ES2912003T3 - Borde de ataque para un perfil aerodinámico - Google Patents

Abstract

Un borde de ataque (1) para un perfil aerodinámico de una aeronave, el borde de ataque (1) que comprende: una placa de ataque (2) con un lado convexo (21) y un lado cóncavo (22), al menos un recipiente (3), en donde el borde de ataque (1) está configurado para ser asegurado a una caja de torsión (10) del perfil aerodinámico formando de este modo una cavidad entre el lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2) y la caja de torsión del perfil aerodinámico, el al menos un recipiente (3) que está dispuesto al menos parcialmente dentro de dicha cavidad, caracterizado por: dicho recipiente (3) que está lleno con un fluido no newtoniano (4).

Description

DESCRIPCIÓN

Borde de ataque para un perfil aerodinámico

Campo técnico de la invención

La presente invención pertenece al campo de piezas de aeronave, en particular se refiere al campo de bordes de ataque reforzados para perfiles aerodinámicos capaces de resistir golpes de pájaros.

En particular, la presente invención propone un borde de ataque que resuelve el dilema del aumento de peso comúnmente implicado en los refuerzos del borde de ataque para cumplir con los requisitos estructurales de las situaciones de golpes de pájaros.

Antecedentes de la invención

Uno de los requisitos de certificación más críticos y restrictivos para una aeronave está relacionado con el comportamiento y la tolerancia al daño que resulta de un impacto con un cuerpo volador externo, generalmente en forma de un golpe de pájaro.

Esta situación no deseada tiene lugar regularmente, lo que implica, por ejemplo, la alteración de la forma aerodinámica del perfil aerodinámico. Además, hace que el área entre la proa y el mamparo delantero llegue a estar presurizado por el aire dinámico, lo que probablemente cause el fallo de las instalaciones hacia arriba.

En un ejemplo, de acuerdo con los Memorandos de Certificación de la Agencia Europea de Seguridad Aérea, un avión se debe diseñar para asegurar la capacidad de vuelo y aterrizaje seguros continuos del avión después del impacto con un pájaro de 1,81 kg (4 libras) cuando la velocidad del avión (con relación al pájaro a lo largo de la trayectoria de vuelo del avión) es igual a la Velocidad de Crucero de Diseño al nivel del mar o un factor de 0,85 de dicha Velocidad de Crucero de Diseño a 2438 m (8000 pies), el que sea más crítico.

En otro ejemplo de requisitos de certificación para una aeronave con el fin de asegurar la operatividad después del impacto de un pájaro, el borde de ataque de las superficies de sustentación tales como el ala (véase, por ejemplo, el documento EP3156323A1), el plano de cola horizontal ('HTP') o plano de cola vertical ('VTP') debe ser capaz de soportar una energía de impacto equivalente a 3628 kg (8 libras) a una velocidad de 170 m/s (330 Kts).

En vista de las consecuencias potencialmente peligrosas de un golpe de un pájaro, las soluciones actuales implementadas en la industria de fabricación de superficies aerodinámicas de sustentación consisten en reforzar los bordes de ataque de dichas superficies de sustentación con elementos auxiliares que proporcionan una resistencia mejorada contra una colisión.

El borde de ataque de un perfil aerodinámico contribuye a la aerodinámica y al rendimiento de la aeronave. Un perfil aerodinámico se puede dividir tradicionalmente en una caja de torsión (la parte central del perfil aerodinámico, que soporta la carga de torsión debido a la distribución de las fuerzas de sustentación transversalmente) y los bordes de ataque y trasero colocados delante y detrás de la caja de torsión, respectivamente.

Se espera que los bordes de ataque cumplan tanto los requisitos mecánicos como de peso. Deben ser capaces de resistir impactos (es decir, proteger la estructura primaria) al tiempo que aseguran la forma aerodinámica, pero no pueden pesar más de lo estrictamente necesario siguiendo el principio bien conocido de reducción de peso en el diseño de aeronaves.

Actualmente, los materiales compuestos, especialmente los fabricados a partir de fibras de carbono y fibras de vidrio, se usan ampliamente en la fabricación de superficies de sustentación, debido a sus propiedades ventajosas frente a las piezas metálicas. En particular, entre esas propiedades está una reducción sustancial del peso cuando se compara con los componentes metálicos tradicionales, lo que conduce a una mejora en la eficiencia de combustible. Con respecto a las propiedades estructurales, los materiales compuestos también eclipsan a las alternativas metálicas en términos de relación resistencia a peso (es decir, resistencia específica). Además, resisten la compresión y no se rompen fácilmente bajo tensión.

Los materiales compuestos casi son inmunes a la corrosión debido a productos químicos agresivos y también resistentes a muchos productos químicos altamente reactivos. Además, pueden operar bajo amplias variaciones de temperatura y exposición a condiciones climáticas severas mientras que mantienen su forma y tamaño.

Entre todos los tipos de fibras usadas en la industria aeronáutica, la fibra de carbono es la opción preferida en la mayoría de escenarios, debido a sus excelentes propiedades generales. No obstante, la debilidad de los Plásticos Reforzados con Fibra de Carbono (CFRP) incluye una significativa fragilidad.

Esto da como resultado un mal comportamiento frente a potenciales impactos, si no se dota con los medios adecuados para mejorar la resistencia. Con el fin de lograr dicha resistencia mejorada, se han desarrollado varios planteamientos.

Una de las formas implementadas en la industria de fabricación de materiales compuestos para aumentar la resistencia al impacto de los bordes de ataque de materiales compuestos consiste en el refuerzo interlaminar sobredimensionando la configuración de disposición. Esto es, se aumenta el número de capas de fibra de carbono, al tiempo que se interponen varias capas de fibra de vidrio, lo que se conoce por tener un mejor comportamiento frente al daño por impacto.

