ES2935919T3 - Método para fabricar travesaños en forma de T de aeronave y una herramienta de curado usada durante el mismo - Google Patents

Método para fabricar travesaños en forma de T de aeronave y una herramienta de curado usada durante el mismo Download PDF

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Abstract

Método de fabricación de larguerillos con forma "T" para un avión, en el que los larguerillos con forma de "T" tienen un alma del larguerillo y un pie del larguerillo, comprendiendo el método: una primera etapa de conformado en caliente de un laminado de fibra de carbono para conseguir una geometría de semi-larguerillos con una sección transversal con forma de "L", una segunda etapa para colocar juntos los dos semi-larguerillos con forma de "L" conformados en caliente para formar un larguerillo con forma de "T",una tercera etapa donde el larguerillo con forma de "T" resultante es coencolado sobre un revestimiento curado con una línea adhesiva entre ellos,y una cuarta etapa para curar el larguerillo con forma de "T" obtenido dentro de una bolsa de vacío usando angulares de aleación de invar como herramientas de curado. El método se caracteriza por que los angulares de aleación de invarse cortan en un área del radio,eliminando una parte de los mismos que cubren el pie del larguerillo para definir una pieza de aleación de invar que no tiene pie.

Description

DESCRIPCIÓN
Método para fabricar travesaños en forma de T de aeronave y una herramienta de curado usada durante el mismo Objeto de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para fabricar un larguerillo en forma de T para la construcción de estructuras de aeronaves que reduzca el tiempo, el trabajo y las dificultades de ensamblaje, particularmente cuando se ensambla otra pieza sobre los larguerillos.
El objetivo principal de la presente invención es minimizar el efecto conocido como “efecto de sombrero mexicano” que ocurre con los larguerillos en forma de T. Esto significa minimizar el hecho de que el grosor del larguerillo al final del alma de larguerillo sea menor que el grosor nominal y al final de la pestaña de larguerillo sea mayor que dicho grosor nominal.
Por lo tanto, otro objetivo de la invención es evitar usar suplementos sólidos que otra pieza necesita para ser ensamblada en la pestaña de larguerillo.
Un objetivo adicional de la presente invención es describir el uso de una herramienta de curado para superar el efecto mencionado anteriormente.
Por último, otro objetivo de la presente invención se refiere a facilitar el paso de desmoldeo de los larguerillos de la bolsa de vacío.
Campo de la invención
La presente invención cae dentro de la industria aeronáutica y se refiere a larguerillos de aeronaves. Más específicamente, se refiere a larguerillos de material compuesto en forma de T ya los métodos de fabricación de los mismos.
Antecedentes de la invención
En la fabricación de aeronaves, un larguerillo o larguerillo de fuselaje o refuerzo es una tira fina hecha de fibra de carbono. Varias tiras se unen conjuntamente sobre un revestimiento curado para construir una pieza de la aeronave (por ejemplo, las alas, el HTP, etc.).
Un tipo muy común de larguerillo es el larguerillo que tiene una sección transversal en forma de T que define un alma y una pestaña.
Normalmente, un método de fabricación de un larguerillo en forma de T para una aeronave comprende un primer paso de formación en caliente del laminado para obtener semilarguerillos con una geometría con sección transversal en forma de L, y un segundo paso de unión de dos semilarguerillos formados en caliente en forma de L con el fin de formar un larguerillo en forma de T. Más tarde el larguerillo en forma de T se une conjuntamente sobre un revestimiento curado con una línea adhesiva entre dicho larguerillo y dicho revestimiento.
En la industria aeronáutica, también es conocido que dicho método incluye un tercer paso, que es el ciclo de curado, en donde las herramientas de curado, preferiblemente soportes de aleación de invar de aproximadamente 90°, se colocan siguiendo el contorno del larguerillo en forma de T formado en caliente, dentro de una bolsa de vacío durante el ciclo de curado. Se debería señalar que los soportes de invar tienen una apertura de 90° cuando el revestimiento sobre el que se unen conjuntamente los larguerillos es un revestimiento plano. Pero cuando el revestimiento es curvo, entonces el ángulo entre la pestaña y el alma de larguerillo varía ligeramente, causando, de este modo, que el ángulo de apertura del invar sea diferente a 90°.
Estos larguerillos en forma de T, que se forman usando métodos de fabricación tradicionales en los que los larguerillos que no están curados se unen entre sí en capas superficiales curadas con la herramienta de curado de larguerillo dentro de la bolsa de vacío, están sometidos al inconveniente “efecto de sombrero mexicano”, que es el hecho de que el grosor del larguerillo:
- es menor que el grosor nominal al final del alma de larguerillo, y
- es mayor que el grosor nominal en los extremos de la pestaña de larguerillo.
