ES2928481T3 - Rieles de traba de asiento con armazones de material compuesto - Google Patents
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Abstract
Se proporcionan rieles de asiento que comprenden marcos compuestos y métodos para fabricar dichos rieles de asiento. Un marco compuesto consta de dos conjuntos de fibras que tienen diferentes orientaciones. Las primeras fibras pueden extenderse paralelas al eje principal de la pista, mientras que las segundas fibras pueden extenderse dentro de planos perpendiculares a ese eje. Se pueden seleccionar específicamente varias características de estas fibras de modo que la resistencia mecánica del marco en la dirección del eje principal sea mayor que en otras direcciones. En otras palabras, el marco compuesto puede tener propiedades anisótropas. Esta diferencia asegura que se brinde el soporte adecuado tanto en condiciones normales como en condiciones extremas. Específicamente, durante las condiciones normales de funcionamiento, la mayoría de las cargas pueden dirigirse verticalmente, mientras que en condiciones extremas, la mayoría de las cargas pueden dirigirse horizontalmente. La alineación de la orientación de la fibra del marco compuesto con varias direcciones de la carga esperada permite formar una pista de asiento muy ligera pero con suficiente apoyo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Rieles de traba de asiento con armazones de material compuesto
Antecedentes
Los rieles de traba de asiento convencionales utilizados en aeronaves y otros vehículos que tienen múltiples asientos dispuestos en filas suelen estar hechos de metales, tales como acero, aluminio o titanio. Los componentes de metal individuales pueden formarse mediante estampado, extrusión, troquelado y otras técnicas de procesamiento de metales. Luego, pueden soldarse entre sí los diferentes componentes de metal del mismo riel de traba de asiento en un ensamble final. No se utilizan estructuras de material compuesto para rieles de traba de asiento debido a las cargas significativas que experimentan los rieles de traba de asiento durante condiciones operativas extremas, tales como durante un aterrizaje de emergencia de una aeronave. Además, los rieles de traba de asiento generalmente tienen múltiples aberturas grandes lo que permite colocar los asientos en diferentes lugares. Estas aberturas provocan discontinuidades de las fibras en los materiales compuestos. Los rieles de traba de asiento metálicos convencionales también tienen esquinas afiladas y radios estrechos que no pueden replicarse con materiales compuestos sin esfuerzos sustanciales. Sin embargo, los metales tienen propiedades mecánicas isotrópicas, las cuales son menos deseables para estructuras que experimentan cargas sustancialmente diferentes en diferentes direcciones, tales como los rieles de traba de asiento. Las estructuras de material compuesto pueden formarse con propiedades anisotrópicas, las cuales pueden adaptarse específicamente a cargas específicas.
El documento WO-A-2005/018926, de acuerdo con su resumen, establece que un panel de núcleo reforzado con fibra se forma a partir de tiras de espuma plástica enrolladas helicoidalmente con capas de mechas para formar almas que pueden extenderse en un patrón ondulado o pueden intersectarse en almas transversales. Tubos huecos pueden reemplazar las tiras de espuma. Las mechas axiales cooperan con las mechas enrolladas helicoidalmente superpuestas para formar una viga o una columna. Los patrones de mechas enrolladas pueden variar a lo largo de las tiras para obtener una eficiencia estructural. Las tiras enrolladas pueden alternarse con tiras espaciadas y espaciadores entre las tiras mejoran la resistencia al pandeo de alma. Las mechas enrolladas continuamente entre tiras espaciadas permiten un plegado para formar paneles con bordes reforzados. Las tiras enrolladas continuamente se envuelven helicoidalmente para formar estructuras anulares, y los paneles de material compuesto pueden combinar resinas termoestables y termoplásticas.
El documento US-A-6110567, de acuerdo con su resumen, establece que un panel estructural de material compuesto está formado por una sola hoja frontal de material compuesto con una rejilla de refuerzo unida con adhesivo a un lado de la hoja frontal. La rejilla de refuerzo está formada por un conjunto enclavado de primeros canales de rejilla alargados y paralelos que se extienden en una primera dirección y segundos canales de rejilla alargados y paralelos que se extienden en una segunda dirección. Cada canal de rejilla es una sección de canal hueco que incluye dos paredes de corte formadas por un material compuesto de pared de corte que tiene una tela tejida de refuerzo de fibra de pared de corte bidireccional incrustada en una matriz de pared de corte, y una tapa que se extiende entre la parte superior de cada una de las dos paredes de corte. La tapa está formada por un material compuesto para tapas de un material compuesto que tiene un refuerzo de fibra de tapa unidireccional incrustado en una matriz de tapa, el refuerzo de fibra de tapa unidireccional se extiende en paralelo a la dirección de alargamiento del canal de rejilla.
El documento US-A-2006/038071, de acuerdo con su resumen, establece que un riel de montaje de asiento para un avión de pasajeros incluye una base conectada a una tuerca entallada por un alma. La tuerca entallada incluye dos pestañas de soporte que sobresalen lateralmente en direcciones opuestas de una zona de refuerzo que conecta con el alma y que tiene una muesca de fijación de asiento que se extiende longitudinalmente a lo largo de la misma. Los elementos de panel de piso pueden ser soportados en las pestañas de soporte. La superficie superior de la zona de refuerzo no puede sobresalir por encima de las superficies superiores de pestaña de soporte, sino que está al menos sustancialmente al ras y es plana con la misma. La pestaña de base horizontal única que forma la base, el alma vertical única y las pestañas de soporte pueden formar un perfil de sección generalmente en forma de l. La zona de refuerzo puede incluir una estructura de refuerzo inferior hueca de sección triangular que se ahúsa hacia la parte superior del alma. Los paneles de piso de gran área pueden extenderse lateralmente y de forma continua sobre el riel y pueden disponerse independientemente del espaciado entre los rieles.
El documento WO-A-2006/138025, de acuerdo con su resumen, establece que un elemento estructural híbrido de metalmaterial compuesto reforzado selectivamente puede incluir un elemento de metal y un material compuesto. El material compuesto puede unirse al elemento de metal mediante una capa adhesiva que incluye una matriz polimérica utilizando un proceso de curado por radiación, lo que da como resultado tensiones residuales insustanciales o insignificantes en la línea de unión entre el elemento de metal y el elemento de material compuesto. El elemento estructural también puede incluir una tapa metálica de cierre para proporcionar una barrera contra una atmósfera corrosiva, y la capa adhesiva puede encapsular el elemento de material compuesto para proporcionar una barrera resistente a corrosión entre el elemento de material compuesto y el metal circundante.
El documento US-A-2005/156095, de acuerdo con su resumen, establece que un riel de montaje de asiento adecuado para montar asientos de pasajeros en un piso, por ejemplo, el piso de una cabina de avión se divide en una sección superior para fijar un asiento y una sección inferior para montar el riel al piso. La sección superior puede estar hecha de
una aleación de titanio. La sección inferior puede estar hecha de una aleación de aluminio. Ambas secciones se conectan entre sí por una interconexión que puede tener la forma de un enlace metalúrgico formado bajo calor y presión. Se utiliza una lámina metálica de unión compatible con los metales de los que están hechas las secciones de riel para aumentar la fuerza de unión de la interconexión.
El documento EP-A-1524106, de acuerdo con su resumen, establece un método para formar una estructura de material compuesto. El método incluye disponer una pila de hojas preimpregnadas en un molde. El material compuesto está sustancialmente sellado dentro de una bolsa de vacío. Una o más lumbreras de vacío se extienden a través de la bolsa de vacío. Se aplica vacío a través de las lumbreras de vacío para extraer el aire de la pila de hojas preimpregnadas. El aire en el espacio entre cada dos hojas preimpregnadas en la pila se evacua a través de al menos una capa menos impregnada dentro de al menos una de las dos hojas preimpregnadas adyacentes. La capa menos impregnada se comunica con la lumbrera de vacío. El proceso se repite hasta que la pila comprende una cantidad predeterminada de hojas preimpregnadas. El material compuesto se cura y la estructura se libera del molde y de la bolsa de vacío.
Compendio
En la presente se describe un riel de traba de asiento que comprende: un armazón de material compuesto que comprende primeras fibras y segundas fibras en una matriz de resina, las primeras fibras se extienden en paralelo a un eje principal del riel de traba de asiento, las segundas fibras se extienden dentro de planos perpendiculares al eje principal del riel de traba de asiento, una resistencia a la tracción del armazón de material compuesto en una dirección del eje principal es mayor que una resistencia a la tracción del armazón de material compuesto en cualquier dirección dentro de los planos perpendiculares al eje principal; y un componente de refuerzo unido al armazón de material compuesto.
Además, en la presente se describe un método para soportar un asiento utilizando un riel de traba de asiento como se describe anteriormente, el método comprende: distribuir una carga desde el asiento hasta un componente de refuerzo y un armazón de material compuesto del riel de traba de asiento, el componente de refuerzo y el armazón de material compuesto se acoplan juntos.
Se proporcionan rieles de traba de asiento que comprenden armazones de material compuesto y métodos para fabricar dichos rieles de traba de asiento. Un armazón de material comprende dos conjuntos de fibras que tienen diferentes orientaciones. Las primeras fibras se extienden en paralelo al eje principal del riel de traba, mientras que las segundas fibras se extienden dentro de planos perpendiculares a ese eje. Pueden seleccionar específicamente varias características de estas fibras de modo que la resistencia mecánica del armazón en la dirección de eje principal es mayor que en otras direcciones. En otras palabras, el armazón de material compuesto puede tener propiedades anisótropas. Esta diferencia garantiza que se brinde el soporte adecuado tanto en condiciones normales como en condiciones extremas. Específicamente, durante las condiciones normales de operación, la mayoría de las cargas pueden dirigirse verticalmente, mientras que, en las condiciones extremas, la mayoría de las cargas pueden dirigirse horizontalmente. La alineación de la orientación de las fibras del armazón de material compuesto con varias direcciones de la carga esperada permite formar un riel de traba de asiento muy ligero, pero con suficiente soporte.
De acuerdo con la reivindicación 1, el riel de traba de asiento comprende un armazón de material compuesto. El riel de traba de asiento también comprende un componente de refuerzo unido al armazón de material compuesto. El armazón de material compuesto comprende primeras fibras y segundas fibras. El armazón de material compuesto también comprende una matriz de resina unida a las primeras fibras y a las segundas fibras. Las primeras fibras se extienden en paralelo al eje principal del riel de traba de asiento. Las segundas fibras se extienden dentro de planos perpendiculares al eje principal. La resistencia mecánica o, más específicamente, la resistencia a la tracción del armazón de material compuesto en la dirección del eje principal es mayor que la del armazón de material compuesto en cualquier otra dirección o, más específicamente, en cualquier dirección dentro de los planos perpendiculares al eje principal. Esta diferencia de resistencia puede ser proporcionada por varias diferencias en las primeras fibras y las segundas fibras.
En algunas realizaciones, la densidad de fibra promedio de las primeras fibras dentro del armazón de material compuesto puede ser mayor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras dentro del armazón de material compuesto. En otras palabras, en promedio, habrá más de las primeras fibras en un volumen unitario que de las segundas fibras. La relación entre la densidad de fibra promedio de las primeras fibras y la densidad de fibra promedio de las segundas fibras puede estar entre aproximadamente 2 y 20 o, más específicamente, entre 3 y 10. Por ejemplo, considerando todas las fibras presentes en el armazón de material compuesto, las primeras fibras pueden representar al menos aproximadamente 40% de todas las fibras o, más específicamente, al menos aproximadamente 50% o incluso al menos aproximadamente 60%. Las segundas fibras pueden representar menos de aproximadamente 30% o, más específicamente, menos de aproximadamente 20% o incluso menos de aproximadamente 10%.
