameo, al mismo tiempo que garantiza una buena reducción del flameo en la superficie de control donde es necesario un peso extra del elemento regulador.

De esta forma, la invención proporciona una nueva superficie de control móvil con un elemento regulador integrado, ya que se incluye al menos una lámina de material de densidad muy elevada en la superficie. Esta lámina añade peso de una forma simple en comparación con las técnicas tradicionales, en las que se deben realizar una búsqueda de una ubicación adecuada y las técnicas de remachado.

Embeber la lámina en la superficie también reduce los costes ya que no se requieren piezas adicionales para la instalación de los nuevos elementos reguladores.

Asimismo, la utilización de láminas de densidad elevada embebidas en piezas existentes maximiza la eficacia de los elementos reguladores disponiendo el peso exactamente donde es necesario.

De acuerdo con una realización preferida, la superficie de control móvil comprende además un borde de ataque, y la o las láminas se extienden en una distancia menor de un 10 % de la longitud de la cuerda, comenzando desde el borde de ataque de la superficie de control.

Colocar la o las láminas en una distancia menor de un 10 % de la longitud de la cuerda, comenzando desde el borde de ataque de la superficie de control, garantiza que el centro de gravedad se lleva sobre o incluso por delante de la línea de la superficie de control. De esta forma, se limitan las cargas de las rachas y se suprime el flameo.

De acuerdo con otra realización preferida, un timón de profundidad está compuesto por una superficie de control móvil, tal como se describe anteriormente.

De acuerdo con otra realización preferida, un timón de dirección está compuesto por una superficie de control móvil, tal como se describe anteriormente.

De acuerdo con otra realización preferida, un alerón está compuesto por una superficie de control móvil, tal como se describe anteriormente.

Otro aspecto de la invención hace referencia a un método para fabricar una superficie de control móvil para una aeronave, que comprende los pasos de proporcionar al menos una capa de material compuesto, proporcionar al menos una lámina que tenga una densidad de al menos 10 g/cm3, colocar la lámina sobre la o las capas de material compuesto, extendiéndola a lo largo de la envergadura de la superficie de control, por delante de la línea de articulación de la superficie de control móvil.

El método de la invención proporciona una forma simple y rentable de producción de una superficie de control móvil, provista de un elemento regulador integrado diseñado para reducir el flameo. De manera adicional, el método reduce el tiempo que tradicionalmente se requiere para instalar los elementos reguladores complementarios, lo que supone una reducción de coste y peso.

Descripción breve de los dibujos

Con el fin de comprender mejor la invención se proporcionan los siguientes dibujos con fines ilustrativos y no limitantes, donde:

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una caja de torsión de la técnica actual provista de elementos reguladores.

La figura 2 muestra una vista superior de un HTP provisto de un timón de profundidad de la técnica actual.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva esquemática de un timón de profundidad de la técnica actual.

La figura 4 muestra una vista de una estructura de aeronave provista de una superficie de control móvil, de acuerdo con una primera realización de la presente invención.

La figura 5 muestra una vista detallada de la superficie de control móvil de la figura 4.

La figura 6 muestra una vista parcial de una superficie de control móvil de la invención. El dibujo A muestra una vista en perspectiva de la superficie. El dibujo B muestra una vista de una sección transversal a lo largo del eje A-A’ del dibujo A.

La figura 7 muestra una vista de una sección transversal esquemática de la disposición de la o las láminas de material de densidad muy elevada entre dos capas de material compuesto para formar la superficie de control móvil, de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.

La figura 8 muestra una aeronave dotada de timones de profundidad, alerones y un timón de dirección, tal como se describe.

Realizaciones preferidas de la invención

La figura 4 muestra una estructura de aeronave 10 dotada de una superficie de control móvil 1 de acuerdo con una primera realización preferida.

Tal como se muestra con detalle en la figura 5, la superficie de control móvil 1 tiene una línea de articulación 19, un borde de ataque 2 y un borde de salida 3, y comprende al menos una capa de material compuesto 4, 6 (véanse las figuras 6b y 7). De acuerdo con la invención, la superficie de control móvil 1 comprende además al menos una lámina 5 de material de densidad muy elevada (al menos 10 g/cm3) colocada sobre la o las capas de material compuesto 4, 6, donde la lámina 5 se extiende a lo largo de la envergadura de la superficie de control 1 por delante de la línea de articulación 19, con el fin de transferir el centro de gravedad de la superficie de control 1 a la línea de articulación 19, para suprimir así el flameo.

