ES2948928T3 - Procedimiento de fabricación de una caja multi-larguero con cubierta superior de revestimiento continuo de una sección de cono de cola para un extremo posterior de una aeronave y un conjunto de material compuesto - Google Patents
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Abstract
Los ejemplos del presente documento se refieren a un método para fabricar un conjunto compuesto con un revestimiento continuo para un extremo trasero de una aeronave obteniendo una parte superior (405) del extremo trasero mediante herramientas compuestas. La parte superior comprende un plano de cola vertical de múltiples largueros. Los largueros (410) del plano vertical de la cola comprenden raíces ensanchadas que forman una cubierta superior del extremo trasero y una piel superior (425). Además, una parte inferior (415) comprende una carcasa inferior del extremo trasero que incluye marcos semiacabados (420) y largueros y un revestimiento inferior (430). Las partes superior e inferior se ensamblan mediante un procedimiento de unión. Los revestimientos superior e inferior se unen para obtener el conjunto compuesto con el revestimiento continuo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento de fabricación de una caja multi-larguero con cubierta superior de revestimiento continuo de una sección de cono de cola para un extremo posterior de una aeronave y un conjunto de material compuesto
La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación para obtener un ensamblaje de material compuesto de una caja multi-larguero con una cubierta superior de revestimiento continuo de una sección de cono de cola para un extremo trasero que tiene una aeronave. La caja multi-larguero comprende al menos una parte superior con forma de "trompeta" que tiene un plano de cola vertical multi-larguero VTP en el que los largueros comprenden una base ensanchada con una curvatura adecuada para formar la cubierta superior de una sección de cono de cola del estabilizador de la aeronave y una parte inferior con forma de "u" que comprende la cubierta inferior de la sección de cono de cola que incluye cuadernas y larguerillos completos o semicompletos. Por lo tanto, el procedimiento de fabricación propuesto integra de una sola vez la pieza en forma de trompeta con la pieza en forma de U con un revestimiento continuo para obtener un ensamblaje compuesto totalmente integrado de una caja multi-larguero para el extremo posterior de la aeronave.
Antecedentes de la invención
Convencionalmente, para construir el fuselaje de una aeronave, una serie de cuadernas con la forma de las secciones transversales del fuselaje se mantienen en posición sobre una fijación rígida. A continuación, estas cuadernas se unen a los paneles del revestimiento del fuselaje, que incluye elementos longitudinales ligeros denominados larguerillos que aumentan la resistencia al pandeo del revestimiento. Los larguerillos se fijan al revestimiento mediante remaches, resina curada o adhesivos especiales. La unión de los paneles del revestimiento y las cuadernas se realiza mediante piezas de interfaz angulares denominadas tirantes de cizallamiento que unen el alma de la cuaderna y el revestimiento del fuselaje, para conformar el fuselaje completo. En algunos casos, estas piezas angulares pueden formar parte de la cuaderna como una brida integrada.
El plano de cola vertical, también conocido como estabilizador, está formado convencionalmente por una caja de torsión primaria estructural, un borde de ataque, un borde de salida y una superficie móvil. La caja primaria está formada por un revestimiento, dos o más largueros y costillas internas. Cuando el número de largueros es suficiente, se puede eliminar la totalidad o parte de las costillas.
En las aeronaves conocidas, la unión entre el plano vertical de cola y la sección trasera del fuselaje se realiza mediante herrajes de interfaz para formar la sección del cono de cola. Estos herrajes se encargan de transferir la distribución de cargas continuas sobre los revestimientos de la caja de torsión del estabilizador, en cargas puntuales que se transfieren a las cuadernas del fuselaje. A continuación, las cuadernas distribuyen la carga al revestimiento del fuselaje.
Las cargas en esos herrajes de interfaz son muy elevadas porque se concentran en zonas puntuales de la estructura, lo que conlleva un refuerzo significativo y un peso de penalización para el herraje y los elementos circundantes. Además, el herraje tiene que estar cubierto por un carenado aerodinámico que produce una penalización significativa de la resistencia y en el tiempo de montaje. En las figuras 1 a 3 se muestran ejemplos de herrajes de interfaz y carenados aerodinámicos asociados.
Por lo tanto, se desea un nuevo ensamblaje del estabilizador de una aeronave que incluya al menos la sección del cono de cola y el plano vertical de cola (y adicionalmente el plano horizontal de cola) con un revestimiento continuo que resuelva los inconvenientes mencionados y procedimientos para su fabricación.