En algunas realizaciones, el diámetro promedio de las primeras fibras es mayor que el diámetro promedio de las segundas fibras. Además, las primeras fibras pueden estar hechas de un material que es diferente al material de las segundas fibras. Por ejemplo, el material de las primeras fibras puede tener una mayor resistencia a la tracción que el material de las segundas fibras.
En algunas realizaciones, las primeras fibras y las segundas fibras se distribuyen de manera desigual por todo el espesor
del armazón de material compuesto. Por ejemplo, el armazón de material compuesto puede formarse a partir de un laminado de diferentes capas, de modo que una o más de estas capas comprenden las primeras fibras y una o más capas distintas comprenden las segundas fibras. La distribución de las primeras fibras y las segundas fibras por todo el espesor puede estar determinada por la disposición de las capas dentro del conformado.
En algunas realizaciones, las primeras fibras están dispuestas, a lo largo de un espesor del armazón de material compuesto, entre dos conjuntos de las segundas fibras que tienen la misma cantidad de fibras en cada uno de los dos conjuntos. En algunas realizaciones, las segundas fibras están dispuestas, a lo largo de un espesor del armazón de material compuesto, entre dos conjuntos de las primeras fibras que tienen la misma cantidad de fibras en cada uno de los dos conjuntos.
En algunas realizaciones, la mayoría, tal como más del 50%, de las primeras fibras son sustancialmente rectas. Esta mayoría puede ser recta a pesar de que el armazón de material compuesto tiene una forma no plana, por ejemplo, una altura mayor que el espesor de hoja del armazón de material compuesto. Además, la mayoría de las primeras fibras puede extenderse sustancialmente por toda la longitud del armazón de material compuesto. Algunas de las primeras fibras pueden estar interrumpidas por varias aberturas en el armazón de material compuesto.
Las segundas fibras pueden estar curvadas dentro de los planos perpendiculares al eje principal. Una porción de las segundas fibras puede extenderse continuamente entre un primer extremo de pestaña y un segundo extremo de pestaña del armazón de material compuesto. Esta porción no puede ser interrumpida por ninguna de las aberturas en el armazón de material compuesto.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto además comprende terceras fibras dispuestas en un ángulo de entre aproximadamente 30° a 60° con respecto a las primeras fibras y en un ángulo de entre aproximadamente 30° a 60° con respecto a las segundas fibras. La densidad de fibra promedio de las terceras fibras dentro del armazón de material compuesto es menor que la densidad de fibra promedio de las primeras fibras dentro del armazón de material compuesto. Además, la densidad de fibra promedio de las terceras fibras dentro del armazón de material compuesto puede ser mayor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras dentro del armazón de material compuesto. La totalidad de terceras fibras pueden colocarse entre al menos una porción de las primeras fibras y al menos una porción de las segundas fibras a lo largo de un espesor del armazón de material compuesto.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto además comprende cuartas fibras dispuestas en un ángulo de entre aproximadamente 30° a 60° con respecto a las primeras fibras y en un ángulo de entre aproximadamente 30° a 60° con respecto a las segundas fibras. Además, las cuartas fibras pueden ser perpendiculares a las terceras fibras. Por ejemplo, las cuartas fibras y las terceras fibras pueden ser partes de la misma capa utilizada para formar el armazón de material compuesto o, más específicamente, pueden ser partes del mismo género tejido. La densidad de fibra promedio de las cuartas fibras dentro del armazón de material compuesto es menor que la densidad de fibra promedio de las primeras fibras dentro del armazón de material compuesto. Además, la densidad de fibra promedio de las cuartas fibras dentro del armazón de material compuesto puede ser mayor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras dentro del armazón de material compuesto. Finalmente, la densidad de fibra promedio de las cuartas fibras dentro del armazón de material compuesto puede ser sustancialmente la misma que la densidad de fibra promedio de las terceras fibras dentro del armazón de material compuesto.
En algunas realizaciones, las segundas fibras en su totalidad se disponen entre las terceras fibras y las cuartas fibras. En algunas realizaciones, las segundas fibras, las terceras fibras y las cuartas fibras en su totalidad se disponen entre dos conjuntos de primeras fibras que tienen la misma cantidad de fibras en cada uno de los dos conjuntos.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto comprende una pestaña de soporte inferior, una porción superior y una porción de pata que se extiende entre la pestaña de soporte inferior y la porción superior. La pestaña de soporte inferior puede ser sustancialmente paralela a la porción superior conectada al componente de refuerzo. El ángulo entre la porción superior y la porción de pata puede estar entre 100° y 120°. En algunas realizaciones, la pestaña de soporte inferior, la porción superior y la porción de pata son monolíticas. En estas realizaciones, una porción de las segundas fibras puede extenderse continuamente entre la pestaña de soporte inferior, la porción superior y la porción de pata. Al mismo tiempo, una porción de las primeras fibras que se extienden dentro de la pestaña de soporte inferior puede no extenderse dentro de la porción superior o la porción de pata. Asimismo, una porción de las primeras fibras que se extienden dentro de la porción superior puede no extenderse dentro de la pestaña de soporte inferior o la porción de pata.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto y el componente de refuerzo comprenden una pluralidad de aberturas que se extienden a través del armazón de material compuesto y del componente de refuerzo. La pluralidad de aberturas puede interrumpir una porción de las primeras fibras y una porción de las segundas fibras del armazón de material compuesto. La pluralidad de aberturas puede disponerse en una fila a lo largo del eje principal del riel de traba de asiento.
En algunas realizaciones, el riel de traba de asiento comprende soportes de piso de material compuesto unidos al armazón de material compuesto. Por ejemplo, los soportes de piso de material compuesto pueden unirse en lados opuestos del componente de refuerzo. Los soportes de piso de material compuesto pueden comprender primeras fibras que se
extienden en paralelo al eje principal. Los soportes de piso de material compuesto también pueden comprender segundas fibras que se extienden dentro de los planos sustancialmente perpendiculares al eje principal. Las primeras fibras y las segundas fibras de los soportes de piso de material compuesto no deben confundirse con las primeras fibras y las segundas fibras del armazón de material compuesto.
En algunas realizaciones, la resistencia mecánica o, más específicamente, la resistencia a la tracción de los soportes de piso de material compuesto en la dirección paralela al eje principal es menor que la de los soportes de piso de material compuesto en la dirección dentro de los planos sustancialmente perpendiculares al eje principal. La densidad de fibra promedio de las primeras fibras de los soportes de piso de material compuesto puede ser menor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras de los soportes de piso de material compuesto. Por ejemplo, la relación entre la densidad de fibra promedio de las segundas fibras de los soportes de piso de material compuesto y la densidad de fibra promedio de las primeras fibras de los soportes de piso de material compuesto se encuentra entre aproximadamente 2 y 20 o, más específicamente, entre 3 y 10. En algunas realizaciones, las superficies superiores de los soportes de piso de material compuesto son coplanares con una superficie superior del componente de refuerzo. En algunas realizaciones, los soportes de piso de material compuesto se unen al armazón de material compuesto utilizando adhesivo. Los soportes de piso de material compuesto además pueden unirse al armazón de material compuesto utilizando costura. Alternativamente, el componente de refuerzo puede funcionar como soportes de piso y no se utilizan componentes adicionales como soportes de piso.
En algunas realizaciones, el componente de refuerzo se une al armazón de material compuesto utilizando adhesivo. El componente de refuerzo puede ser un componente sin material compuesto. Por ejemplo, el componente de refuerzo puede comprender metal, tal como aluminio o titanio.
También se proporciona, pero no está cubierto por las reivindicaciones adjuntas, un método para formar un riel de traba de asiento. El método puede implicar la formación de un armazón de material compuesto que tiene una forma no plana. El armazón de material compuesto comprende primeras fibras y segundas fibras en una matriz de resina. Las primeras fibras se extienden en paralelo al eje principal del riel de traba de asiento. Las segundas fibras se extienden dentro de planos perpendiculares al eje principal del riel de traba de asiento. La resistencia mecánica o, más específicamente, la resistencia a la tracción del armazón de material compuesto en la dirección del eje principal es mayor que la del armazón de material compuesto, en cualquier dirección dentro de los planos perpendiculares al eje principal. El método también comprende unir un componente de refuerzo al armazón de material compuesto.
La unión del componente de refuerzo al armazón de material compuesto puede comprender la aplicación de un adhesivo entre el componente de refuerzo y el armazón de material compuesto seguido por curado del adhesivo entre el componente de refuerzo y el armazón de material compuesto. El adhesivo puede curarse al mismo tiempo que se cura el armazón de material compuesto.
En algunas realizaciones, formar el armazón de material compuesto comprende formar un conformado de armazón utilizando múltiples capas. Una de las múltiples capas puede comprender las primeras fibras, mientras que otra de las múltiples capas puede comprender segundas fibras. Además, la formación del armazón de material compuesto la puede comprender durante el conformado de armazón.
En algunas realizaciones, el método comprende formar una pluralidad de aberturas de armazón a través del armazón de material compuesto. La pluralidad de aberturas de armazón puede formarse después de unir el componente de refuerzo al armazón de material compuesto. Por ejemplo, la pluralidad de aberturas de componente de refuerzo puede utilizarse como yunques mientras se forma la pluralidad de aberturas de armazón. Alternativamente, la pluralidad de aberturas de componente de refuerzo y la pluralidad de aberturas de armazón se forman en una misma operación.
También se proporciona un método para soportar un asiento de acuerdo con la reivindicación 15. El método comprende distribuir una carga desde el asiento hasta un componente de refuerzo y un armazón de material compuesto del riel de traba de asiento. El componente de refuerzo y el armazón de material compuesto se acoplan entre sí durante la distribución de carga. El componente de refuerzo puede comprender un metal. El armazón de material compuesto comprende unas primeras fibras y unas segundas fibras que tienen una dirección diferente a la de las primeras fibras. La carga puede generarse durante varias operaciones del asiento, las cuales pueden implicar operaciones estándar (por ejemplo, soportar el peso de los pasajeros) y operaciones no estándar (por ejemplo, aterrizaje de emergencia). La carga puede ser diferente durante diferentes operaciones. En algunas realizaciones, el método además comprende hacer fluir la carga desde el asiento hasta una viga de soporte de aeronave a través del armazón de material compuesto.
En algunas realizaciones, el método además comprende transportar la carga desde el componente de refuerzo a través de una porción superior plana del armazón de material compuesto, una porción de pata del armazón de material compuesto y una porción de soporte inferior del armazón de material compuesto hasta una viga de soporte de aeronave conectada a la porción de soporte inferior. Esta operación puede ser parte de la distribución de carga desde el asiento hasta el componente de refuerzo y el armazón de material compuesto del riel de traba de asiento.
En algunas realizaciones, el método además comprende dimensionar un radio de esquina del armazón de material compuesto para disminuir las áreas de concentración de tensión. El radio de esquina del armazón de material compuesto
puede ser al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas), tal como aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). Aunque son deseables radios más grandes para estructuras de material compuesto para evitar pandeo, delaminación, discontinuidad de fibras y otros efectos negativos, el radio de esquina del armazón de material compuesto puede mantenerse en aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas) o menos para garantizar una compactibilidad y, como resultado, un peso ligero del armazón de material compuesto.