No obstante, la flexibilidad del diseñador para modelar la configuración de modelado se pone en peligro y, como resultado, el diseñador se ve forzado a modificar la distribución de las capas teniendo en cuenta los criterios de resistencia al daño por impacto, lo que reduce la optimización estructural.

Otras formas de aumentar la resistencia al impacto de los bordes de ataque de materiales compuestos hacen uso de placas metálicas (por ejemplo, acero o titanio) acopladas al revestimiento exterior del borde de ataque para recibir el impacto directo. Además, se pueden instalar placas metálicas dentro del volumen interno del borde de ataque situado entre el lado cóncavo de la placa de ataque y una nervadura/larguero interno de la caja de torsión estructural de la superficie de sustentación.

Por lo tanto, todas las formas conocidas para aumentar la tolerancia al daño por impacto de bordes de ataque de materiales compuestos de aeronaves consisten en materiales sólidos y rígidos implementados para cooperar con la placa de borde de ataque que recibe el impacto mecánico, absorbiendo de este modo la energía de impacto. Estos materiales sólidos ponen en peligro la optimización estructural y contribuyen a aumentar el peso total de la aeronave.

Compendio de la invención

La presente invención proporciona una solución alternativa para los problemas mencionados anteriormente mediante un borde de ataque según la reivindicación 1 y un perfil aerodinámico según la reivindicación 14. La invención también proporciona un método para ensamblar un borde de ataque en la reivindicación 15. Las realizaciones ventajosas se definen en las reivindicaciones dependientes.

Todas las características descritas en esta especificación, incluyendo las reivindicaciones, la descripción y los dibujos, se pueden combinar en cualquier combinación, con la excepción de las combinaciones de tales características mutuamente exclusivas.

A lo largo de todo el documento, se hará referencia a una serie de términos particulares para los cuales se proporcionará ahora una descripción. Por lo tanto, estos términos se deben interpretar de la siguiente manera. Un “material compuesto” o “laminado compuesto” se entenderá como cualquier tipo de material, por ejemplo CFRP (Polímeros Reforzados con Fibra de Carbono), que comprende dos o más materiales constituyentes con propiedades físicas y/o químicas significativamente diferentes que, cuando se combinan, producen un material con características diferentes de los materiales constituyentes individuales.

En relación con la geometría de las superficies de sustentación, el ala, el estabilizador horizontal ('HTP', Plano de Cola Horizontal), el estabilizador vertical ('VTP', Plano de Cola Vertical) y el propulsor de una aeronave todos se basan en secciones de perfil aerodinámico.

“Secciones de perfil aerodinámico” o “perfiles aerodinámicos” se entienden como la forma de sección transversal de una superficie de sustentación, dicha forma que se determina para generar una fuerza aerodinámica en caso de movimiento relativo a través de un fluido, la componente de dicha fuerza perpendicular a la dirección del movimiento se llama sustentación.

Entonces, “un perfil aerodinámico de una superficie de sustentación” se entiende como un elemento estructural de una superficie aerodinámica de una aeronave en términos de “una parte de la superficie de sustentación”. Por consiguiente, la suma de perfiles aerodinámicos entre dos puntos medidos transversalmente en la superficie de sustentación da como resultado otra parte más grande de la superficie de sustentación. De este modo, la suma de los perfiles aerodinámicos a lo largo de toda la envergadura de la superficie de sustentación expresa la superficie de sustentación en sí misma y, por lo tanto, en realizaciones adicionales, esta parte de la superficie de sustentación puede ser toda la superficie de sustentación.

Además, en relación con la geometría de las superficies de sustentación, el término “envergadura” se refiere a la distancia desde una punta de la superficie de sustentación (por ejemplo, la punta del ala) hasta la raíz y “transversalmente” se refiere a “a lo largo/en la dirección de la envergadura”.

El “borde de ataque” se referirá al borde más adelantado de la superficie de sustentación y, de este modo, del perfil aerodinámico, a medida que la aeronave se mueve hacia delante. Un borde de ataque comprende una placa curva (a la que también se hace referencia como “placa de ataque”), en donde el lado convexo es una superficie exterior que es parte del revestimiento exterior de la superficie de sustentación, dicho lado convexo que está expuesto a la corriente de aire incidente. Por lo general, el lado convexo de la placa de ataque proporciona continuidad aerodinámica con los revestimientos superior e inferior de la superficie de sustentación.

A su vez, el lado cóncavo de la placa de ataque es una superficie interior que está expuesta al volumen interno de la superficie de sustentación, esto es, a una cavidad en el mismo.

En el contexto de una realización según la presente invención que comprende un perfil aerodinámico que comprende una placa de ataque y una caja de torsión, el lado cóncavo de la placa de ataque es el lado que se ve desde la caja de torsión. Por consiguiente, se forma una cavidad dentro del borde de ataque, en donde la superficie interna y la caja de torsión son superficies opuestas, cada una que define una parte de los límites de la cavidad. Finalmente, a lo largo de este documento, las referencias a un fluido no newtoniano se entenderán como un fluido cuya viscosidad es variable en base a la tensión o fuerza aplicada. Esto es, la viscosidad puede cambiar de una manera bidireccional tras ejercer tensión o fuerza, ya sea a más líquido (en ausencia de esta fuerza) o más sólido (cuando se aplica tal fuerza).

Según un primer aspecto inventivo, la invención proporciona un borde de ataque para un perfil aerodinámico de una aeronave, el borde de ataque que comprende:

una placa de ataque con un lado convexo y un lado cóncavo,

al menos un recipiente lleno de un fluido no newtoniano,

en donde el borde de ataque está configurado para ser asegurado a una caja de torsión del perfil aerodinámico formando de este modo una cavidad entre el lado cóncavo de la placa de ataque y la caja de torsión del perfil aerodinámico, el al menos un recipiente que está dispuesto al menos parcialmente dentro de dicha cavidad.

El borde de ataque de la invención se puede instalar en cualquier perfil aerodinámico que comprenda una caja de torsión. Las cajas de torsión normalmente comprenden un larguero delantero, que está cerca del borde de ataque, y un larguero trasero, que está alejado del borde de ataque.