El documento US2005151018A1 se refiere a la conexión de una unidad de timón en el fuselaje de una aeronave conduce frecuentemente a un flujo no homogéneo de fuerzas en la región de conexión entre la unidad de timón y el fuselaje o incluso a un desplazamiento del flujo de fuerzas con respecto al eje centroidal, por ejemplo, debido a conexiones de pernos múltiples.
El documento US2014145032A1 se refiere a aparatos y procedimientos para la construcción de secciones de ala con largueros de ala multicaja.
El documento US2011290941A1 se refiere a un sistema de fijación para fijar un componente tal como un plano de cola vertical al fuselaje de una aeronave; el componente está estructurado como una caja que comprende largueros delanteros y traseros, costillas que se extienden desde el larguero delantero hasta el larguero trasero, y un revestimiento, y también comprende una pluralidad de largueros intermedios dispuestos para fijarse a las cuadernas del fuselaje.
Descripción de la invención
Con el procedimiento de fabricación según la presente divulgación es posible obtener un ensamblaje compuesto de caja multi-larguero con una cubierta superior de revestimiento continuo de una sección de cono de cola para un extremo trasero de una aeronave. Varias partes del fuselaje pueden ensamblarse por medios de unión para obtener el conjunto final. En algunos ejemplos, el conjunto de material compuesto de la caja multi-larguero comprende una
parte en forma de trompeta que comprende un plano de cola vertical multi-larguero VTP en el que los largueros comprenden una base ensanchada con una curvatura adecuada para formar la cubierta superior de la sección del cono de cola y una parte en forma de u que comprende la cubierta inferior de la sección del cono de cola que incluye cuadernas y larguerillos semicompletos. En otros ejemplos, el ensamblaje compuesto de la caja multi-larguero comprende al menos tres partes en forma de trompeta que comprenden un plano de cola vertical multi-larguero VTP y dos planos de cola horizontales multi-larguero h Tp, respectivamente.
Por lo tanto, el ejemplo preferente se refiere a un procedimiento de fabricación de un conjunto de material compuesto de una caja multi-larguero con un revestimiento continuo para el extremo trasero de una aeronave. La caja multilarguero comprende al menos una parte superior con forma de "trompeta" y una parte inferior con forma de "u". El procedimiento obtiene de una sola vez la parte en forma de trompeta del fuselaje de la aeronave mediante utillaje compuesto utilizando un molde específico para la parte en forma de trompeta. La parte en forma de trompeta comprende un plano de cola vertical multi-larguero. Los largueros del plano vertical de cola comprenden bases ensanchadas que forman una cubierta superior de una sección de cono de cola de la aeronave, tal como se muestra en la figura 4B. Además, la parte en forma de trompeta comprende un revestimiento superior.
Para obtener la pieza en forma de trompeta se utiliza el concepto de multi-larguero. En este procedimiento, los laminados se fabrican mediante un procedimiento avanzado de colocación de fibras planas, seguido de un procedimiento de conformado en caliente para obtener la forma final. Este procedimiento utiliza un conjunto de mandriles donde se pliegan los laminados mediante presión y temperatura, y después se cura todo el conjunto en un autoclave y, por último, se desmolda a partir de un molde específico.
El procedimiento también permite obtener de una sola vez una parte del fuselaje en forma de U mediante utillaje compuesto utilizando un molde específico para la parte en forma de U. La parte en forma de U comprende una cubierta inferior de la sección del cono de cola de la aeronave, donde la cubierta inferior también comprende cuadernas y larguerillos semicompletos y un revestimiento inferior.
El procedimiento continúa ensamblando la parte en forma de trompeta y la parte en forma de u con un procedimiento de unión seleccionado de entre una pluralidad de procedimientos de unión diferentes y uniendo el revestimiento superior y el revestimiento inferior para obtener la caja multi-larguero con un revestimiento continuo.
Por lo tanto, el conjunto propuesto es un conjunto de concepto multi-larguero que comprende al menos el plano de cola vertical (y adicionalmente el plano de cola horizontal como se muestra en la figura 7) y la sección del cono de cola y puede fabricarse en una sola vez con un revestimiento continuo.