En algunas realizaciones, el método además comprende hacer reaccionar una fuerza de compresión del sujetador con el componente de refuerzo. Esta operación puede ser parte de la fijación del asiento al riel de traba de asiento o, más específicamente, al componente de refuerzo y el armazón de material compuesto del riel de traba de asiento, que pueden acoplarse entre sí durante esta operación de fijación o antes de la misma.
En algunas realizaciones, el método además comprende hacer transición desde una porción superior plana del armazón de material compuesto hasta una porción de pata del armazón de material compuesto con un primer radio. El método también puede comprender hacer transición desde la porción de pata del armazón de material compuesto hasta una porción de soporte inferior del armazón de material compuesto con un segundo radio. El primer radio puede ser al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas), tal como aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). El segundo radio puede ser al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas), tal como aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). Como se indicó anteriormente, aunque son deseables radios más grandes para las estructuras de material compuesto para evitar pandeo, delaminación, discontinuidad de fibras y otros efectos negativos, el primer radio y/o el segundo radio del armazón de material compuesto pueden mantenerse en aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas) o menos para garantizar una compactibilidad y, como resultado, un peso ligero del armazón de material compuesto.
En algunas realizaciones, el método además puede comprender inclinar una porción de pata del armazón de material compuesto con respecto a una porción plana superior del armazón de material compuesto para colocar más fibras de las segundas fibras a lo largo de la carga o, más específicamente, a lo largo de la dirección de la carga esperada, especialmente, la carga máxima esperada. Por ejemplo, el riel de traba de asiento puede diseñarse para soportar la mayor parte de la carga en la dirección axial, seguido de la carga en la dirección vertical y un poco de carga lateral. Puede utilizarse una combinación de la carga vertical y la carga lateral para determinar el ángulo entre la porción de pata y la porción plana superior, que puede estar entre aproximadamente 100° y 120°, tal como aproximadamente 110°.
En algunas realizaciones, el método además comprende ubicar el componente de refuerzo por encima del armazón de material compuesto. Además, esta operación puede implicar ubicar el componente de refuerzo entre dos soportes de piso de material compuesto. Los soportes de piso pueden utilizarse para transportar la carga desde el piso, la cual puede ser diferente de la carga sobre el asiento.
En algunas realizaciones, el método además comprende alinear una o más capas que comprenden las primeras fibras que tienen una orientación de 0° con respecto a un eje principal del riel de traba de asiento. Específicamente, una o más capas están alineadas para asegurar esta orientación de 0° de las primeras fibras en el armazón de material compuesto. Asimismo, el método puede comprender alinear una o más capas que comprenden las segundas fibras que tienen una orientación de 90° con respecto a un eje principal del riel de traba de asiento. Una o más capas que comprenden las segundas fibras pueden ser diferentes de una o más capas que comprenden las primeras fibras. Como tal, la orientación de las primeras fibras puede realizarse independientemente de la orientación de las segundas fibras.
En algunas realizaciones, el método además comprende colocar en voladizo un soporte de piso de material compuesto desde el armazón de material compuesto. El soporte de piso puede unirse al armazón de material compuesto mediante una o más técnicas descritas en esta divulgación. Además, una porción del armazón de material compuesto puede operar como el soporte de piso. En otras palabras, el armazón de material compuesto y el soporte de piso pueden ser una estructura monolítica sin una interconexión definida. Por ejemplo, el armazón de material compuesto y el soporte de piso pueden formarse a partir del mismo conformado de capas de material compuesto.
En algunas realizaciones, el método además comprende unir el soporte de piso de material compuesto al armazón de material compuesto. Esta unión puede comprender la aplicación de un adhesivo entre el soporte de piso de material compuesto y el armazón de material compuesto, así como el curado del adhesivo. La unión puede comprender unir con costuras el soporte de piso de material compuesto al armazón de material compuesto además de o en lugar de aplicar el adhesivo.
También se proporciona, pero no está cubierto por las reivindicaciones adjuntas, un método para unir un asiento a una viga de soporte de aeronave. El método comprende sujetar el asiento a un componente de refuerzo y un armazón de material compuesto y sujetar el armazón de material compuesto a la viga de soporte de aeronave. El componente de refuerzo se acopla al armazón de material compuesto. El componente de refuerzo comprende un metal. El armazón de material compuesto comprende unas primeras fibras y unas segundas fibras que tienen una dirección diferente a la de las primeras fibras.
El componente de refuerzo puede acoplarse a una porción superior plana del armazón de material compuesto, mientras que la viga de soporte de aeronave puede sujetarse a una porción de soporte inferior del armazón de material compuesto. La porción superior plana y la porción de soporte inferior pueden estar conectadas por una porción de pata del armazón
de material compuesto. El primer radio de una transición entre la porción superior plana del armazón de material compuesto y la porción de pata del armazón de material compuesto puede ser de al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas) o, de manera más específica, aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). El segundo radio de una transición entre la porción de pata del armazón de material compuesto y la porción de soporte inferior del armazón de material compuesto puede ser de al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas) o, de manera más específica, aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). La porción de pata del armazón de material compuesto está inclinada con respecto a una porción plana superior del armazón de material compuesto de tal manera que más fibras de unas primeras fibras del armazón de material compuesto se extienden a lo largo de una carga transferida desde el asiento hasta la viga de soporte de aeronave que en cualquier otra dirección. El ángulo entre la porción de pata del armazón de material compuesto y la porción plana superior del armazón de material compuesto puede estar entre aproximadamente 100° y 120° o, de manera más específica, aproximadamente 110°.
Estas y otras realizaciones se describen más adelante con referencia a las figuras.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1A es una vista en sección transversal esquemática de una aeronave que ilustra vigas de piso y rieles de traba de asiento conectados y soportados por las vigas de piso, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 1B es una vista en sección transversal esquemática de una viga de piso que soporta dos rieles de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 1C es una vista en perspectiva esquemática de un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones. La figura 1D es una vista en sección transversal esquemática de un armazón de material compuesto que muestra diferentes capas de un conformado utilizado para formar el armazón de material compuesto y las fibras dentro de las diferentes capas, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 1E es una vista en sección transversal esquemática de un soporte de piso de material compuesto que muestra diferentes capas de un conformado utilizado para formar el soporte de piso de material compuesto y las fibras dentro de las diferentes capas, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 2A es una vista en sección transversal esquemática de un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las figuras 2B-2D son vistas laterales esquemáticas del riel de traba de asiento de la figura 2A que muestran diferentes fuerzas aplicadas al riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 3A es una vista en sección transversal esquemática de un armazón de material compuesto utilizado en un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 3B es una vista superior esquemática del armazón de material compuesto de la figura 3A, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 3C es una vista en sección transversal esquemática de un soporte de piso de material compuesto utilizado en un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 3D es una vista superior esquemática del soporte de piso de material compuesto de la figura 3C, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 4A es una vista esquemática en despiece de un conformado de armazón utilizado para formar un armazón de material compuesto para su uso en un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 4B es una vista esquemática en despiece de un conformado de soporte de piso utilizado para formar un soporte de piso de material compuesto para su uso en un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
Las figuras 5A-5D son vistas esquemáticas en sección transversal de diferentes ejemplos de un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 6A es un diagrama de flujo de proceso que corresponde a un método para formar un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunos ejemplos que no están cubiertos por las reivindicaciones adjuntas pero que se presentan sólo con fines ilustrativos.
La figura 6B es un diagrama de flujo de proceso que corresponde a otro método para formar un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunos ejemplos que no forman parte de la presente divulgación pero que se presentan sólo con fines ilustrativos.
La figura 6C es un diagrama de flujo de proceso que corresponde a un método para soportar un asiento utilizando un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunas realizaciones.
La figura 6D es un diagrama de flujo de proceso que corresponde a un método para instalar un riel de traba de asiento, de acuerdo con algunos ejemplos que no están cubiertos por las
reivindicaciones adjuntas pero que se presentan sólo con fines ilustrativos.
La figura 7 es una vista en sección transversal esquemática de un riel de traba de asiento colocado en un molde mientras se forma el riel de traba de asiento, de acuerdo con algunos ejemplos que no están cubiertos por las reivindicaciones adjuntas pero que se presentan sólo con fines ilustrativos.
La figura 8 es un diagrama de bloques de la metodología de producción y servicio de aeronaves que puede utilizar los efectores finales descritos en la presente.
La figura 9 es una ilustración esquemática de una aeronave que puede incluir estructuras de material compuesto descritas en la presente.
Descripción detallada
En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión exhaustiva de los conceptos presentados. Los conceptos presentados pueden practicarse sin algunos o todos estos detalles específicos. En otros casos, las operaciones de proceso bien conocidas no se han descrito en detalle para no oscurecer innecesariamente los conceptos descritos. Aunque se describirán algunos conceptos junto con las realizaciones específicas, se entenderá que estas realizaciones no pretenden ser limitantes.
Introducción
Tradicionalmente, los rieles de traba de asiento están hechos de metales, tales como aluminio o titanio. Sin embargo, estos rieles de traba de asiento metálicos pueden ser pesados y/o pueden proporcionar menos fuerza que la deseada para el peso bajo ciertas condiciones extremas, tales como una aceleración o desaceleración rápida durante un aterrizaje de emergencia, por ejemplo. Los metales tienen propiedades mecánicas isotrópicas inherentes. Como tales, las estructuras de metal pueden no ser ideales para aplicaciones donde se necesitan diferentes resistencias mecánicas en diferentes direcciones, tales como rieles de traba de asiento y, en particular, rieles de traba de asiento en aviones de pasajeros. Hay una ventaja en utilizar materiales que pueden adaptarse a las cargas específicas esperadas. Específicamente, pueden utilizarse estructuras más pequeñas y ligeras mientras se proporciona suficiente soporte.
Aunque los materiales compuestos pueden formarse con propiedades anisotrópicas, a menudo no es posible un reemplazo directo de los componentes de metal con el mismo diseño de componentes compuestos. Por ejemplo, los diseños de rieles de traba de asiento convencionales pueden dar lugar a varias discontinuidades de las fibras, pandeo y otros problemas si se forman a partir de materiales conformados de material compuesto. Específicamente, el diseño convencional tiene una disposición de aberturas grandes y colocadas estrechamente, utilizadas para atornillar los asientos a los rieles de traba. Estas aberturas pueden impactar la continuidad de las fibras, lo que resulta en pérdidas sustanciales de resistencia a lo largo de la dirección de las fibras. Esta discontinuidad puede ser particularmente problemática cuando se aplican cargas críticas a los rieles de traba de asiento. Además, los rieles de traba de asiento compuestos pueden no tener radios estrechos, tal como esquinas afiladas con un radio de menos de 3,175 mm (0,125") o incluso menos de 6,35 mm (0,25"), lo que también sería difícil para estructuras reforzadas con fibra.
Se proporcionan rieles de traba de asiento que comprenden armazones de material compuesto. Un armazón de material compuesto comprende al menos dos conjuntos de fibras, cada conjunto tiene una orientación diferente del otro conjunto. Las primeras fibras se extienden en paralelo al eje principal del riel de traba de asiento, mientras que las segundas fibras se extienden dentro de planos perpendiculares al eje principal. La dirección, tipo, densidad y otras características de estas fibras se seleccionan basándose en las cargas esperadas en los rieles de traba de asiento. Por ejemplo, las primeras fibras pueden soportar cargas a lo largo del eje principal, tal como durante una aceleración o declaración rápida. Las segundas fibras pueden soportar el peso de los asientos, los pasajeros, el piso y otras cargas en la orientación vertical. Pueden estar presentes fibras adicionales y extenderse en otras direcciones para garantizar, por ejemplo, transferencias de carga entre diferentes porciones del riel de traba de asiento. El riel de traba de asiento puede formarse de tal manera que cada superficie principal del riel de traba de asiento esté formada por diferentes capas o incluso diferentes conformados de capas. Cuando se utilizan múltiples conformados diferentes, los componentes de estos conformados pueden unirse entre sí utilizando, por ejemplo, adhesivo y/o costura. Además, pueden curarse simultáneamente diferentes conformados del mismo riel de traba de asiento y, en algunas realizaciones, junto con el adhesivo de curado. También pueden combinarse diferentes partes de material compuesto con partes de metal. Por ejemplo, puede utilizarse un componente de refuerzo de metal alrededor de las aberturas para compensar la discontinuidad de las fibras.