Las partículas del fluido no newtoniano contenidas dentro del recipiente reaccionarán tras un impacto con un cuerpo volador externo, tal como un pájaro, modificando su viscosidad. Estas partículas se aglutinarán localmente en el área de colisión para comportarse como un cuerpo sólido para la absorción y dispersión de la energía cinética transferida entre el cuerpo volador que colisiona y la placa de ataque como resultado del impacto.

Ventajosamente, debido a las propiedades intrínsecas de los fluidos no newtonianos mencionadas anteriormente, cuanto mayor es la energía del impacto, más fuerte es la unión entre moléculas. Y así, mayor será la resistencia ejercida sobre la carga resultante. Este efecto da como resultado dotar un borde de ataque de la invención con un espectro adaptativo y amplio de reacciones de carga potenciales para un volumen dado de fluido no newtoniano. Con respecto a la densidad de este volumen dado de fluido no newtoniano, los valores están entre 0,9-1,2 kg/m3. Por lo tanto, los valores de densidad son menores que los de la fibra de carbono (1,5-1,6 kg/m3) y mucho menores que los valores correspondientes a las estructuras metálicas de refuerzo (4,5 kg/m3 para el titanio y 7,8 kg/m3 para el acero). Esta reducción en los valores de los citados parámetros cuando se implementa fluido no newtoniano sobre materiales implementados en otras soluciones para reforzar los bordes de ataque de las superficies de sustentación se mantiene durante todo la operación de la aeronave.

Ventajosamente, el rango de valores de densidad se debe a la composición química del fluido no newtoniano y permanece esencialmente inalterado por los cambios en las condiciones ambientales (es decir, temperatura y presión) resultantes de las variaciones de altura.

Por consiguiente, el borde de ataque según la presente invención permite lograr una gran reducción de peso de toda la estructura de superficie de sustentación cuando se compara con las soluciones actuales conocidas en la industria aeronáutica que hacen uso de una estructura sólida para reforzar tales superficies de sustentación contra colisiones potenciales con objetos voladores externos. Esta ventaja técnica es particularmente relevante cuando se aplica a superficies de sustentación que comprenden grandes dimensiones, tales como alas, en donde la reducción de peso lograda se mide en decenas de kg.

Además, algunas superficies de sustentación se acoplan con la estructura principal de la aeronave, es decir, el fuselaje, formando un ángulo (es decir, tiene un “ángulo de barrido” hacia atrás, por ejemplo, 30° para algunos planos de cola horizontales) con la dirección de vuelo teórica. Como consecuencia, un posible objeto volador que pueda impactar con dichas superficies se acoplará con el borde de ataque de la correspondiente superficie de sustentación en una dirección no perpendicular. Por lo tanto, tras la colisión, la carga resultante transferida a la estructura tendrá más de una componente direccional en un plano, de este modo, siendo mayor el área afectada. Además, el objeto se puede arrastrar a lo largo del borde de ataque en una dirección de avance hacia la punta de la superficie. Como resultado de esta complejidad en la simulación de un impacto, las soluciones actuales en el estado de la técnica proporcionan un refuerzo adicional del borde de ataque.

En relación con el mecanismo interno de dispersión de energía para los recipientes llenos de fluido no newtoniano, la energía transferida entre el cuerpo que colisiona y la placa de ataque se distribuye internamente por todo el volumen del fluido en forma de presión hidrostática. Ventajosamente, la presente invención permite una mejor optimización de las próximas cargas resultantes de un impacto debido a la distribución interna de energía lograda por el fluido no newtoniano. De este modo, los refuerzos adicionales típicos se pueden suprimir dentro de la presente invención.

De manera más ventajosa, la supresión mencionada anteriormente de capas adicionales en el patrón de moldeado de material compuesto permite al diseñador optimizar la distribución de capas con el fin de lograr un mejor comportamiento estructural. Además, la adición de capas aumentó la probabilidad de encontrar defectos internos tales como arrugas o deslaminaciones y la presencia de porosidad o impurezas.

Dado que el borde de ataque evita la implementación de estructuras sólidas de refuerzo adicionales, tales como una lámina metálica corrugada, se evitan de este modo conexiones físicas entre piezas sólidas adicionales. Por consiguiente, también se reduce enormemente la presencia de medios de fijación, tales como pernos o tornillos, evitando de este modo puntos de origen de fractura sobre la superficie de sustentación tras un golpe der un pájaro. Además, se reduce el mantenimiento de las piezas afectadas del borde de ataque, así como sus sustituciones. En este sentido, las soluciones de refuerzo convencionales que hacen uso de elementos sólidos, tales como la chapa metálica antes mencionada, necesitan ser sustituidas en su totalidad tras un evento de impacto, dado que toda la estructura de borde de ataque se deforma y daña de este modo.

En una realización particular, al menos una parte de una pared del recipiente está hecha de un material resiliente. En una realización más particular, el recipiente es una bolsa elástica llena de fluido no newtoniano. A diferencia de la técnica anterior, debido a la naturaleza resiliente de la bolsa elástica llena de fluido no newtoniano, pueden volver a su estado de equilibrio interno, recuperando de este modo la forma original, después de una colisión. Por consiguiente, en caso de un impacto, solamente necesitará ser sustituida o reparada la parte del borde de ataque. En una realización preferida, el borde de ataque de la invención está diseñado para dejar un volumen interno que permite la libre deformación del recipiente ante un cambio de forma del fluido no newtoniano. En otras palabras, el borde de ataque está diseñado para permitir la libre deformación del recipiente al menos parcialmente dentro de la cavidad tras un cambio de la forma del fluido no newtoniano contenido en el mismo. El recipiente está montado en el borde de ataque para dejar al menos algunos espacios libres (llenos de aire) en la cavidad, de manera que el fluido no newtoniano y el recipiente puedan deformarse hacia uno o más de estos espacios libres, en particular, en caso de recibiendo un choque.