La colocación de al menos una lámina de material de densidad muy elevada 5 sobre la o las capas de material compuesto 4, 6, proporciona una superficie de control móvil 1 con un elemento regulador integrado.

La integración reduce el tiempo de instalación, junto con el coste y el peso con relación a la instalación tradicional, que implica de manera convencional uniones remachadas y/o empernadas.

Tal como se muestra en la figura 5, la lámina 5 está situada preferentemente a una distancia menor de un 10 % de la longitud de la cuerda (L) comenzando desde el borde de ataque 2.

Asimismo, la lámina 5 se sitúa de modo que cubra el área más exterior 7 del borde de ataque 2 de la superficie de control 1, con el fin de garantizar una buena reducción del flameo en la superficie de control, donde se requiere el peso extra del elemento regulador.

Preferentemente, la o las láminas 5 comprenden al menos uno de los siguientes materiales: tungsteno, molibdeno y plata. Estos materiales tienen la densidad adecuada para hacer la función de elemento regulador en la superficie de control.

Las figuras 6a y 6b muestran una vista en perspectiva y de una sección transversal respectivamente de una superficie de control móvil 1 de la invención. Tal como se muestra, y de acuerdo con otra realización preferida, la o las láminas 5 se sitúan sobre la superficie de control 1 formando su capa más exterior.

La figura 7 muestra una vista de una sección transversal de una superficie de control móvil 1 de acuerdo con otra realización preferida de la invención. De acuerdo con una realización alternativa, la o las láminas 5 están embebidas entre al menos dos capas de material compuesto 4, 6.

La figura 8 muestra una aeronave 20 dotada de timones de profundidad 7, alerones 9 y un timón de dirección 8, tal como se describe.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Una superficie de control móvil (1) para una aeronave, que tiene una línea de articulación (19) para la rotación, y que comprende al menos una capa de material compuesto (4, 6), y al menos una lámina (5) que tiene una densidad de al menos 10 g/cm3 colocada sobre la o las capas de material compuesto (4, 6), donde la lámina (5) se extiende a lo largo de la envergadura de la superficie de control (1) por delante de la línea de articulación (19), cubriendo el área más exterior (7) del borde de ataque (2) de la superficie de control (1).

2. Una superficie de control móvil (1) para una aeronave, de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un borde de ataque (2), donde la o las láminas (5) se extienden en una distancia menor de un 10 % de la longitud de la cuerda (L), comenzando desde el borde de ataque (2) de la superficie de control (1).

3. Una superficie de control móvil (1) para una aeronave, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la o las láminas (5) comprenden al menos uno de los siguientes materiales: tungsteno, molibdeno y plata.

4. Una superficie de control móvil (1) para una aeronave, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la o las láminas (5) están embebidas entre al menos dos capas de material compuesto (4, 6).

5. Una superficie de control móvil (1) para una aeronave, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la o las láminas (5) se sitúan sobre la superficie de control (1) formando su capa más exterior.

6. Un timón de profundidad (7) para una aeronave, que comprende una superficie de control móvil (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

7. Un timón de dirección (8) para una aeronave, que comprende una superficie de control móvil (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

8. Un alerón (9) para una aeronave, que comprende una superficie de control móvil (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

9. Un método para fabricar una superficie de control móvil (1) para una aeronave, que comprende los pasos de: proporcionar al menos una capa de material compuesto (4),

proporcionar al menos una lámina (5) que tenga una densidad de al menos 10 g/cm3,

colocar la lámina (5) sobre la o las capas de material compuesto (4, 6), extendiéndolas a lo largo de la envergadura de la superficie de control (1), por delante de la línea de articulación (19) de la superficie de control móvil (1), cubriendo el área más exterior (7) del borde de ataque (2) de la superficie de control (1).

10. El método de acuerdo con la reivindicación 9, donde la lámina (5) se extiende a una distancia menor de un 10 % de la longitud de la cuerda (L), comenzando desde el borde de ataque (2) de la superficie de control (1).

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-10, donde la o las láminas (5) comprenden al menos uno de los siguientes materiales: tungsteno, molibdeno y plata.

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 9-11, que comprende además proporcionar una segunda capa de material compuesto (6), y colocar dicha segunda capa de material compuesto (6) sobre la lámina (5) para embeberla entre las capas de material compuesto (4, 6) de la superficie de control (1).