En algunas realizaciones, un riel de traba de asiento formado predominantemente por armazones de material compuesto puede ser más ligero que un riel de traba de asiento de titanio comparable y/o puede brindar más soporte mecánico a los asientos en las direcciones a lo largo del eje principal debido a la naturaleza anisotrópica de las estructuras de material compuesto. Este soporte adicional es importante para mantener los asientos en su lugar durante condiciones extremas, tales como durante aceleraciones y desaceleraciones rápidas, por ejemplo. En algunas realizaciones, el riel de traba de asiento puede tener una sección transversal constante para disminuir la complejidad de fabricación y puede extenderse a lo largo del eje principal sin flexiones.
Para fines de esta divulgación, un riel de traba de asiento formado predominantemente a partir de armazones de material compuesto puede denominarse riel de traba de asiento de material compuesto. Sin embargo, alguien que cuenta con experiencia ordinaria en la técnica entenderá que este tipo de riel de traba de asiento puede incluir algunos materiales conformados sin material compuesto, tales como metales. Por ejemplo, el riel de traba de asiento puede incluir un componente reforzado con metal. Además, puede utilizarse un adhesivo para unir diferentes componentes de material compuesto entre sí y, en algunos casos, a componentes sin material compuesto. Finalmente, un riel de traba de asiento puede incluir múltiples componentes de material compuesto diferentes, de manera que las propiedades mecánicas de estos componentes de material compuesto pueden ser diferentes.
Para comprender mejor varias características de los rieles de traba de asiento de material compuesto, se presenta la figura 1A. Esta figura ilustra una aplicación para los rieles de traba de asiento de material compuesto. Específicamente, la figura 1A es una vista en sección transversal esquemática de un avión 1102 que ilustra vigas de piso 162 y rieles de traba de asiento 100 conectados y soportados por las vigas de piso 162, de acuerdo con algunas realizaciones. Esta vista en sección transversal se identifica esquemáticamente con las flechas 1A-1A en la figura 9. Es posible que esta vista
transversal esquemática no esté dibujada a escala, sino que tenga algunos elementos exagerados para mayor claridad. Por ejemplo, se muestra que los rieles de traba de asiento 100 son mucho más grandes que la escala real. Las vigas de piso 162 pueden estar en la mitad inferior de la sección transversal. Además, el piso de la carga puede estar más cerca de la quilla y los montantes pueden terminar en armazones de tipo circunferencial que soportan de forma circunferencial un revestimiento exterior reforzado con larguerillos. Alguien que cuenta con experiencia ordinaria en la técnica entenderá que los rieles de traba de asiento 100 pueden utilizarse para otras aplicaciones y, más específicamente, en otros vehículos, tales como autobuses, trenes y/o barcos. Varios aspectos y características del avión 1102 se describen a continuación con referencia a las figuras 8 y 9. La orientación del avión 1102 y los rieles de traba de asiento 100 se identifican con los ejes X, Y y Z. El eje Y es paralelo al eje principal del avión 1102 y a los ejes principales de los rieles de traba de asiento 100.
La figura 1B es una vista esquemática en sección transversal de la viga de piso 162 que soporta dos rieles de traba de asiento 100, de acuerdo con algunas realizaciones. Como se muestra en la figura 1B, los rieles de traba de asiento 100 pueden atornillarse a las vigas de piso 162. Otras formas de unión también se encuentran dentro del alcance, tal como enclavamiento, remachado, adhesión, costura, fijación y unión. Como se describe más adelante con referencia a la figura 1C, los rieles de traba de asiento 100 pueden tener aberturas inferiores 107 para atornillar o unir de otro modo los rieles de traba de asiento 100 a las vigas de piso 162 u otros componentes de soporte. Pueden proporcionarse aberturas inferiores 107 en soportes inferiores 114 del armazón de material compuesto 110 como se muestra, por ejemplo, en las figuras 1C y 6B.
También se muestran en la figura 1B los asientos 164 unidos a los rieles de traba de asiento 100. Por ejemplo, los asientos 164 pueden atornillarse a los rieles de traba de asiento 100 utilizando las aberturas 102, las cuales también pueden denominarse aberturas superiores. Otras formas de uniones, tales como enclavamiento, también se encuentran dentro del alcance. Pueden proporcionarse múltiples aberturas 102 poco espaciadas dentro de los rieles de traba de asiento 100 para permitir el ajuste de posición de los asientos 164 a lo largo de la dirección Y.
La figura 1B también ilustra la placa de piso 160 que se extiende entre dos rieles de traba de asiento 100 adyacentes y soportada por estos rieles de traba de asiento 100. Como se describe más adelante con referencia a la figura 1C y las figuras 5A-5D, el riel de traba de asiento 100 puede tener soportes de piso 130 para soportar las placas de piso 160. Los soportes de piso 130 pueden tener una superficie superior que se extiende en paralelo al plano X-Y y hacer contacto con las placas de piso 160. Cabe señalar que las cargas típicas ejercidas en las placas de piso 160 pueden ser sustancialmente menores que las cargas típicas ejercidas en el asiento 164, especialmente durante condiciones críticas.
Ejemplos de rieles de traba de asiento
La figura 1C es una vista esquemática en perspectiva del riel de traba 100, de acuerdo con algunas realizaciones. El riel de traba de asiento 100 se extiende a lo largo de su eje principal 101, el cual puede ser paralelo al eje Y. El riel de traba de asiento 100 comprende un armazón de material compuesto 110 y un componente de refuerzo 120 unido al armazón de material compuesto 110. El riel de traba de asiento 100 también puede comprender soportes de piso de material compuesto 130a y 130b unidos al armazón de material compuesto 110. Cada uno de estos componentes se describirá ahora con más detalle.
El armazón de material compuesto 110 comprende primeras fibras 119a y segundas fibras 119b en la matriz de resina 113. Las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b se muestran esquemáticamente en la figura 1C con líneas discontinuas, ya que algunas primeras fibras 119a y segundas fibras 119b pueden no ser visibles en la superficie del armazón de material compuesto 110. Alguien que tiene experiencia en la técnica entenderá a partir de este dibujo esquemático las direcciones relativas de las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b. Por ejemplo, el armazón de material compuesto 110 puede estar formado por múltiples capas como se describe más adelante con referencia a la figura 4A y se muestra esquemáticamente en la figura 1D. Específicamente, la figura 1D es una vista en sección transversal esquemática de la porción de armazón de material compuesto 180 que muestra diferentes capas 401-405 que forman el armazón de material compuesto 110. La porción de armazón de material compuesto 180 se identifica esquemáticamente en la figura 1C mediante un círculo discontinuo. La figura 1D también muestra diferentes capas 401 405. En este ejemplo, las primeras fibras 119a se colocan en capas 401 y 405 y se orientan en la dirección perpendicular a esta vista. Las segundas fibras 119b se colocan en la capa 403 y se orientan a lo largo del eje X. Ejemplos adicionales de capas 401-405 y diferentes fibras dentro de estas capas se describen a continuación con referencia a la figura 4A. Alguien que cuenta con experiencia ordinaria en la técnica comprenderá que la cantidad de capas y la orientación de estas capas y, como resultado, la orientación de las fibras en estas capas pueden ser diferentes y pueden depender de las cargas esperadas que se aplicarán en el armazón de material compuesto. 110.
La capa superior puede contener fibras que corren en una dirección, tal como las primeras fibras 119a identificadas con una orientación de 0°, y las fibras de bloque contenidas en otras capas, tales como las segundas fibras 119b identificadas con una orientación de 90°. Como tal, puede que no sea posible colocar ambas primeras fibras 119a y segundas fibras 119b en la superficie del armazón de material compuesto 110 a menos que ambas primeras fibras 119a y segundas fibras 119b se proporcionen en la misma capa. La vista más representativa de las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b se presenta en la figura 4A y se describe más adelante. Alguien que tiene experiencia en la técnica entenderá a partir del dibujo esquemático presentado en la figura 1C las direcciones relativas de las primeras fibras 119a y las
segundas fibras 119b en el armazón de material compuesto formado 110. Las primeras fibras 119a se extienden en paralelo a un eje principal 101 del riel de traba de asiento 100. Las segundas fibras 119b se extienden dentro de los planos 103 perpendiculares al eje principal 101 del riel de traba de asiento 100. La orientación de las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b se muestra esquemáticamente en la figura 1C y la figura 3B con líneas punteadas. Alguien que cuenta con experiencia ordinaria en la técnica entenderá que las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b estarán integradas en el armazón de material compuesto 110 y podrán no ser visibles.
La orientación, tipo, densidad y otras características de las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b se seleccionan específicamente para lograr propiedades mecánicas anisotrópicas del armazón de material compuesto 110 diseñado en función del requisito de soporte de carga del armazón de material compuesto 110. Por ejemplo, la resistencia a la tracción del armazón de material compuesto 110 en la dirección del eje principal 101 es mayor que la resistencia a la tracción del armazón de material compuesto 110 en cualquier dirección dentro de los planos 103 perpendiculares al eje principal 101. Esta diferencia de resistencia a la tracción puede ser proporcionada por las diferencias en las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b. En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto 110 es el principal componente de soporte de carga del riel de traba de asiento 100.
Los diferentes requisitos de soporte de carga se describirán ahora con referencia a las figuras 2A-2D. Específicamente, la figura 2A es una vista en sección transversal esquemática del riel de traba de asiento 100, de acuerdo con algunas realizaciones. Las figuras 2B y 2C son vistas laterales esquemáticas del riel de traba de asiento 100 de la figura 2A que muestran diferentes fuerzas 190 y 195 aplicadas al riel de traba de asiento 100 durante diferentes condiciones de operación del riel de traba de asiento 100. El soporte de piso de material compuesto 130b y la pestaña de soporte inferior 114 se identifican en las tres figuras para propósitos de referencia.
Durante condiciones normales de operación, el riel de traba de asiento 100 puede experimentar una fuerza 190 dirigida principalmente a lo largo del eje Z. Por ejemplo, la fuerza 190 puede estar en la dirección opuesta al eje Z como se muestra en las figuras 2B-2D. La fuerza 190 puede ser causada por el peso de los asientos y los pasajeros ejercida sobre el riel de traba de asiento 100. Cabe señalar que incluso durante las condiciones normales de operación, la fuerza 190 puede tener un componente que se extiende a lo largo del eje Y, tal como durante la aceleración o desaceleración normal de la aeronave. Sin embargo, este componente Y puede ser más pequeño que el componente Z y, por lo tanto, no se muestra en las figuras 2B y 2C para mayor claridad.
Durante condiciones extremas de operación, tales como aceleración o desaceleración rápida, impacto y aterrizaje, el riel de traba de asiento 100 puede experimentar una fuerza 195 dirigida predominantemente a lo largo del eje Y. La fuerza 195 también puede tener algún componente Z, pero este componente puede ser sustancialmente más pequeño que el componente Y. El componente Z puede estar en cualquier dirección, como se muestra comparativamente en las figuras 2B y 2C.