Se ha de señalar que en cualquiera de estas realizaciones, el recipiente necesita ser hermético a los fluidos con el fin de evitar cualquier fuga del fluido no newtoniano.

Además, el fluido no newtoniano y los procesos de fabricación y manipulación relacionados asociados no son tan caros como las fibras de carbono, el titanio y sus respectivos procesos de fabricación. Por lo tanto, el coste de este borde de ataque sería inferior al coste de las soluciones actuales usadas en el estado de la técnica.

En una realización, el borde de ataque comprende además al menos una nervadura de proa dispuesta para ser asegurada a la caja de torsión del perfil aerodinámico.

Se ha de señalar que la caja de torsión del perfil aerodinámico comprende al menos una nervadura.

Esto mejora la transferencia de carga desde la placa de ataque afectada hacia un elemento estructural capaz de distribuirla a la nervadura correspondiente de la caja de torsión. Entonces, el efecto general se minimiza aún más. En una realización más particular, la al menos una nervadura de proa está dispuesta de modo que coincida en su ubicación con una nervadura correspondiente de la caja de torsión del perfil aerodinámico.

En una realización, un recipiente se extiende a lo largo de una parte longitudinal del borde de ataque transversalmente hasta la ubicación de la nervadura de proa. Ventajosamente, el al menos un recipiente está contenido además por esta nervadura de proa con el fin de mejorar la resistencia a los golpes de pájaros.

También, esta realización facilita las tareas de fabricación y mantenimiento dado que la inserción y sustitución se pueden realizar de manera modular.

El perfil aerodinámico (entendido como una parte de la superficie de sustentación) puede comprender un único recipiente que cubre únicamente tal parte en un sentido modular con respecto a una superficie de sustentación convencional. Su ubicación a lo largo de esta superficie de sustentación convencional se puede basar en la probabilidad de sufrir un golpe de pájaros, por ejemplo, inferida de datos históricos o en base a la probabilidad. En una realización particular, un único recipiente se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud del borde de ataque transversalmente. En esta realización, el perfil aerodinámico es toda la superficie de sustentación.

En una realización preferida, un recipiente se extiende a lo largo de al menos el 80% de la longitud excluyendo los carenados de raíz y punta del borde de ataque.

Además, se puede proporcionar un único recipiente que cubra todo un borde de ataque incluso si este borde de ataque comprende una nervadura o nervaduras de proa.

La al menos una nervadura de proa puede comprender un orificio pasante configurado para instalar el recipiente a través del orificio pasante. En algunas realizaciones, el recipiente puede extenderse a cada lado de tal orificio pasante de la nervadura de proa.

En una realización particular, al menos un recipiente lleno de un fluido no newtoniano está dispuesto para contactar con al menos una parte del lado cóncavo de la placa de ataque.

En lo sucesivo, se describirán realizaciones con respecto a cómo se asegura el borde de ataque según el primer aspecto a la caja de torsión del perfil aerodinámico (es decir, una parte de la superficie de sustentación).

En una realización, el recipiente lleno de fluido no newtoniano puede aprovecharse de la presencia de la estructura de caja de torsión, estando unido directamente a sus nervaduras. En otra realización, el recipiente puede estar unido a una estructura de soporte adicional o un larguero auxiliar.

De este modo, en una realización particular, el borde de ataque comprende además esta estructura de soporte adaptada para ser asegurada con la caja de torsión del perfil aerodinámico, esta estructura de soporte que está configurada para soportar al menos un recipiente.

Ventajosamente, se puede diseñar la forma de las diferentes configuraciones para una estructura de soporte para confinar el recipiente en un volumen particular dentro de la cavidad que permita la libre deformación del recipiente, al tiempo que aumenta la superficie de la estructura de soporte en contacto con el recipiente.

En cualquier escenario, la forma de la estructura de soporte se diseña para maximizar la superficie de contacto con el recipiente para transferir parte de la carga a la estructura de soporte. La estructura de soporte también se puede diseñar para maximizar la superficie de contacto entre el recipiente y la placa de ataque para transferir la carga desde la placa de ataque al fluido no newtoniano.

En una realización particular, esta estructura de soporte comprende una cuna de reposo para al menos un recipiente. La cuna de reposo se puede conectar de manera fija a la caja de torsión del perfil aerodinámico (es decir, una parte de la superficie de sustentación).

En una realización más particular, la cuna de reposo se fija a la caja de torsión del perfil aerodinámico mediante medios de sujeción. Preferiblemente, estos medios de sujeción son varillas configuradas para conectarse o bien al larguero delantero de la caja de torsión o bien a una nervadura de la caja de torsión.

En una realización preferida, la estructura de soporte comprende una masa de material de espuma que llena al menos parcialmente la cavidad restante no ocupada por el recipiente. Ventajosamente, el material de espuma es más ligero y requiere menos recursos que los materiales compuestos o metálicos usados como parte de configuraciones alternativas para una estructura de soporte.

La masa de espuma soporta el recipiente lleno de fluido no newtoniano mientras que se permite la libre deformación del recipiente y se contribuye a absorber parte de la energía recibida por el perfil aerodinámico en el caso de sufrir un impacto con un cuerpo volador externo.

Algunos ejemplos de materiales de espuma pueden comprender espuma de poliuretano o espuma de alta resiliencia.

En una realización particular, al menos un recipiente está fijado al menos parcialmente o bien al lado cóncavo de la placa de ataque o bien a la caja de torsión del perfil aerodinámico por medios adhesivos.

En una realización más particular, el recipiente se fija al menos parcialmente tanto al lado cóncavo de la placa de ataque como a la caja de torsión del perfil aerodinámico.

En otra realización, el borde de ataque está físicamente separado de la caja de torsión del perfil aerodinámico. El experto en la técnica debería reconocer que la placa de ataque, aunque separada, hace una transición de geometría y forma a los revestimientos superior e inferior de la superficie de sustentación. Ventajosamente, el recipiente es parte de un borde de ataque desmontable.