Por lo tanto, si cualquier otra pieza necesita ser ensamblada en la pestaña de larguerillo y la diferencia de grosor entre los puntos más delgados y los puntos más gruesos de la pestaña de larguerillo es demasiado grande, se debe añadir un suplemento sólido para nivelar la superficie sobre la que necesita ser ensamblada la otra pieza. El uso de estos suplementos sólidos aumenta las dificultades de montaje y la cantidad de trabajo implicado.
El documento WO 2008/152582 A2 describe un aparato de curado usado para la fabricación de un travesaño, el aparato que comprende además una barra que se puede hacer, por ejemplo, de invar.
Por lo tanto, era deseable encontrar un método para fabricar larguerillos que minimice el inconveniente del “efecto de sombrero mexicano” mencionado anteriormente.
Descripción de la invención
La presente invención está diseñada para superar los inconvenientes mencionados anteriormente de los larguerillos en forma de T.
A lo largo de toda la presente invención, el término “invar”, también conocido genéricamente como FeNi36 (64FeNi en Estados Unidos), es una aleación de níquel (36%) y acero (64%), excepcional por su bajo coeficiente de dilatación térmica (CTE) único. El nombre “invar” proviene de la palabra “invariable” que hace referencia a su falta de dilatación o contracción con los cambios de temperatura.
Por lo tanto, una aleación de invar tiene una dilatación extremadamente baja a temperatura ambiente aproximadamente, lo que la hace particularmente útil en aplicaciones en donde se requiera una mínima dilatación térmica y una alta estabilidad dimensional, como ocurre con instrumentos de precisión, tales como dispositivos optoelectrónicos, mesas ópticas y láser, componentes electrónicos y otro tipo de instrumentos científicos. También se usa ampliamente en la fabricación de herramientas para curar materiales compuestos. La expresión “materiales compuestos” incluye diversos materiales a base de materiales poliméricos y no poliméricos, no homogéneos, denominados habitualmente “materiales compuestos reforzados”, “materiales compuestos de fibra de carbono” y otros términos adicionales conocidos en la técnica.
Por lo tanto, la presente invención describe un método para fabricar larguerillos en forma de T de aeronave que tienen un alma y una pestaña y en donde el método incluye:
- un primer paso de formación en caliente de un laminado de fibra de carbono con el fin de lograr semilarguerillos con una geometría con una sección transversal en forma de L,
- un segundo paso de unir los dos semilarguerillos formados en caliente en forma de L con el fin de formar un larguerillo en forma de T,
- un tercer paso en el que el larguerillo en forma de T resultante se une conjuntamente sobre un revestimiento curado con una línea adhesiva entre dicho larguerillo y dicho revestimiento, y
- un cuarto paso de curado del larguerillo en forma de T formado dentro de una bolsa de vacío usando soportes de aleación de invar como herramientas de curado.
El método se caracteriza por que, previo al cuarto paso, se cortan los soportes de aleación de invar en un área de un radio, eliminando una parte de los mismos que cubre la pestaña de larguerillo con el fin de definir una pieza de aleación de invar sin pestaña.
Preferiblemente, los soportes de aleación de invar se cortan en un área del radio, en las áreas sobre las cuales se ensamblarán otras piezas. En dichas realizaciones, el área en la que otra pieza se ensamblará es la pestaña de larguerillo, de esta forma, la pieza a ser ensamblada permanece en contacto directo con la pestaña de larguerillo. En una segunda realización de la presente invención, hay un apoyo elastomérico sobre la pestaña de larguerillo una vez que se han cortado los soportes de aleación de invar. El apoyo elastomérico cubre la pestaña de larguerillo. Además, con el fin de facilitar el desmoldeo de los larguerillos, en una tercera realización de la presente invención, se coloca una fibra de vidrio precurada y unida sobre el área que deja libre el soporte de aleación de invar eliminado, dicha fibra de vidrio adquirida que está en contacto directo con la película de separación de la bolsa de vacío durante el ciclo de curado.
La fibra de vidrio precurada se puede colocar:
- antes de la formación de cortinas calientes de los larguerillos, o
- una vez que se han formado los larguerillos, pero antes de colocar los soportes de aleación de invar.
Además, cuando más de un larguerillo en forma de T se une conjuntamente al mismo tiempo sobre un revestimiento curado, la presente invención usa un relleno, situado entre las pestañas de los larguerillos adyacentes, para evitar el efecto de borde. El efecto de borde se produce debido a que el material, antes de que se cure y durante el ciclo de curado, es muy blando, de tal forma que la bolsa de vacío tiende a redondear las esquinas que no están protegidas por la parte de invar.