Al considerar las condiciones de operación tanto normales como extremas en conjunto, el riel de traba de asiento 100 deberá proporcionar más soporte mecánico a lo largo de la dirección Y que a lo largo de la dirección Z. Esta diferencia se corresponde mejor con estructuras anisotrópicas que pueden tener mayor resistencia mecánica en la dirección Y que en la dirección Z. A modo de comparación, las estructuras isotrópicas generalmente deben sobrediseñarse en la dirección de la carga más pequeña para garantizar que se proporcione un soporte adecuado en la dirección de la carga más grande. La resistencia mecánica o, más específicamente, la resistencia a la tracción del armazón de material compuesto 110 en la dirección del eje principal 101, que se extiende en paralelo a la dirección Y, puede ser mayor que la resistencia a la tracción del armazón de material compuesto 110 en cualquier dirección dentro de los planos 103, que se extiende en paralelo al plano Y-Z, como se describió anteriormente.
La diferencia de resistencia en el riel de traba de asiento 100 o, más específicamente, en el armazón de material compuesto 110 puede ser proporcionada por las diferencias en las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b. Por ejemplo, la densidad de fibra promedio de las primeras fibras 119a dentro del armazón de material compuesto 110 puede ser mayor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras. En otras palabras, para un volumen unitario del armazón de material compuesto 110, la cantidad de primeras fibras 119a con este volumen unitario será mayor que la cantidad de segundas fibras 119b. La densidad promedio de fibra también puede denominarse concentración de fibra promedio. Cabe señalar que la cantidad total de primeras fibras 119a y segundas fibras 119b puede depender del tamaño del armazón de material compuesto 110 a lo largo de diferentes direcciones y, la cantidad total de primeras fibras 119a puede ser en realidad menor que la cantidad total de segundas fibras 119b cuando, por ejemplo, el armazón de material compuesto 110 es particularmente largo en la dirección Y. Además, cabe señalar que la distribución de las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b en el riel de traba de asiento 100 puede ser desigual y pueden considerarse los valores promedio para todo el riel de traba de asiento 100.
En algunas realizaciones, la relación entre la densidad de fibra promedio de las primeras fibras 119a y la densidad de fibra promedio de las segundas fibras 119b se encuentra entre aproximadamente 2 y 20 o, más específicamente, entre 3 y 10, o incluso entre aproximadamente 4 y 8. Por ejemplo, basándose en todas las fibras presentes en el armazón de material compuesto 110, las primeras fibras 119a pueden representar al menos aproximadamente 40% o, más específicamente, al menos aproximadamente 50% o incluso al menos aproximadamente 60% de todas las fibras en el armazón de material compuesto 110. Las segundas fibras 119b pueden representar menos de aproximadamente 30% o,
más específicamente, menos de aproximadamente 20% o incluso menos de aproximadamente 10% de todas las fibras en el armazón de material compuesto 110.
Estas relaciones pueden seleccionarse basándose en las cargas esperadas en diferentes direcciones. Como se describió anteriormente con referencia a las figuras 2A-2C, el componente de carga más grande puede estar a lo largo del eje Y. Como tal, la densidad de fibra promedio de las primeras fibras 119a que se extienden en la misma dirección puede ser la mayor.
En general, existen múltiples formas de variar la resistencia de una estructura de material compuesto frente a cargas aplicadas en diferentes direcciones. La densidad de fibra descrita anteriormente es de una forma. Otra forma incluye utilizar fibras de mayor coeficiente. Con este enfoque, la densidad de fibra puede ser la misma en diferentes direcciones. Además, la distribución de diferentes fibras a lo largo del volumen o, más específicamente, el espesor puede variar, por ejemplo, al variar el orden de las capas utilizadas para formar una estructura de material compuesto.
La diferencia de resistencia también puede lograrse mediante diferentes tipos de fibras utilizadas en diferentes direcciones. Por ejemplo, el diámetro promedio de las primeras fibras 119a puede ser mayor que el diámetro promedio de las segundas fibras 119b. Además, las primeras fibras 119a pueden estar hechas de un material diferente al material de las segundas fibras 119b. Por ejemplo, el material de las primeras fibras 119a puede tener una mayor resistencia a la tracción que el material de las segundas fibras 119b.
En algunas realizaciones, las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b están distribuidas de manera desigual en todo el espesor 111b del armazón de material compuesto 110. El espesor 111b del armazón de material compuesto 110 es un espesor de hoja en la dirección Z como se muestra, por ejemplo, en la figura 1C, en lugar de la altura total del armazón de material compuesto 110 en la misma dirección. La distribución desigual de las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b puede controlarse durante la fabricación. Por ejemplo, el armazón de material compuesto 110 puede formarse a partir de un laminado de diferentes capas, de manera que una o más de estas capas comprenden primeras fibras 119a y una o más capas comprendan segundas fibras 119b, como se describirá ahora con referencia a la figura 4A.
La figura 4A ilustra un ejemplo de conformado de armazón 400 que puede utilizarse para formar un armazón de material compuesto 110, en algunas realizaciones. El conformado de armazón 400 incluye cinco capas 401-405 en estos ejemplos. Sin embargo, alguien que cuenta con experiencia ordinaria en la técnica entenderá que puede utilizarse cualquier cantidad de capas. La figura 4A ilustra un ejemplo, en el que cada una de las capas 401-405 incluye fibras. Sin embargo, algunas capas pueden no tener fibras en otros ejemplos.
Con referencia al ejemplo mostrado en la figura 4A, la primera capa 401 incluye las primeras fibras 119a que se extienden a lo largo del eje Y. La segunda capa 402 incluye terceras fibras 119b que se extienden en un ángulo de 45° con respecto al eje Y y al eje X. La tercera capa 403 incluye segundas fibras 119b que se extienden a lo largo del eje X. La cuarta capa 404 incluye cuartas fibras 119d que se extienden en un ángulo de 45° con respecto al eje Y y al eje X y a 90° con respecto a las terceras fibras 119b. Finalmente, la quinta capa 405 incluye las primeras fibras 119a que se extienden a lo largo del eje Y. Cabe señalar que pueden proporcionarse fibras con diferentes orientaciones como parte de la misma capa. Por ejemplo, las terceras fibras 119c y las cuartas fibras 119d pueden ser partes de la misma capa o, más específicamente, de un género tejido utilizado como capa en un conformado de armazón. La orientación de todas las fibras en el armazón de material compuesto formado 110 se muestra en la figura 3B.
Cuando el armazón de material compuesto 110 se forma a partir del conformado de armazón 400, las primeras fibras 119a pueden colocarse cerca de las superficies del armazón de material compuesto 110, mientras que las segundas fibras 119b pueden colocarse más cerca del centro del armazón de material compuesto 110.
En algunas realizaciones, la mayoría de las primeras fibras 119a son sustancialmente rectas como se muestra, por ejemplo, esquemáticamente en la figura 1C. Específicamente, las primeras fibras 119a pueden ser rectas a pesar de que el armazón de material compuesto 110 tiene una forma no plana 170. Las primeras fibras 119a se extienden en la dirección que no tiene flexiones. Esa característica asegura el mayor soporte de carga de las primeras fibras 119a.
Además, la mayoría de las primeras fibras 119a pueden extenderse sustancialmente en toda la longitud 111a del armazón de material compuesto 110 como se muestra, por ejemplo, esquemáticamente en la figura 1C y la figura 3B. Como tal, esta porción de las primeras fibras 119a puede denominarse fibras continuas. Cabe señalar que las fibras continuas generalmente brindan un mejor soporte de carga que los ejemplos discontinuos, tales como fibras recortadas, partículas de relleno.
Algunas de las primeras fibras 119a pueden estar interrumpidas por varias aberturas en el armazón de material compuesto 110 como se muestra, por ejemplo, esquemáticamente en la figura 1C y la figura 3B. Por ejemplo, las primeras fibras 119a colocadas junto al eje principal 101 pueden estar interrumpidas por las aberturas 102, que se utilizan para unir los asientos. Las primeras fibras 119a colocadas junto al primer extremo de pestaña 115a y el segundo extremo de pestaña 115b pueden estar interrumpidas por las aberturas inferiores 107, que pueden utilizarse, por ejemplo, para unir el armazón de material compuesto 110 a las vigas de piso 162. La discontinuidad en las fibras puede mitigarse con componentes de refuerzo. Por ejemplo, la figura 5B ilustra el componente de refuerzo 120 colocado alrededor de la abertura 102. La figura
5B también ilustra los componentes de refuerzo 125a y 125b colocados alrededor de las aberturas inferiores 107a y 107b, respectivamente.
Las segundas fibras 119b pueden estar curvadas dentro de planos 103 perpendiculares al eje principal 101. La porción 119b' de las segundas fibras 119b puede extenderse continuamente entre el primer extremo de pestaña 115a y el segundo extremo de pestaña 115b del armazón de material compuesto 110 como se muestra, por ejemplo, en la figura 3B. Esta porción 119b' no puede ser interrumpida por ninguna abertura en el armazón de material compuesto 110. Otra porción 119b" puede estar interrumpida por las aberturas 102, las aberturas inferiores 107 o ambas, como se muestra, por ejemplo, en la figura 3B.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto 110 además comprende terceras fibras 119c dispuestas en un ángulo de entre aproximadamente 30° a 60° con respecto a las primeras fibras 119a y con respecto a las segundas fibras 119b como se muestra, por ejemplo, en la figura 3B. La densidad de fibra promedio de las terceras fibras 119c dentro del armazón de material compuesto 110 es menor que la densidad de fibra promedio de las primeras fibras 119a. Por ejemplo, la relación entre la densidad de fibra promedio de las primeras fibras 119a y la densidad de fibra promedio de las terceras fibras 119c puede estar entre aproximadamente 2 y 20 o, de manera más específica, entre aproximadamente 3 y 10. Además, la densidad de fibra promedio de las terceras fibras 119c dentro del armazón de material compuesto 110 puede ser mayor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras 119b dentro del armazón de material compuesto 110. Por ejemplo, la densidad de fibra promedio de las terceras fibras 119c a la densidad de fibra promedio de las segundas fibras 119b puede estar entre aproximadamente 2 y 20 o, de manera más específica, entre aproximadamente 3 y 10.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto 110 además comprende cuartas fibras 119d dispuestas en un ángulo de entre aproximadamente 30° a 60° con respecto a las primeras fibras 119a y con respecto a las segundas fibras 119b y, en algunos casos, perpendiculares a las terceras fibras 119c. Por ejemplo, las cuartas fibras 119d y las terceras fibras 119c pueden ser partes de la misma capa utilizada para formar el armazón de material compuesto 110 o, más específicamente, pueden ser partes del mismo género tejido. La densidad de fibra promedio de las cuartas fibras 119d dentro del armazón de material compuesto 110 puede ser menor que la densidad de fibra promedio de las primeras fibras 119a. Por ejemplo, la relación entre la densidad de fibra promedio de las primeras fibras 119a y la densidad de fibra promedio de las cuartas fibras 119d puede estar entre aproximadamente 2 y 20 o, de manera más específica, entre aproximadamente 3 y 10. Además, la densidad de fibra promedio de las cuartas fibras 119d dentro del armazón de material compuesto 110 puede ser mayor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras 119b. Por ejemplo, la densidad de fibra promedio de las cuartas fibras 119d a la densidad de fibra promedio de las segundas fibras 119b puede estar entre aproximadamente 2 y 20 o, de manera más específica, entre aproximadamente 3 y 10. Finalmente, la densidad de fibra promedio de las cuartas fibras 119c puede ser sustancialmente la misma que la densidad de fibra promedio de las terceras fibras 119c. Por ejemplo, la densidad de fibra promedio de las cuartas fibras 119d a la densidad de fibra promedio de las terceras fibras 119c puede estar entre aproximadamente 0.1 y 10 o, de manera más específica, entre aproximadamente 0.5 y 2. Como se describió anteriormente, la densidad de fibra promedio para cada tipo de fibra puede seleccionarse basándose en las cargas esperadas en esta dirección. Las terceras fibras 119c y las cuartas fibras 119d también pueden utilizarse para establecer un enlace cruzado dentro del armazón de material compuesto y evitar la delaminación y otros efectos negativos.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto 110 comprende una pestaña de soporte inferior 114, una porción superior 116 y una porción de pata 118 que se extiende entre la pestaña de soporte inferior 114 y la porción superior 116 como se muestra, por ejemplo, en la figura 3A. La pestaña de soporte inferior 114 puede ser sustancialmente paralela a la porción superior 116. El ángulo 117 entre la porción superior 116 y la porción de pata 118 se encuentra entre 100° y 120°, tal como aproximadamente 110°. Este ángulo determina la orientación de diferentes cargas con respecto a las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b a medida que el armazón de material compuesto 110 transfiere estas cargas desde el asiento 164 hasta la viga de soporte de aeronave 162. La orientación de fibras, la cantidad de capas con la orientación deseada y el ángulo del alma de riel de traba de asiento crea las rutas de carga a través del armazón de material compuesto 110 y proporciona un medio para hacer reaccionar las cargas dentro del armazón de material compuesto 110. En algunas realizaciones, la pestaña de soporte inferior 114, la porción superior 116 y la porción de pata 118 son monolíticas, de modo que una porción de las segundas fibras 119b se extiende continuamente entre la pestaña de soporte inferior 114, la porción superior 116 y la porción de pata 118 como se muestra, por ejemplo, esquemáticamente en las figuras 3A y 3B. Al mismo tiempo, una porción de las primeras fibras 119a que se extienden dentro de la pestaña de soporte inferior 114 no puede extenderse dentro de la porción superior 116 o la porción de pata 118. Asimismo, una porción de las primeras fibras 119a que se extienden dentro de la porción superior 116 puede no extenderse dentro de la pestaña de soporte inferior 114 o la porción de pata 118.