En una realización alternativa, el borde de ataque es integral con al menos una parte de los revestimientos superior y/o inferior de la superficie de sustentación. En otras palabras, la placa de ataque se extiende más allá del larguero delantero de la caja de torsión y la caja de torsión en sí misma. A cierta distancia, esta sobreextensión de la placa de ataque debería superponerse y unirse a estos revestimientos superior y/o inferior de la superficie de sustentación.

En una realización particular, al menos una parte del contorno de la forma de la sección transversal de al menos un recipiente está configurada para emparejarse con una parte del lado cóncavo de la placa de ataque.

Ventajosamente, parte de la superficie externa del recipiente está conformada para emparejarse con el lado cóncavo de la placa de ataque, el recipiente se apoya en la superficie interna de la placa de ataque, proporcionando de este modo una continuidad estructural a través de la interfaz de contacto.

Esto permite retener mejor el recipiente dentro del volumen interno del borde de ataque. Además, se pueden minimizar de este modo los movimientos de fluido no deseados dentro del recipiente (debido a los movimientos de inercia de la aeronave).

En una realización preferida, el recipiente está hecho de caucho natural o sintético, tal como caucho de nitrilo y caucho de cloropreno, o poliuretano termoplástico.

Preferiblemente, el recipiente es resistente al desgarro para evitar fugas y mantener las propiedades de contención después de un golpe de un pájaro. Ventajosamente, este recipiente es reutilizable.

Como se ha mencionado, el recipiente desempeñará la función de contener el fluido no newtoniano. En este sentido, las propiedades resilientes de un recipiente hecho de los materiales citados cooperan con la acción del fluido no newtoniano ajustando los límites del recipiente para ajustar y absorber las deformaciones potenciales del fluido no newtoniano contenido en el mismo, en donde dichas deformaciones se causan por la inercia resultante del movimiento de la aeronave debido, por ejemplo, a la aceleración/desaceleración durante las transiciones de las fases de vuelo, fuertes niveles de turbulencia o rotación alrededor de un eje de la aeronave (balanceo, cabeceo, guiñada).

Además, el recipiente acomodará los cambios de forma del fluido no newtoniano debidos a las condiciones térmicas variables, así como a la expansión/contracción resultante de una reacción del fluido no newtoniano tras una perturbación externa (por ejemplo, un golpe de un pájaro), que puede hacer que el fluido no newtoniano reaccione modificando su viscosidad.

Además, un recipiente hecho de los materiales según esta realización particular protege el fluido no newtoniano contra la humedad y la corrosión, y está dotado con una resistencia al desgarro mejorada que asegura un amplio rango de tolerancia bajo diferentes condiciones operativas.

En una realización particular, los ejemplos de fluido no newtoniano para llenar al menos un recipiente comprenden una solución polimérica, una dispersión o una suspensión coloidal.

El fluido no newtoniano puede ser un gel.

Estos fluidos mantienen sus propiedades, esto es, densidad, a altitudes de velocidad de crucero de la aeronave. En un segundo aspecto inventivo, la invención también proporciona un perfil aerodinámico que comprende un borde de ataque según cualquiera de las realizaciones del primer aspecto inventivo. Como se ha mencionado, este perfil aerodinámico se debería entender como una parte de la superficie de sustentación, siendo, en una realización particular, toda la superficie de sustentación.

En una realización preferida, este perfil aerodinámico es un HTP, VTP o un ala.

Con respecto a la producción de un borde de ataque según la invención, la supresión de elementos de refuerzo sólidos tales como material compuesto adicional (capas adicionales de fibra de carbono/fibra de vidrio en la configuración de moldeado) o placas/láminas metálicas montadas para absorber la energía de impacto, da como resultado procesos de fabricación y manipulación más sencillos.

Los siguientes aspectos inventivos proporcionan métodos alternativos para ensamblar los bordes de ataque descritos en un perfil aerodinámico (es decir, al menos una parte del borde de ataque).

Por lo tanto, en un tercer aspecto inventivo, la invención también proporciona un método para ensamblar un borde de ataque según cualquiera de las realizaciones del primer aspecto inventivo en un perfil aerodinámico, en donde el método comprende los pasos de:

- proporcionar una placa de ataque con el al menos un recipiente;

- llenar el al menos un recipiente con el fluido no newtoniano; y

- asegurar la placa de ataque a la caja de torsión del perfil aerodinámico.

En una realización particular, el paso de asegurar la placa de ataque a la caja de torsión del perfil aerodinámico se realiza después de que se realice el llenado del recipiente con el fluido no newtoniano.

Es decir, el al menos un recipiente se llena con el fluido no newtoniano mientras el borde de ataque aún está desmontado y, una vez que el recipiente está lleno, el borde de ataque se ensambla y se asegura según sea necesario.

En una realización alternativa, el paso de llenar el recipiente con el fluido no newtoniano se realiza después de asegurar la placa de ataque a la caja de torsión del perfil aerodinámico. En otras palabras, el borde de ataque está dotado y asegurado con el al menos un recipiente vacío.

Es decir, el al menos un recipiente se llena con el fluido no newtoniano después de que ya se haya ensamblado el borde de ataque. Esto reduce el peso de todo el borde de ataque durante los primeros pasos de fabricación y, por lo tanto, facilita su manipulación.

En una realización adicional, el método comprende los pasos de:

- asegurar la placa de ataque a la caja de torsión del perfil aerodinámico; y

- disponer el al menos un recipiente entre el lado cóncavo de la placa de ataque y la caja de torsión del perfil aerodinámico, el al menos un recipiente que se llena con el fluido no newtoniano antes o después de ser dispuesto en el mismo.