La principal ventaja de esta invención es que permite facilitar el procedimiento de ensamblaje y la gestión de tolerancias reduciendo el tiempo de producción y el coste recurrente, ya que se trata de un gran componente de una sola vez en lugar de producir la pieza final uniendo muchas piezas individuales con cientos de elementos de fijación. El corte del revestimiento puede realizarse en distintas posiciones en función de las necesidades de montaje, las tolerancias y los espesores del revestimiento continuo.
Además, hay muchas otras ventajas en la fabricación de un ensamblaje compuesto del extremo trasero de una aeronave con un revestimiento continuo:
Las cargas no se transfieren mediante herrajes de interfaz a puntos discretos, como se ha mencionado anteriormente. En cambio, una superficie de transición entre el revestimiento del fuselaje y el revestimiento del plano de cola vertical permite una transmisión suave de las cargas entre esas superficies, de modo que las cargas del revestimiento del plano de cola vertical pueden pasar directamente al revestimiento del fuselaje de manera continua sin necesidad de herrajes de interfaz y sin pasar por las cuadernas del fuselaje. Como consecuencia, hay una importante reducción de peso debido a la supresión de los pesados herrajes y sus carenados aerodinámicos. Además, las cuadernas son mucho más ligeras porque no transmiten cargas elevadas desde el herraje y porque también se eliminan sus limitaciones dimensionales debidas a la integración de herrajes de interfaz, de modo que la altura y el grosor de la cuaderna y el peso asociado pueden reducirse considerablemente.
Los herrajes del plano de cola vertical y sus carenados aerodinámicos pueden producir problemas mecánicos por fatiga, vibroacústica e impacto de escombros, en el caso de que el motor esté situado en el extremo trasero de la aeronave. En la solución propuesta se eliminan esas piezas y los problemas asociados, por lo que se obtiene una estructura con una mayor resistencia a la fatiga, la vibroacústica y el impacto, con importantes ventajas para la configuración de este tipo de aeronaves.
Por último, también hay una importante reducción de la resistencia aerodinámica debido a la eliminación de los carenados de ajuste, y proporcionando una transición aerodinámica suave integrada de la superficie del revestimiento.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de la explicación anterior y con el único propósito de proporcionar un ejemplo, se incluyen algunos dibujos no limitativos que representan esquemáticamente una realización práctica.
Las figuras 1A y 1B muestran un plano de cola vertical y herrajes de interfaz que comprenden herrajes de carga longitudinal y herrajes de carga transversal del plano de cola vertical de una aeronave.
La figura 2 muestra ejemplos de orejetas convencionales para el plano de cola vertical y fijaciones laterales.
La figura 3 muestra carenados convencionales para cubrir los herrajes de interfaz como los mostrados en las figuras 1A y 1B.
Las figuras 4A y 4B muestran una caja multi-larguero que comprende una parte en forma de trompeta y una parte en forma de u según la presente divulgación.
Las figuras 5A y 5B muestran los procedimientos de desmoldeo de la pieza en forma de trompeta y de la pieza en forma de u y.
Las figuras 6A, 6B y 6C muestran diferentes procedimientos de unión para ensamblar la parte en forma de trompeta y la parte en forma de U según la presente divulgación.
La figura 7 muestra un ejemplo de caja multi-larguero con tres piezas en forma de trompeta.
Descripción de un ejemplo
La figura 1A muestra un plano de cola vertical (100). El plano vertical de cola (100) comprende una caja multi-larguero (400), un borde de ataque (102), un borde de salida (104), un timón llamado móvil (120), una punta (103) y herrajes de interfaz (110). La figura 1B muestra los herrajes de interfaz (110) divididos en herrajes de carga longitudinal (111) y en herrajes de carga transversal (112) de un plano de cola vertical convencional de una aeronave.
La figura 2 muestra ejemplos de orejetas convencionales del plano de cola vertical y fijaciones laterales (200).
La figura 3 muestra carenados convencionales (300) para cubrir herrajes de interfaz como los mostrados en las figuras 1A y 1B.
Las figuras 4A y 4B, muestran una caja multi-larguero que comprende una parte en forma de trompeta y una parte en forma de u según la presente divulgación. En particular, la figura 4A muestra una caja multi-larguero (400) según la presente divulgación. La caja multi-larguero (400) comprende una parte en forma de trompeta (405) que comprende un plano de cola vertical multi-larguero VTP con largueros (410) que tienen una base ensanchada con una curvatura adecuada para formar la cubierta superior de una sección de cono de cola de la aeronave que puede apreciarse mejor en la figura 4b. La parte en forma de trompeta (405) comprende además un revestimiento superior (425).