En algunas realizaciones, el riel de traba de asiento 100 comprende aberturas 102 que se extienden a través del armazón de material compuesto 110 y el componente de refuerzo 120. Específicamente, el armazón de material compuesto 110 tiene aberturas de armazón 112, mientras que el componente de refuerzo 120 tiene aberturas de componente de refuerzo 122, que pueden alinearse con las aberturas de armazón 112 y formar colectivamente las aberturas 102 del riel de traba de asiento 100 como se muestra, por ejemplo, en la figura 5A. Las aberturas 102 pueden interrumpir una porción de las primeras fibras 119a y una porción de las segundas fibras 119b del armazón de material compuesto 110 como se muestra esquemáticamente en la figura 3B. Las aberturas 102 pueden disponerse en una fila a lo largo del eje principal 101 del
riel de traba de asiento 100.
En algunas realizaciones, el riel de traba de asiento 100 comprende soportes de piso de material compuesto 130 unidos al armazón de material compuesto 110. Cuando se utiliza el componente de refuerzo 120, los soportes de piso de material compuesto 130 pueden colocarse en lados opuestos del componente de refuerzo 120 como se muestra, por ejemplo, en la figura 1C. Los soportes de piso de material compuesto 130 pueden comprender primeras fibras 139a que se extienden en paralelo al eje principal 101 como se muestra, por ejemplo, esquemáticamente en las figuras 3C y 3D. Cabe señalar que, aunque las figuras 1C, 3C y 5A-5D muestran soportes de piso de material compuesto 130 como una estructura monolítica, los soportes de piso de material compuesto 130 tienen múltiples componentes, por ejemplo, fibras 139a y 139b y otros componentes. Además, los soportes de piso de material compuesto 130 pueden formarse mediante laminación de un conformado como se muestra esquemáticamente en las figuras 1E y 4B y se describe a continuación con referencia a estas dos figuras.
Los soportes de piso de material compuesto 130 también pueden comprender segundas fibras 139b que se extienden dentro de los planos 103 sustancialmente perpendiculares al eje principal 101. Las primeras fibras 139a y las segundas fibras 139b de los soportes de piso de material compuesto 130 no deben confundirse con las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b del armazón de material compuesto 110. Los soportes de piso de material compuesto 130 y el armazón de material compuesto 110 tienen diferentes funciones y experimentan diferentes cargas. Como resultado, los soportes de piso de material compuesto 130 y el armazón de material compuesto 110 pueden tener una orientación de fibra diferente o, más generalmente, características de fibra. La figura 1E es una vista en sección transversal esquemática de la porción de soporte de piso de material compuesto 182 que muestra diferentes capas 422-428 y fibras 139a-139b dentro de estas capas, de acuerdo con algunas realizaciones. La porción de soporte del piso 182 se identifica esquemáticamente en la figura 1D utilizando un círculo de línea discontinua. Alguien que cuenta con experiencia ordinaria en la técnica comprenderá que la cantidad de capas y la orientación de estas capas y, como resultado, la orientación de las fibras en estas capas puede ser diferente y puede depender de las cargas esperadas que se aplicarán en los soportes de piso de material compuesto 130. Además, cabe señalar que la orientación de las fibras en los soportes de piso de material compuesto 130 puede ser diferente de la del armazón de material compuesto 110.
En algunas realizaciones, la resistencia a la tracción de los soportes de piso de material compuesto 130 en la dirección paralela al eje principal 101 es menor que la resistencia a la tracción de los soportes de piso de material compuesto 130 en la dirección dentro de planos 103 sustancialmente perpendiculares al eje principal 101. La densidad de fibra promedio de las primeras fibras 139a de los soportes de piso de material compuesto 130 puede ser menor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras 139b de los soportes de piso de material compuesto 130. Por ejemplo, la relación entre la densidad de fibra promedio de las segundas fibras 139b y la densidad de fibra promedio de las primeras fibras 139a puede estar entre aproximadamente 2 y 20 o, de manera más específica, entre aproximadamente 3 y 10. En la figura 3D y la figura 4B se presentan ejemplos de orientaciones de fibra en soportes de piso de material compuesto 130. Específicamente, la figura 4B es un ejemplo del conformado 420 que puede utilizarse para fabricar soportes de piso de material compuesto 130. Se muestra que el conformado 420 incluye la primera capa 422 que contiene fibras 139b, la segunda capa 424 que contiene fibras 139c, la tercera capa 426 que contiene fibras 139a y la cuarta capa 428 que también contiene fibras 139b. El eje principal 101 se muestra como referencia para reflejar las orientaciones de las fibras 139a-139b en el conformado 420 con respecto entre sí y con otros componentes del riel de traba de asiento 100. Por ejemplo, las fibras 139a pueden tener una orientación de 0°, mientras que las fibras 139b pueden tener una orientación de 90°. Las fibras 139c pueden ser parte de una malla con una orientación de /- 45°. Estas orientaciones también se describen anteriormente con referencia a la figura 3D.
En algunas realizaciones, las superficies superiores de los soportes de piso de material compuesto 130 son coplanares con la superficie superior del componente de refuerzo 120 como se muestra, por ejemplo, en las figuras 5A y 5B. El componente de refuerzo 120 también puede superponerse con las placas de piso y brindar soporte. En algunas realizaciones, el componente de refuerzo 120 reemplaza los soportes de piso de material compuesto 130 separados como se muestra, por ejemplo, en la figura 5C. En estas realizaciones, porciones del componente de refuerzo 120 pueden funcionar como soportes de piso de material compuesto 130a y 130b.
En algunas realizaciones, los soportes de piso de material compuesto 130 se unen al armazón de material compuesto 110 utilizando adhesivo 104. Pueden utilizarse otros métodos de unión además o en lugar del adhesivo. Por ejemplo, los soportes de piso de material compuesto 130 pueden unirse además al armazón de material compuesto 110 utilizando costuras 105 como se muestra, por ejemplo, esquemáticamente en la figura 5A.
En algunas realizaciones, el componente de refuerzo 120 se une al armazón de material compuesto 110 utilizando adhesivo 104. El componente de refuerzo 120 puede ser un componente sin material compuesto. Por ejemplo, el componente de refuerzo 120 puede comprender metal, tal como aluminio o titanio.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto 110 no está soportado directamente por las vigas de piso. En cambio, el riel de traba de asiento 100 puede tener patas de material compuesto 140a y 140b unidas al armazón de material compuesto 110 como se muestra, por ejemplo, en la figura 5D. En estas realizaciones, las patas de material compuesto 140a y 140b, pero no el armazón de material compuesto 110, se unen al armazón de material compuesto 110. Además, los soportes de piso de material compuesto 130b pueden unirse a las patas de material compuesto 140b. El
armazón de material compuesto 110 puede operar como un puente entre pares de soportes de piso de material compuesto 130b y patas de material compuesto 140b.
Ejemplos para formar rieles de traba de asiento
La figura 6A es un diagrama de flujo de proceso que corresponde al método 600 para formar el riel de traba de asiento 100, de acuerdo con algunas realizaciones. El método 600 puede implicar formar un armazón de material compuesto 110 durante la operación 610. Varios ejemplos del armazón de material compuesto 110 se describen anteriormente con referencia a las figuras 1C, 3A, 3B, 4a y 5A-5D. Cabe señalar que mientras las figuras 1C, 3A, 3B, 4A y 5A-5D muestran el armazón de material compuesto 110 como una estructura monolítica, el armazón de material compuesto 110 es un laminado de múltiples capas, con las fibras 119a y 119b y la matriz de resina 113. Además, el armazón de material compuesto 110 puede estar formado de un conformado laminado como se muestra esquemáticamente en las figuras 1D y 4A y se describe con referencia a estas dos figuras.
En algunas realizaciones, el armazón de material compuesto 110 tiene una forma no plana 170 como se muestra, por ejemplo, en la figura 3A. Como tal, la altura 111c del armazón de material compuesto 110 en la dirección Z es mayor que el espesor de hoja 111b en la misma dirección. Como se describió anteriormente, el armazón de material compuesto 110 comprende primeras fibras 119a y segundas fibras 119b en la matriz de resina 113. Las primeras fibras 119a se extienden en paralelo al eje principal 101 del riel de traba de asiento 100. Las segundas fibras 119b se extienden dentro de los planos 103 perpendiculares al eje principal 101 del riel de traba de asiento 100. La resistencia a la tracción del armazón de material compuesto 110 en la dirección del eje principal 101 es mayor que la resistencia a la tracción del armazón de material compuesto 110 en cualquier dirección dentro de los planos 103 perpendiculares al eje principal 101.
La formación del armazón de material compuesto 110 durante la operación 610 puede comprender la formación del conformado de armazón 400 durante la operación opcional 612. El conformado de armazón 400 puede utilizar múltiples capas 401-405 como, por ejemplo, las mostradas esquemáticamente en la figura 4A y las descritas anteriormente con referencia a esta figura. Una de las múltiples capas 401-405 puede comprender primeras fibras 119a, mientras que la otra de estas capas 401-405 puede comprender segundas fibras 119b. La orientación de las fibras en las capas 401-405 y la disposición de las capas 401-405 en el conformado pueden utilizarse para controlar la distribución de las fibras en el armazón de material compuesto 110 resultante. El conformado de armazón 400 entonces puede curarse durante la operación opcional 614. La figura 7 ilustra el molde 700, el cual puede utilizarse para curar el conformado de armazón para formar el armazón de material compuesto 110. Esta operación también puede implicar curar soportes de piso de material compuesto 130 y adherir el componente de refuerzo 120 al armazón de material compuesto.