El relleno se selecciona entre un grupo que puede incluir fibra de carbono, metal, fibra de vidrio o cualquier otra resina que cure a temperatura ambiente. Si el relleno es de cualquier resina que cura a temperatura ambiente, la resina se puede curar previamente y más tarde colocar entre los dos larguerillos adyacentes.
Con la nueva geometría de los soportes de aleación de invar propuesta por la presente invención, se evita el uso de suplementos sólidos cuando se ensambla otra pieza sobre la pestaña de larguerillo.
Además, el “efecto de sombrero mexicano” explicado anteriormente se minimiza a décimas de milímetro.
Otra ventaja de la presente invención es el peso de los soportes de aleación de invar, dado que, con la solución propuesta, el peso de los soportes de aleación de invar es menor que el peso de los soportes de aleación de invar tradicionales con su geometría convencional.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención se puede entender completamente en base a la siguiente descripción detallada de las realizaciones de la presente invención y a los dibujos adjuntos, que se presentan solamente como ejemplo, y por lo tanto no son limitativos de la invención, en donde:
La Figura 1a representa la sección transversal de un larguerillo en forma de T tradicional.
La Figura 1b representa la sección transversal del problema actual de los larguerillos en forma de T cuando otra pieza tiene que ser ensamblada en la pestaña de larguerillo.
La Figura 2 muestra la sección transversal de una realización de la solución propuesta por la presente invención. La Figura 3 muestra la sección transversal de una segunda realización de la solución propuesta por la presente invención.
La Figura 4 muestra la sección transversal de dos larguerillos adyacentes entre los cuales se coloca un relleno. Referencias:
1: larguerillo en forma de T
2: alma de larguerillo
3: pestaña de larguerillo
4: semilarguerillo en forma de L
5: revestimiento curado
6: línea adhesiva
7: soporte de aleación de invar tradicional (aprox. 90°)
7', 7”: piezas de aleación de invar
8: radial de los soportes de aleación de invar
9: relleno
10: pieza a ser ensamblada sobre la pestaña de larguerillo
11: suplemento sólido
12: apoyo elastomérico
Descripción de la realización preferida de la invención
La siguiente descripción se proporciona únicamente para el beneficio del lector, y no se pretende que limite de ninguna forma la invención que se expone por las reivindicaciones.
Por lo tanto, la Figura 1a muestra un larguerillo en forma de T tradicional (1), partiendo de dos semilarguerillos en forma de L (4) formados en caliente unidos conjuntamente en un revestimiento curado (5) con una línea adhesiva (6) entre dicho larguerillo (1) y dicho revestimiento (5).
Además, en la Figura 1a, los soportes de aleación de invar (7) se colocan siguiendo el contorno del larguerillo en forma de T formado en caliente.
La Figura 1b muestra una vista esquemática del problema explicado anteriormente, conocido como “efecto de sombrero mexicano”, que ocurre con los larguerillos en forma de T (1) y que se produce directamente por el método de fabricación tradicional de los mismos. De este modo, la Figura 1b muestra como se define un espacio entre la pestaña de larguerillo (3) y la pieza a ser ensamblada (10) sobre el mismo. Este espacio se ajusta tradicionalmente con un suplemento sólido (11). Pero, como se explicó anteriormente, el ajuste usando estos suplementos sólidos (11) aumenta las dificultades del ensamblaje y la cantidad de trabajo implicado.
De este modo, la presente invención describe un método de fabricación de larguerillos en forma de T (1) para aeronaves que tienen un alma de larguerillo (2) y una pestaña de larguerillo (3), que incluye el siguiente método: - un primer paso de formación en caliente de un laminado de fibra de carbono para lograr una geometría de semilarguerillos (4) con sección transversal en forma de L,
- un segundo paso de unión de los dos semilarguerillos (4) formados en caliente en forma de L con el fin de formar un larguerillo en forma de T (1),
- un tercer paso en el que el larguerillo en forma de T resultante se une conjuntamente sobre un revestimiento curado (5) con una línea adhesiva (6) entre dicho larguerillo en forma de T (1) y dicho revestimiento (5) para obtener la estructura final, y
- un cuarto paso de curado del larguerillo en forma de T (1) obtenido dentro de una bolsa de vacío usando soportes de aleación de invar (7) como herramientas de curado, con la característica distintiva de que antes de llevar a cabo este cuarto paso, los soportes de aleación de invar (7) se cortan en un (8) eliminando una parte de los mismos que cubre la pestaña de larguerillo (3) con el fin de definir una pieza de aleación de invar (7', 7”) sin pestaña, como se muestra en la Figura 2.