La figura 4B muestra que la caja multi-larguero (400) comprende además una parte en forma de U que comprende la cubierta inferior (415) de la sección del cono de cola que incluye cuadernas semicompletas (420) y larguerillos (no mostrados en la figura). Además, la caja multi-larguero (400) comprende además un revestimiento inferior (425). Tanto la figura 4A como la 4B muestran medios de unión (440) para ensamblar la parte en forma de trompeta y la parte en forma de U con el fin de obtener de una sola vez un conjunto de material compuesto totalmente integrado con un revestimiento continuo para el extremo posterior de la aeronave.
Las figuras 5A y 5B muestran los procedimientos de desmoldeo realizados ensamblando la pieza en forma de trompeta y la pieza en forma de u por medios de unión. La figura 5A muestra la pieza en forma de trompeta (405) obtenida mediante utillaje compuesto, que incluye una etapa de desmoldeo mostrada en la figura en la que el molde dedicado (510) se desmoldea tras un procedimiento de curado en autoclave para obtener la forma de "trompeta" del plano vertical de cola que define la cubierta superior de la sección del cono de cola de la aeronave. Además, los largueros tienen una base ensanchada con una curvatura adecuada para formar dicha cubierta superior de la sección del cono de cola de la aeronave.
La figura 5B muestra la pieza en forma de U (415) obtenida mediante utillaje compuesto, que incluye una etapa de desmoldeo mostrada en la figura en la que el molde dedicado (520) se desmoldea tras un procedimiento de curado en autoclave para obtener la cubierta inferior de la sección del cono de cola que incluye en este ejemplo cuadernas semicompletas (420) y larguerillos (no mostrados en la figura) y medios de unión (440). En otro ejemplo, la parte en forma de U (415) puede comprender cuadernas completas como se muestra en la figura 6C.
Las figuras 6A, 6B y 6C muestran procedimientos de unión entre las dos partes antes mencionadas, es decir, la parte en forma de trompeta y la parte en forma de u.
La figura 6A muestra el conjunto (600a) que tiene una parte en forma de trompeta con largueros (610a) y una parte en forma de U con cuadernas semicompletas (620b). Las bases ensanchadas de los largueros (610a) se unen a las cuadernas semicompletas (620a) con pernos de tracción (640a) para formar las cuadernas completas de la sección del cono de cola. El revestimiento superior y el revestimiento inferior están unidos por juntas de cizallamiento en el corte del revestimiento (660).
La figura 6B muestra el conjunto (600b) con una parte en forma de trompeta con largueros (610b) y una parte en forma de U con cuadernas semicompletas (620b). Las bases ensanchadas de los largueros (610b) y las cuadernas semicompletas (620b) se unen mediante juntas de cizallamiento (640b) para formar cuadernas completas de la sección del cono de cola. En este ejemplo, las cuadernas completas y los largueros (610b) de la parte en forma de trompeta (como parte del VTP) del conjunto (600b) no son coincidentes. El revestimiento superior y el revestimiento inferior se unen mediante una junta de cizallamiento en el corte del revestimiento (660).
La figura 6C muestra el conjunto (600c) con una parte en forma de trompeta con largueros (610c) y una parte en forma de U con cuadernas completas (620c). Las bases ensanchadas de los largueros (610c) y las cuadernas completas (620c) se unen con juntas de cizallamiento (640c). Este ejemplo de montaje provoca un solapamiento entre las bases ensanchadas de los largueros (610c) y las cuadernas completas (620c) aumentando la resiliencia del conjunto. El revestimiento superior y el revestimiento inferior se unen mediante una junta de cizallamiento en el corte del revestimiento (660).
La figura 7A muestra una realización de una caja multi-larguero (700) según la presente invención y que comprende las partes (705), (715) y (770a, 770b). El procedimiento de fabricación de esta caja multi-larguero (700) comprende una etapa adicional de obtención de una segunda y tercera partes en forma de trompeta (770A) y (770B) que se integran con una parte superior en forma de trompeta (705) y una parte inferior (715). La segunda y tercera piezas en forma de trompeta (770) se obtienen mediante utillaje compuesto utilizando un molde específico (no mostrado).