El método 600 también comprende unir el componente de refuerzo 120 al armazón de material compuesto 110 durante la operación 620. Esta operación puede comprender aplicar adhesivo 104 entre el componente de refuerzo 120 y el armazón de material compuesto 110 durante la operación opcional 622. Además, la operación 620 también puede implicar el curado del adhesivo 104 entre el componente de refuerzo 120 y el armazón de material compuesto 110 durante la operación opcional 624. En algunas realizaciones, el adhesivo 104 puede curarse al mismo tiempo que se cura el armazón de material compuesto 110 durante la operación 614. Este proceso puede denominarse co-curado. En otras palabras, la operación 624 puede ser parte de la operación 614 descrita anteriormente.
El método 600 puede comprender formar aberturas de armazón 112 a través del armazón de material compuesto 110 durante la operación 630. La pluralidad de aberturas de armazón 112 en el armazón de material compuesto 110 puede formarse después de unir el componente de refuerzo 120 al armazón de material compuesto 110 durante la operación opcional 620. Por ejemplo, las aberturas de componente de refuerzo 122 pueden utilizarse como yunques mientras se forma la pluralidad de aberturas de armazón 112. Alternativamente, las aberturas de componente de refuerzo 122 y las aberturas de armazón 112 pueden formarse en una misma operación. Por ejemplo, las aberturas de armazón 112 pueden formarse antes de unir el componente de refuerzo 120 al armazón de material compuesto 110 como se muestra en la figura 6A por el orden de operaciones 630 y 640.
La figura 6B es un diagrama de flujo de proceso que corresponde a otro método 650 para formar el riel de traba de asiento 100, de acuerdo con algunas realizaciones. El método 650 puede comprender alinear una o más capas que comprenden las primeras fibras 119a durante la operación 651. Después de esta operación, las primeras fibras 119a pueden tener una orientación de 0° con respecto al eje principal 101 del riel de traba de asiento 100. Específicamente, una o más capas pueden alinearse para asegurar esta orientación de 0° de las primeras fibras 119a en el armazón de material compuesto 110. Esta orientación puede conservarse durante las operaciones posteriores del método 650 y en consecuencia durante la operación del riel de traba de asiento 100. Como se describió anteriormente con referencia a la figura 4A, las primeras fibras 119a pueden proporcionarse en múltiples capas, tales como la primera capa 401 y la quinta capa 405. Estas capas pueden estar alineadas entre sí y, por ejemplo, con respecto a otras capas.
En algunas realizaciones, la operación 651 también puede comprender la alineación de una o más capas que comprenden las segundas fibras 119b. Como se describió anteriormente, las segundas fibras 119b pueden tener una orientación de 90° con respecto al eje principal 101 del riel de traba de asiento 100. Una o más capas que comprenden las segundas fibras 119b pueden ser diferentes de una o más capas que comprenden las primeras fibras 119a como se muestra, por ejemplo, en las figuras 1D y 4A que muestran diferentes ejemplos de disposiciones de capas. En estos casos, la
orientación de las primeras fibras 119a puede realizarse independientemente de la orientación de las segundas fibras 119b. Alternativamente, las primeras fibras 119a y las segundas fibras 119b pueden realizarse al mismo tiempo.
En algunas realizaciones, el método 650 puede comprender dimensionar el radio de esquina 302 del armazón de material compuesto 110 durante la operación 652. El radio de esquina 302 puede dimensionarse, por ejemplo, para disminuir las áreas de concentración de tensión en el armazón de material compuesto 110. El radio de esquina 302 del armazón de material compuesto 110 puede ser al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas), tal como aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). Aunque son deseables radios más grandes para estructuras de material compuesto para evitar pandeo, delaminación, discontinuidad de fibras y otros efectos negativos, el radio de esquina 302 del armazón de material compuesto 110 puede mantenerse en aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas) o menos para garantizar una compactibilidad y, como resultado, un peso ligero del armazón de material compuesto 110.
En algunas realizaciones, el método 650 además comprende hacer transición de la porción superior plana 116 del armazón de material compuesto 110 hasta la porción de pata 118 del armazón de material compuesto 110 durante la operación 654. Esta transición puede corresponder al primer radio 302 como se muestra, por ejemplo, en la figura 3A. En algunas realizaciones, la operación 654 también puede comprender hacer transición de la porción de pata 118 del armazón de material compuesto 110 hasta la porción de soporte inferior 114 del armazón de material compuesto 110 con un segundo radio 304 como se muestra, por ejemplo, en la figura 3A. El primer radio 302 puede ser de al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas), tal como aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). El segundo radio 303 puede ser de al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas), tal como aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). Como se indicó anteriormente, aunque son deseables radios más grandes para las estructuras de material compuesto para evitar pandeo, delaminación, discontinuidad de fibras y otros efectos negativos, el primer radio 302 y/o el segundo radio del armazón de material compuesto 110 pueden mantenerse en aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas) o menos para garantizar una compactibilidad y, como resultado, el peso ligero del armazón de material compuesto 110.
En algunas realizaciones, el método 650 además puede comprender inclinar la porción de pata 118 del armazón de material compuesto 110 con respecto a la porción plana superior 116 del armazón de material compuesto 110 durante la operación 656. Esta operación puede realizarse para colocar más fibras de las segundas fibras 119b a lo largo de la carga o, más específicamente, a lo largo de la dirección de carga esperada, especialmente, la carga máxima esperada. Por ejemplo, el riel de traba de asiento 100 puede diseñarse para soportar la mayor parte de la carga en la dirección axial, seguida de la carga en la dirección vertical y cierta carga lateral como se describe, por ejemplo, anteriormente con referencia a las figuras 2A-2D. Puede utilizarse una combinación de la carga vertical y la carga lateral para determinar el ángulo 117 entre la porción de pata 118 y la porción plana superior 116 como se muestra, por ejemplo, en la figura 3A. El ángulo 117 puede estar entre aproximadamente 100° y 120°, tal como aproximadamente 110°.
En algunas realizaciones, el método 650 además comprende ubicar el componente de refuerzo 120 sobre el armazón de material compuesto 110 durante la operación 657. Además, esta operación puede implicar ubicar el componente de refuerzo 120 entre dos soportes de piso de material compuesto 130. Los soportes de piso 130 pueden utilizarse para llevar la carga del piso, la cual puede ser diferente de la carga sobre el asiento 164. Varios ejemplos de orientaciones del componente de refuerzo 120 y el armazón de material compuesto 110 se describen anteriormente con referencia a las figuras 5A-5D.
En algunas realizaciones, el método 650 además comprende poner en voladizo el soporte de piso de material compuesto 130 desde el armazón de material compuesto 110 durante la operación 658. El soporte de piso 130 puede unirse al armazón de material compuesto 110 mediante una o más técnicas descritas en esta divulgación. Además, una porción del armazón de material compuesto 110 puede operar como soporte de piso 130. En otras palabras, el armazón de material compuesto 110 y el soporte de piso 130 pueden ser una estructura monolítica sin una interconexión definida. Por ejemplo, el armazón de material compuesto 110 y el soporte de piso 130 pueden formarse a partir del mismo conformado de capas de material compuesto. Además, como se muestra en la figura 5C, el soporte de piso de material compuesto 130 puede estar formado por el componente de refuerzo 120.
En algunas realizaciones, el método 650 además comprende unir el soporte de piso de material compuesto 130 al armazón de material compuesto 110 durante la operación 659a. Esta operación de unión 659a puede comprender aplicar un adhesivo entre el soporte de piso de material compuesto 130 y el armazón de material compuesto 100, así como el curado del adhesivo. En algunas realizaciones, el método 650 además comprende unir con costuras el soporte de piso de material compuesto 130 al armazón de material compuesto 110 durante la operación 659b. Esta operación de costura 659b puede realizarse además o en lugar de la operación de unión 659a.
Ejemplos de métodos para soportar un asiento utilizando rieles de traba de asiento
La figura 6C es un diagrama de flujo de proceso que corresponde al método 660 para soportar un asiento utilizando el riel de traba de asiento 100, de acuerdo con algunas realizaciones. El método 600 comprende la distribución de una carga desde el asiento 164 hasta el componente de refuerzo 120 y el armazón de material compuesto 110 del riel de traba de asiento 100. El componente de refuerzo 120 y el armazón de material compuesto 110 se acoplan durante esta operación de distribución de carga 662. La carga puede generarse durante varias operaciones del asiento 164, que pueden implicar operación estándar, por ejemplo, soportar el peso de los pasajeros y operaciones no estándar, por ejemplo, aterrizaje de
emergencia como se describe anteriormente con referencia a las figuras 2A-2D. La carga puede ser diferente durante diferentes operaciones. Además, anteriormente se describen varios ejemplos de riel de traba de asiento 100. Por ejemplo, el componente de refuerzo 120 puede comprender un metal. El armazón de material compuesto 110 comprende primeras fibras 119a y segundas fibras 119b que tienen una dirección diferente a las primeras fibras 119a.
En algunas realizaciones, distribuir la carga durante la operación 662 implica transportar la carga desde el componente de refuerzo 120 a través de la porción superior plana 116 del armazón de material compuesto 110, la porción de pata 118 del armazón de material compuesto 110 y la porción de soporte inferior 114 del armazón de material compuesto 110 durante la suboperación 664 como se muestra, por ejemplo, en la figura 3A. La carga se transporta a la viga de soporte de aeronave 162 conectada a la porción inferior de soporte 114 como se muestra, por ejemplo, en la figura 1B. Esta operación puede ser parte de la distribución de la carga desde el asiento 164 hasta el componente de refuerzo 120 y el armazón de material compuesto 110 del riel de traba de asiento 100.
En algunas realizaciones, el método 660 además comprende hacer fluir la carga desde el asiento 164 hasta la viga de soporte de aeronave 162 a través del armazón de material compuesto 110 durante la operación 666.
Ejemplos de métodos para instalar rieles de traba de asiento
La figura 6D es un diagrama de flujo de proceso que corresponde al método 670 para instalar el riel de traba de asiento 100 en la viga de soporte de aeronave 162, de acuerdo con algunas realizaciones. El método 670 comprende sujetar el asiento 164 al componente de refuerzo 120 y al armazón de material compuesto 110 durante la operación 671. El componente de refuerzo 120 comprende un metal. El armazón de material compuesto 110 comprende primeras fibras 119a y segundas fibras 119b que tienen una dirección diferente a las primeras fibras 119a. La operación 671 puede comprender la reacción de una fuerza de compresión de sujetador con el componente de refuerzo 120 como se muestra, por ejemplo, por el bloque 672 en la figura 6D.
El método 670 también puede comprender sujetar el armazón de material compuesto 110 a la viga de soporte de aeronave 162 durante la operación 674. El componente de refuerzo 120 se acopla al armazón de material compuesto 110 como se describe anteriormente. En la figura 1B se muestra un ejemplo de armazón de material compuesto 110 fijado a la viga de soporte de aeronave 162 y como se describe anteriormente.