Ventajosamente, si el al menos un recipiente se llena después de ser dispuesto, esto facilita las tareas de ensamblaje dado que no hay necesidad de manipular el recipiente lleno, lo que implica un trabajo extra debido al peso, dimensiones y ligera rigidez del recipiente lleno.

En un cuarto aspecto inventivo, la invención también proporciona un método para ensamblar un perfil aerodinámico según cualquiera de las realizaciones del primer, segundo o tercer aspectos inventivos de la invención, en donde el método comprende los pasos de:

- proporcionar una placa de ataque con el al menos un recipiente;

- llenar el al menos un recipiente con el fluido no newtoniano; y

- asegurar la placa de ataque a la caja de torsión del perfil aerodinámico.

Descripción de los dibujos

Estas y otras características y ventajas de la invención llegarán a ser comprendidas claramente a la vista de la descripción detallada de la invención que llega a ser evidente a partir de las realizaciones preferidas de la invención, dadas solo a modo de ejemplo y que no se limitan a las mismas, con referencia a los dibujos.

Figura 1 Esta figura muestra una representación parcial esquemática de un perfil aerodinámico que comprende una realización de un borde de ataque según la invención.

Figuras 2a, b, c Estas figuras muestran representaciones esquemáticas de perfiles aerodinámicos que comprenden un borde de ataque según la invención, cada representación que muestra un mecanismo de fijación diferente para el recipiente con el borde de ataque.

Figura 3 Esta figura muestra una representación esquemática de las fuerzas de reacción de un borde de ataque según la invención ante un impacto con un cuerpo volador externo.

Figura 4 Esta figura muestra una vista en planta superior de una superficie de sustentación de una aeronave que comprende una realización de un borde de ataque según la invención, en donde un único recipiente cubre toda la longitud del borde de ataque transversalmente.

Figura 5 Esta figura muestra una vista en planta superior de una superficie de sustentación de una aeronave que comprende una realización de un borde de ataque según la invención, en donde una pluralidad de recipientes cubre diferentes partes de la longitud del borde de ataque transversalmente.

Descripción detallada de la invención

Una vez que se ha perfilado el objeto de la invención, se describen en lo sucesivo realizaciones no limitativas específicas. El experto en la técnica debería reconocer que los aspectos descritos en la presente memoria se pueden incorporar como un borde de ataque, un perfil aerodinámico o incluso un método para ensamblar el borde de ataque.

La figura 1 muestra una representación esquemática de un perfil aerodinámico que comprende una realización de un borde de ataque (1) según la invención. En este sentido, como se ha definido anteriormente, perfil aerodinámico se entiende como una parte longitudinal transversalmente de una superficie de sustentación. Por lo tanto, el perfil aerodinámico mostrado se interpreta como una parte de la superficie de sustentación. Algunos ejemplos de superficies de sustentación pueden ser el ala, el plano de cola horizontal o el plano de cola vertical.

En particular, la figura representa un borde de ataque (1) para un perfil aerodinámico de una aeronave, el borde de ataque (1) que comprende una placa de ataque (2) con un lado convexo (21) visto desde el exterior de la aeronave. Esto significa que el lado convexo (21) de la placa de ataque (2) es la parte del borde de ataque (1) expuesto al aeródromo circundante.

Por consiguiente, en virtud de la definición proporcionada para un “perfil aerodinámico de una aeronave”, el lado convexo (21) es también la parte de toda la superficie de sustentación a la que pertenece el borde de ataque (1) expuesta al aeródromo circundante. Por tanto, el lado convexo (21) de la placa de ataque (2) está expuesto a potenciales impactos contra objetos voladores que se aproximan, tales como golpes de pájaros.

La placa de ataque (2) del borde de ataque (1) comprende además un lado cóncavo (22), orientado hacia el interior. Por lo tanto, el lado cóncavo (22) se ve desde el centro de curvatura de la superficie, y es también la parte de la placa de ataque (2) vista desde el interior del borde de ataque (1).

El borde de ataque (1) está configurado para ser asegurado a la caja de torsión (10) del perfil aerodinámico, por ejemplo, por medio de una nervadura de proa que coincide en ubicación con una nervadura correspondiente de la caja de torsión (10), de modo que la placa de ataque (2) se asegure al mismo.

Las partes estructurales del perfil aerodinámico antes mencionadas (la placa de ataque (2) y la caja de torsión (10)) están dispuestas para definir un volumen interno entre el lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2) y la parte más adelantada de la caja de torsión (10), dicho volumen o cavidad interna que está configurado para permitir que un recipiente (3) lleno de un fluido no newtoniano (4) sea confinado dentro. En particular, el recipiente (3) mostrado en la representación de la figura 1 está en forma de una bolsa elástica (3).

Tal bolsa elástica (3) refuerza el comportamiento de la placa de ataque (2) y, de este modo, de toda la superficie de sustentación, frente a potenciales impactos contra objetos voladores externos. El tamaño del volumen o cavidad interna se representa mayor que el volumen ocupado por la bolsa elástica (3), dado que el diseño de dicho volumen interno debe tener en cuenta que el fluido no newtoniano (4) contenido dentro de la bolsa elástica (3) se permite que se deforme libremente, debido al hecho de que sus propiedades intrínsecas implican cambios bruscos de los parámetros del fluido (4) como la forma y la viscosidad.

Con el propósito de contener tal fluido reactivo (4), la bolsa elástica (3) está dotada con propiedades de estanqueidad, resiliencia y resistencia al desgarro que permiten ajustar los límites de la bolsa elástica (3) para absorber las posibles deformaciones del fluido no newtoniano (4) contenido dentro, al tiempo que evita las fugas y que proporciona una contención mantenida después del golpe de un pájaro. Algunos ejemplos de materiales usados para la fabricación de la bolsa elástica (3) pueden comprender caucho natural o sintético, tal como caucho de nitrilo y caucho de cloropreno, o poliuretano termoplástico.