De este modo, la realización mostrada en la Figura 2 representa los soportes de aleación de invar (7) que se cortan en un área de un radio, en el área donde se puede ensamblar otra pieza sobre la pestaña de larguerillo (3), una vez que se ha curado el larguerillo. El corte se hace en una dirección radial finalizando en el vértice de unión entre el alma (2) y la pestaña (3) del larguerillo (1).
La Figura 3 muestra una segunda realización de la presente invención donde se hace un corte recto, manteniendo todo el vértice de unión cubierto por la pieza de invar (7”) resultante. En esta segunda realización hay un apoyo elastomérico (12) sobre la pestaña de larguerillo (3) junto con la pieza de aleación de invar (7”) que no tiene una pestaña. El apoyo elastomérico (12) cubre la pestaña (3) del larguerillo (1).
En una realización preferida, el apoyo elastomérico (12) es de material de caucho. Los soportes de caucho se pueden reutilizar y duran varios ciclos.
En una tercera realización de la presente invención, la fibra de vidrio precurada se une conjuntamente sobre la pestaña de larguerillo (3) en el área dejada libre por la parte eliminada del soporte de aleación de invar (7). Esto significa que la fibra de vidrio curada estaría en contacto directo con la película de separación de la bolsa de vacío durante el ciclo de curado.
Además, como se muestra en la Figura 4, cuando más de un larguerillo en forma de T se une conjuntamente al mismo tiempo sobre un revestimiento curado (5), la presente invención describe un relleno (9), situado entre las pestañas de larguerillo (3) adyacentes con el fin de evitar el efecto de borde. El relleno (9) se selecciona entre fibra de carbono, metal, fibra de vidrio o cualquier otra resina que cure a temperatura ambiente.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un método para fabricar larguerillos en forma de T para una aeronave, en el que los larguerillos en forma de T (1) tienen un alma (2) y una pestaña (3), en donde el método comprende:
- un primer paso de formación en caliente de un laminado de fibra de carbono con el fin de obtener semilarguerillos (4) con una sección transversal en forma de L,
- un segundo paso en donde dos semilarguerillos (4) termoformados con forma de L se colocan juntos para formar un larguerillo en forma de T (1),
- un tercer paso en el que el larguerillo en forma de T (1) resultante se une conjuntamente sobre un revestimiento curado (5) con una línea adhesiva (6) entre dicho larguerillo (1) y dicho revestimiento (5), y
- un cuarto paso en el que el larguerillo en forma de T (1) obtenido se cura dentro de una bolsa de vacío, usando soportes de aleación de invar (7) como herramientas de curado,
en donde, antes de llevar a cabo el cuarto paso:
- los soportes de aleación de invar (7) se cortan en un área de un radio (8) eliminando una parte de los mismos que cubre la pestaña de larguerillo (3) con el fin de definir una pieza de aleación de invar (7', 7”) sin una pestaña, y - una fibra de vidrio precurada se une conjuntamente sobre la pestaña de larguerillo (3) que está en contacto directo con una película de separación de la bolsa de vacío durante el ciclo de curado.
2. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que el corte que define la pieza de aleación de invar (7') es un corte radial en una dirección radial que termina en un vértice de unión entre el alma (2) y la pestaña (3) del larguerillo (1).
3. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que el corte que define la pieza de aleación de invar (7”) es un corte recto de modo que todo el vértice de unión entre el alma (2) y la pestaña (3) del larguerillo (1) se cubra por la pieza de aleación de invar (7”).
4. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que la fibra de vidrio precurada se une conjuntamente sobre la pestaña de larguerillo (3) antes de la formación en caliente de los larguerillos (3).
5. El método según la reivindicación 1, caracterizado por que la fibra de vidrio precurada se une conjuntamente sobre la pestaña de larguerillo (3) después de la formación de los larguerillos (3) y antes de la colocación de los soportes de invar (7', 7”).
6. El método según la reivindicación 1, en el que más de un larguerillo en forma de T (1) se une conjuntamente al mismo tiempo, caracterizado por que se coloca un relleno (9) entre las pestañas (3) de los larguerillos adyacentes, el relleno (9) que tiene la misma altura que dichas pestañas (3).
7. El método según la reivindicación 6, caracterizado por que el relleno (9) se selecciona entre fibra de carbono, metal, fibra de vidrio y cualquier resina que cure a temperatura ambiente.
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