El componente de refuerzo 120 puede acoplarse a la porción superior plana 116 del armazón de material compuesto 110, mientras que la viga de soporte de aeronave 162 puede sujetarse a la porción de soporte inferior 114 del armazón de material compuesto 110. La porción superior plana 116 y la porción de soporte inferior 114 pueden estar conectadas por la porción de pata 118 del armazón de material compuesto 110. El primer radio 302 de la transición entre la porción superior plana 116 y la porción de pata 118 puede ser de al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas) o, de manera más específica, aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas) como se describe anteriormente. El segundo radio 304 de la transición entre la porción de pata 118 y la porción de soporte inferior 114 puede ser de al menos aproximadamente 6,35 mm (0,25 pulgadas) o, de manera más específica, aproximadamente 12,7 mm (0,5 pulgadas). La porción de pata 118 puede estar inclinada con respecto a la porción plana superior 116 de modo que más fibras de las primeras fibras 119a del armazón de material compuesto 110 se extienden a lo largo de la carga transferida desde el asiento 164 hasta la viga de soporte de aeronave 162 que en cualquier otra dirección. El ángulo 117 entre la porción de pata 118 y la porción plana superior 116 puede estar entre aproximadamente 100° y 120° o, de manera más específica, aproximadamente 110°.
Ejemplos de aeronaves y métodos de fabricación y operación de aeronaves
Las realizaciones ilustradas proporcionan aspectos novedosos de rieles de traba de asiento compuestos y métodos de fabricación de dichos rieles de traba de asiento. Las realizaciones encuentran usos aplicables en una amplia variedad de aplicaciones potenciales, incluyendo, por ejemplo, en la industria aeroespacial. El método descrito es idealmente adecuado para rieles de traba de asiento utilizados en aviones de pasajeros donde los rieles de traba de asiento experimentan cargas significativas.
Ejemplos de la presente divulgación pueden describirse en el contexto de un método de fabricación y servicio de aeronaves 1100, como se muestra en la figura 8, y una aeronave 1102, como se muestra en la figura 9. Durante la preproducción, el método 1100 puede incluir la especificación y diseño del avión 1102 como se refleja por el bloque 1104. Además, el método 1100 puede incluir la adquisición de materiales como se refleja por el bloque 1106. Durante la producción, puede tener lugar la fabricación de componentes y subensambles del avión 1102, como se refleja por el bloque 1108, así como la integración de sistema del avión 1102, como se refleja por el bloque 1110. Los rieles de traba de asiento de material compuesto pueden formarse y utilizarse durante cualquiera de estos pasos, por ejemplo, especificación y diseño (bloque 1104) del avión 1102, adquisición de materiales (bloque 1106), fabricación de componentes y subensambles (bloque 1108) e integración de sistema (bloque 1104). 1110) del avión 1102. Posteriormente, el avión 1102 puede pasar por certificación y entrega (bloque 1112) para ser puesto en servicio (bloque 1114). Mientras está en servicio, el avión 1102 puede programarse para mantenimiento y servicio rutinarios (bloque 1116). El mantenimiento y servicio de rutina pueden incluir la modificación, reconfiguración, renovación, etc. de uno o más sistemas del avión 1102.
Cada uno de los procesos del método 1100 puede ser realizado o llevado a cabo por un integrador de sistemas, un tercero y/o un operador, por ejemplo, un cliente. Para fines 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 limitación, cualquier número de vendedores, subcontratistas y proveedores; y un operador puede ser una compañía aérea, empresa de arrendamiento, entidad militar, organización de servicios, etc.
Como se muestra en la figura 10, la aeronave 1102 producida por el método 1100 puede incluir un fuselaje 1118 con una pluralidad de sistemas de alto nivel 1120 y un interior 1122. Ejemplos de sistemas de alto nivel 1120 incluyen uno o más de un sistema de propulsión 1124, un sistema eléctrico 1126, un sistema hidráulico 1128 y un sistema ambiental 1130. Puede incluirse cualquier cantidad de otros sistemas. Aunque se muestra un ejemplo aeroespacial, pueden aplicarse los principios divulgados en la presente a otras industrias, tales como la industria automotriz. Por consiguiente, además del avión 1102, los principios divulgados en la presente pueden aplicarse a otros vehículos, por ejemplo, vehículos terrestres, vehículos marinos, vehículos espaciales, etc.
Los aparatos y métodos mostrados o descritos en la presente pueden emplearse durante cualquiera o más de las etapas del método 1100. Por ejemplo, los componentes o subensambles que corresponden a la fabricación de componentes y subensambles (bloque 1108) pueden fabricarse o elaborarse de manera similar a los componentes o subensambles producidos mientras el avión 1102 está en servicio (bloque 1114). Además, pueden utilizarse uno o más ejemplos de los aparatos, métodos o combinaciones de los mismos durante las etapas de producción (bloque 1108 y bloque 1110), por ejemplo, al acelerar sustancialmente el ensamblaje o al reducir el costo del avión 1102. De manera similar, pueden utilizarse uno o más ejemplos de realizaciones de aparatos o métodos, o una combinación de los mismos, por ejemplo y sin limitación, mientras el avión 1102 está en servicio (bloque 1114) y/o durante el mantenimiento y servicio (bloque 1116).
Claims (23)
1. Un riel de traba de asiento (100) que comprende:
un armazón de material compuesto (110) que comprende primeras fibras (119a) y segundas fibras (119b) en una matriz de resina (113),
las primeras fibras (119a) se extienden en paralelo a un eje principal (101) del riel de traba de asiento (100), las segundas fibras se extienden (119b) dentro de planos perpendiculares al eje principal (101) del riel de traba de asiento (100), una resistencia a la tracción del armazón de material compuesto (110) en una dirección del eje principal (101) es mayor que una resistencia a la tracción del armazón de material compuesto (110) en cualquier dirección dentro de los planos perpendiculares al eje principal (101); y
un componente de refuerzo (120) unido al armazón de material compuesto (110).
2. El riel de traba de asiento (100) de la reivindicación 1, en donde la densidad de fibra promedio de las primeras fibras (119a) dentro del armazón de material compuesto (110) es mayor que la densidad de fibra promedio de las segundas fibras (119b) dentro del armazón de material compuesto (110) y, opcionalmente, en donde una relación entre la densidad de fibra promedio de las primeras fibras (119a) y la densidad de fibra promedio de las segundas fibras (119b) está entre aproximadamente 2 y 20.
3. El riel de traba de asiento (100) de la reivindicación 1 o 2, en donde un diámetro promedio de las primeras fibras (119a) es mayor que un diámetro promedio de las segundas fibras (119b).
4. El riel de traba de asiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en donde las primeras fibras (119a) están formadas a partir de un material diferente al de las segundas fibras (119b).
5. El riel de traba de asiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en donde las primeras fibras (119a) y las segundas fibras (119b) están distribuidas de manera desigual por todo el espesor (111b) del armazón de material compuesto (110).
6. El riel de traba de asiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en donde la mayoría de las primeras fibras (119a) son sustancialmente rectas.
7. El riel de traba de asiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en donde las segundas fibras (119b) están curvadas dentro de los planos perpendiculares al eje principal (101).
8. El riel de traba de asiento (100) de cualquier reivindicación precedente, en donde el armazón de material compuesto (110) además comprende terceras fibras (119c) dispuestas en un ángulo de entre aproximadamente 30° y 60° con respecto a las primeras fibras (119a) y con respecto a las segundas fibras (119b).
9. El riel de traba de asiento (100) de la reivindicación 8, en donde el armazón de material compuesto (110) además comprende cuartas fibras (119d) dispuestas en un ángulo de entre aproximadamente 30° y 60° con respecto a las primeras fibras (119a) y con respecto a las segundas fibras (119b) y perpendiculares a las terceras fibras (119c).
10. El riel de traba de asiento (100) de la reivindicación 9, en donde las primeras fibras (119a) en su totalidad están dispuestas entre las terceras fibras (119c) y las cuartas fibras (119d) y, opcionalmente, las primeras fibras (119a), la tercera fibras (119c) y las cuartas fibras (119d) en su totalidad están dispuestas entre dos conjuntos de las segundas fibras (119b) que tienen la misma cantidad de fibras en cada uno de los dos conjuntos.
11. El riel de traba de asiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el armazón de material compuesto (110) comprende una pestaña de soporte inferior (114), una porción superior (116) y una porción de pata (118) que se extiende entre la pestaña de soporte inferior (114) y la porción superior (116), donde la pestaña de soporte inferior (114) es sustancialmente paralela a la porción superior (116) conectada al componente de refuerzo (120) y, opcionalmente, donde la pestaña de soporte inferior (114), la porción superior (116) y la porción de pata (118) son monolíticas, de modo que una porción de las segundas fibras (119b) se extiende continuamente entre la pestaña de soporte inferior (114), la porción superior (116) y la porción de pata (118).
12. El riel de traba de asiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el armazón de material compuesto (110) y el componente de refuerzo (120) comprenden una pluralidad de aberturas (102) que se extienden a través del armazón de material compuesto (110) y del componente de refuerzo (120) y que interrumpen una porción de las primeras fibras (119a) y una porción de las segundas fibras (119b) del armazón de material compuesto (110) y, opcionalmente, la pluralidad de aberturas (102) se dispone en una fila a lo largo del eje principal (101) del riel de traba de asiento (100).
13. El riel de traba de asiento (100) de cualquier reivindicación precedente, además comprende soportes de piso de material compuesto (130a, 130b) unidos al armazón de material compuesto (110) en lados opuestos del componente de refuerzo (120).
14. El riel de traba de asiento (100) de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el componente de refuerzo (120) se puede operar como soportes de piso (130a, 130b).
15. Un método para soportar un asiento utilizando un riel de traba de asiento (100) de acuerdo con la reivindicación 1, el método comprende: distribuir una carga desde el asiento hasta el componente de refuerzo (120) y el armazón de material compuesto (110) del riel de traba de asiento (100), el componente de refuerzo (120) y el armazón de material compuesto (110) se acoplan entre sí.
16. El método de la reivindicación 15, además comprende hacer fluir la carga desde el asiento hasta una viga de soporte de aeronave (162) a través del armazón de material compuesto (110).
17. El método de la reivindicación 15 o 16, además comprende dimensionar un radio de esquina (302) del armazón de material compuesto (110) para disminuir las áreas de concentración de tensión.
18. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, además comprende hacer reaccionar una fuerza de compresión del sujetador con el componente de refuerzo (120).
19. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, además comprende hacer transición desde una porción superior plana (116) del armazón de material compuesto (110) hasta una porción de pata (118) del armazón de material compuesto (110) con un primer radio (302) y comprende hacer transición desde la porción de pata (118) del armazón de material compuesto (110) hasta una porción de soporte inferior (114) del armazón de material compuesto (110) con un segundo radio (304).
20. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, además comprende inclinar una porción de pata (118) del armazón de material compuesto (110) con respecto a una porción plana superior (116) del armazón de material compuesto (110) para colocar más fibras de las segundas fibras ( 119b) a lo largo de la carga.
21. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 20, además comprende ubicar el componente de refuerzo (120) sobre el armazón de material compuesto (110) y entre dos soportes de piso de material compuesto (130a, 130b).
22. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, además comprende transportar la carga desde el componente de refuerzo (120) a través de una porción superior plana (116) del armazón de material compuesto (110), una porción de pata del armazón de material compuesto (110), y una porción de soporte inferior (114) del armazón de material compuesto (110) hasta una viga de soporte de aeronave (162) conectada a la porción de soporte inferior (114).
23. El método de cualquiera de las reivindicaciones 15 a 22, además comprende colocar en voladizo un soporte de piso de material compuesto (130a, 130b) del armazón de material compuesto (110) y/o unir el soporte de piso de material compuesto al armazón de material compuesto (110).
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