En la realización representada, la bolsa elástica (3) está adherida a parte del lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2), y a parte de la parte más adelantada de la caja de torsión (10), de manera que, tras la colisión de un objeto volador externo contra el lado convexo (21) de la placa de ataque (2), parte de la carga transferida a la estructura se transferirá directamente a la bolsa elástica (3) y al fluido no newtoniano (4) por ello. De esta forma, las partículas del fluido no newtoniano (4) reaccionarán fácilmente tras la introducción de carga modificando su viscosidad, de modo que se comporte como un cuerpo sólido para la absorción y dispersión de la energía cinética transferida entre el cuerpo volador que colisiona y la placa de ataque (2) como resultado del impacto.

Las figuras 2a, 2b y 2c muestran representaciones esquemáticas de tres perfiles aerodinámicos que comprenden un borde de ataque (1) según la invención, cada representación que muestra un mecanismo de acoplamiento/fijación diferente para el recipiente (3) dentro de la cavidad del borde de ataque (1).

En particular, en la figura 2a, se representa además una estructura de soporte (5) del borde de ataque (1) adaptada para ser asegurada a la caja de torsión (10) del perfil aerodinámico. Esta estructura de soporte (5) está configurada para fijar al menos un recipiente (3), que en esta figura se proporciona en forma de una bolsa elástica (3), por una cuna de reposo (52) y una varilla o varillas (52).

Por un lado, la bolsa elástica (3) se adhiere, o de otro modo simplemente se apoya, a parte del lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2). Por otro lado, la bolsa elástica (3) se soporta en la cuna de reposo (51) proporcionada dentro del volumen interno entre el lado cóncavo (22) de las placas delanteras (2) y la parte más adelantada de las cajas de torsión (10) para acomodar la bolsa elástica (3).

La cuna de reposo (51) está dotada con una forma circular que maximiza la superficie de contacto con la bolsa elástica (3), al tiempo que contribuye a confinar y mantener la bolsa elástica (3) que se apoya en el lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2). Además, para mejorar el soporte y la transmisión de carga entre la bolsa elástica (3) y la caja de torsión (10), la cuna de reposo (51) se fija mecánicamente a la caja de torsión (10) por medio de al menos una varilla (52).

A su vez, la realización representada en la figura 2b corresponde a una modificación de la realización mostrada en la figura 1. No obstante, aquí el borde de ataque (1) se proporciona como un conjunto modular, en donde la placa de ataque (2) se muestra en forma de una proa desmontable, que se puede acoplar de manera desmontable al resto de la estructura que es parte de la superficie de sustentación.

En particular, una parte de la placa de ataque (2) que comprende el lado convexo (21) y el lado cóncavo (22) con la bolsa elástica (3) unida a los mismos se puede desmontar del resto de la placa de ataque (2) y la caja de torsión (10). La interfaz desmontable se representa usando líneas discontinuas paralelas en la parte de la placa de ataque (2) en donde las piezas están desacopladas, y con una línea gruesa recta tangente a la parte más adelantada de la caja de torsión (10). Estas líneas discontinuas representan además los medios de unión necesarios para permitir la capacidad modular.

En una realización particular, el borde de ataque (1) puede comprender un panel posterior que cierra el volumen o cavidad interna. Este panel trasero está unido a los bordes superior e inferior de la placa de ataque. Esto facilita el manejo durante el montaje.

La figura 2c corresponde a una modificación de la realización mostrada en la figura 1, en donde la estructura de soporte (5) está en forma de una masa de espuma de poliuretano que se representa llenando el resto del volumen o cavidad interna formada dentro de la superficie de sustentación, más en particular, dentro del borde de ataque (1) de la invención y no ocupado por el recipiente (3). Dicha cavidad se define entre el lado cóncavo (22) (es decir, la superficie interna) de la placa de ataque (2) y la caja de torsión (10).

La masa de espuma de poliuretano (5) soporta el recipiente (3) lleno con fluido no newtoniano al tiempo que permite la libre deformación del recipiente (3) y que contribuye a absorber parte de la energía recibida por el perfil aerodinámico en caso de sufrir un impacto con un cuerpo volador externo.

La figura 3 muestra una representación de un cuerpo volador externo, representado con forma elíptica, colisionando contra la parte más adelantada del lado convexo (21) de una placa de ataque (2) en un borde de ataque (1) según la invención.

Además, la figura muestra esquemáticamente el mecanismo interno de distribución y dispersión de carga de un recipiente (3) lleno con un fluido no newtoniano (4) tras la introducción de carga resultante de un impacto con un cuerpo volador externo. Dicho mecanismo se representa con una pluralidad de flechas distribuidas radialmente y que apuntan hacia fuera del recipiente (3) de forma circular. Las flechas ilustran que la carga se distribuye internamente en todo el volumen del fluido (4) en forma de presión hidrostática, logrando una distribución de carga estructural más homogénea que permite una mejor optimización estructural.

De esta forma, la parte más adelantada del fluido no newtoniano (4) (más próxima al lado cóncavo (22)) puede reaccionar de repente tras tal impacto mediante el aumento instantáneo de la viscosidad que disminuirá gradualmente al resto del fluido. La fuerza cinética del impacto determinará la cantidad de fluido (4) que reacciona en el instante del impacto. Se ha de señalar que ciertos fluidos no newtonianos (4) exhiben además una viscosidad dependiente del tiempo, por lo que después de un cierto tiempo desde el impacto (sin ejercer más presión sobre el mismo), todo el fluido no newtoniano (4) se relaja y vuelve a su estado original.

En la realización representada, la bolsa elástica (3) se representa adherida a parte del lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2), y que reposa sobre una estructura de cuna (51) tal como la mostrada en la realización de la figura 2a, dicha cuna de reposo (51) que reposa del mismo modo sobre la parte más adelantada de la caja de torsión (10), para la transmisión adicional por ello de parte de las cargas.

Sin perjuicio de lo anterior, otras estructuras de soporte (5) tales como la masa de espuma mostrada en la figura 2b se pueden usar en lugar de la estructura de cuna (51) con barras (52).

El impacto del objeto volador externo contra el lado convexo (21) de la placa de ataque (2), da como resultado la transmisión a la bolsa elástica (3) y al fluido no newtoniano (4) contenido dentro de parte de la carga introducida a la estructura. Como se ha mencionado, las partículas del fluido no newtoniano (4) reaccionarán ante la introducción de dicha carga modificando su viscosidad, para comportarse como un cuerpo sólido para la absorción y dispersión de la energía cinética, dependiendo del nivel de energía del impacto. Por lo tanto, la bolsa elástica (3) llena con fluido no newtoniano (4) proporcionará al borde de ataque (1) una reacción de carga adaptativa a la colisión con el cuerpo que colisiona.

Figura 4 Esta figura muestra una vista en planta superior de una superficie de sustentación de una aeronave que comprende una realización de un borde de ataque (1) según la invención.

En particular, la superficie de sustentación representada corresponde al plano de cola horizontal (HTP) de una aeronave en donde un único recipiente (3) se extiende a lo largo de al menos el 80% de la longitud del borde de ataque (1) transversalmente.

Se ha de señalar que esta superficie de sustentación representada tiene un “ángulo de barrido” hacia atrás (es decir, el borde de ataque no es perpendicular a la corriente de aire entrante) y, por lo tanto, los elementos voladores pueden impactar contra la placa de ataque (1) en una dirección no perpendicular.

A su vez, la figura 5 muestra una vista en planta superior de una superficie de sustentación de una aeronave que comprende otra realización del borde de ataque (1) según la invención, en donde una pluralidad de recipientes (3) cubre diferentes partes de la longitud del borde de ataque (1) transversalmente.

Preferiblemente, cada uno de estos recipientes (3) se puede confinar entre dos nervaduras de proa diferentes del borde de ataque (1). Los recipientes (3) más cercanos o bien a la raíz o bien a la punta de la superficie de sustentación se pueden adaptar en forma para acomodarse al aumento/disminución de la sección transversal del volumen interno a medida que se acerca a esos extremos.

Alternativamente, en la figura 5, se puede concebir una pluralidad de bordes de ataque (1) acortados contiguos, cada uno que comprende un único recipiente lleno con fluido no newtoniano (4). Por lo tanto, se puede aplicar en la presente memoria una configuración modular.

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. Un borde de ataque (1) para un perfil aerodinámico de una aeronave, el borde de ataque (1) que comprende: una placa de ataque (2) con un lado convexo (21) y un lado cóncavo (22),

al menos un recipiente (3),

en donde el borde de ataque (1) está configurado para ser asegurado a una caja de torsión (10) del perfil aerodinámico formando de este modo una cavidad entre el lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2) y la caja de torsión del perfil aerodinámico, el al menos un recipiente (3) que está dispuesto al menos parcialmente dentro de dicha cavidad,

caracterizado por:

dicho recipiente (3) que está lleno con un fluido no newtoniano (4).

2. El borde de ataque (1) según la reivindicación 1, en donde al menos una parte de una pared del recipiente (6) está hecha con un material resiliente.

3. El borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el al menos un recipiente (3) lleno con un fluido no newtoniano (4) está dispuesto para entrar en contacto con al menos parte del lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2).

4. El borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el borde de ataque (1) comprende además al menos una nervadura de proa dispuesta para ser asegurada a la caja de torsión (10) del perfil aerodinámico.

5. El borde de ataque (1) según la reivindicación 4, en donde el al menos un recipiente (3) se extiende a lo largo de una parte longitudinal del borde de ataque (1) transversalmente hasta la ubicación de la nervadura de proa.

6. El borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el recipiente (3) es un único recipiente (3) que se extiende a lo largo de sustancialmente toda la longitud del borde de ataque (1) transversalmente, preferiblemente a lo largo de al menos el 80% de la longitud excluyendo un carenado de raíz y un carenado de punta del borde de ataque.

7. El borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además una estructura de soporte (5) adaptada para ser asegurada a la caja de torsión (10) del perfil aerodinámico, esta estructura de soporte (5) que está configurada para soportar al menos un recipiente (3).

8. El borde de ataque (1) según la reivindicación 7, en donde la estructura de soporte (5) comprende una masa de material de espuma.

9. El borde de ataque (1) según la reivindicación 7 u 8, en donde la estructura de soporte (5) comprende una cuna de reposo (51) para soportar el al menos un recipiente (3), esta cuna de reposo (51) que está conectada de manera fija a la caja de torsión (10) del perfil aerodinámico, preferiblemente o bien a un larguero delantero de caja de torsión o bien a una nervadura de caja de torsión.

10. El borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el al menos un recipiente (3) está fijado al menos parcialmente o bien al lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2) o bien a la caja de torsión (10) del perfil aerodinámico por medios adhesivos, o a ambos.

11. El borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde al menos una parte del contorno de la forma de sección transversal del al menos un recipiente (3) está configurada para emparejarse con una parte del lado cóncavo (22) de la placa de ataque (2).

12. El borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 11, en donde el borde de ataque (1) está diseñado para permitir la libre deformación del recipiente (3) al menos parcialmente dentro de la cavidad tras un cambio de la forma del fluido no newtoniano (4) contenido en el mismo.

13. El borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el fluido no newtoniano (4) para llenar el al menos un recipiente (3) es una solución polimérica, o una suspensión coloidal.

14. Un perfil aerodinámico (10) que comprende un borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13.

15. Un método para ensamblar un borde de ataque (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 sobre un perfil aerodinámico que comprende una caja de torsión (10), en donde el método comprende los pasos de:

- proporcionar una placa de ataque (2) con el al menos un recipiente (3);

- llenar el al menos un recipiente (3) con un fluido no newtoniano (4); y

- asegurar la placa de ataque (2) a una caja de torsión (10) del perfil aerodinámico.