La segunda y tercera partes en forma de trompeta (770A) y (770B) comprenden cada una un plano de cola horizontal HTP de la sección trasera de la aeronave que tiene largueros (780) y un revestimiento intermedio (790). La segunda y tercera partes en forma de trompeta (770A) y (770B) pueden fabricarse como conjuntos compuestos multi-larguero en forma de trompeta. Por lo tanto, el VTP y el HTP de las secciones del fuselaje multi-larguero son conceptos de "trompeta" multi-larguero de revestimiento continuo fabricados en una sola vez con sus respectivas bases de largueros ensanchadas para formar la sección del cono de cola del extremo posterior del avión.
La figura 7B muestra que en la segunda y tercera partes en forma de trompeta (770A) y (770B), en el HTP, las "trompetas" deben tener los largueros inclinados (780) para ajustarse a la inclinación de los largueros del VTP de la parte superior en forma de trompeta (705).
La parte inferior (715) del fuselaje de la sección del cono de cola se fabrica en una pieza separada con la sección del revestimiento (730) y las cuadernas integradas. La parte inferior (715), y es la última en ser ensamblada para permitir un fácil acceso al interior de la sección del cono de cola y al VTP en la parte superior en forma de trompeta (705) y los HTP en la segunda y tercera parte en forma de trompeta (770A) y (770B). Además, esta parte inferior es fácil de sustituir en caso de que se produzca un golpe de cola en la sección trasera del fuselaje de la aeronave. La segunda y tercera partes en forma de trompeta (770A) y (770B) se ensamblan a la parte superior en forma de trompeta (705) y a la parte inferior (715) en la intersección entre el VTP en la parte superior en forma de trompeta (705) y la cubierta inferior en la parte en forma de u (715) con uno de los procedimientos de unión mostrados en la figura 6 anterior. El revestimiento continuo comprende las secciones de piel (725), (730) y (790).
Con la configuración de la caja multi-larguero (700) se reduce el número de piezas y se simplifica el montaje del VTP y del HTP respecto a las configuraciones del estado de la técnica. También la fabricación de los tres estabilizadores en una sola vez con una configuración de revestimiento continuo multi-larguero tiene los beneficios mencionados respecto a los procedimientos conocidos.
Aunque se ha hecho referencia a una realización específica de la invención, es obvio para un experto en la materia que el conjunto de material compuesto aquí descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, en las que el alcance de la protección se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. Un procedimiento de fabricación de un conjunto de material compuesto (700) con un revestimiento continuo para un extremo trasero de una aeronave, comprendiendo el procedimiento:
obtener una parte superior en forma de trompeta (705) del extremo trasero mediante utillaje compuesto, la parte superior en forma de trompeta (705) comprende:
un plano de cola vertical multi-larguero;
en el que los largueros del plano vertical de cola comprenden bases ensanchadas que forman una cubierta superior del extremo posterior; y
un revestimiento superior (725);
obtener una parte inferior (715) del extremo trasero mediante utillaje compuesto, la parte inferior (715) comprende:
una cubierta inferior del extremo trasero que incluye cuadernas semicompletas y
larguerillos;
y
un revestimiento inferior (730);
obtener una segunda y una tercera piezas en forma de trompeta (770a, 770b) mediante utillaje compuesto que comprende cada una de ellas:
un plano de cola horizontal del extremo posterior de la aeronave con largueros (780); y
un revestimiento intermedio (790);
integrando la parte superior en forma de trompeta (705), la segunda y tercera partes en forma de trompeta (770a, 770b) y la parte inferior (715) con un procedimiento de unión; y uniendo el revestimiento superior (725), el revestimiento intermedio (790) y el revestimiento inferior (730) para obtener el conjunto compuesto con el revestimiento continuo.
2. El procedimiento de fabricación de un conjunto de material compuesto según la reivindicación 1, en el que la obtención de la parte superior en forma de trompeta (705) del extremo trasero comprende la obtención del plano vertical de cola multi-larguero mediante un procedimiento multi-larguero que comprende al menos la colocación avanzada de fibras y el conformado en caliente.
3. El procedimiento de fabricación de un conjunto de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la obtención de la parte superior en forma de trompeta (705) comprende la adición de una capa del revestimiento superior (725).
4. El procedimiento de fabricación de un conjunto de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la obtención de la parte inferior (715) comprende realizar la adición de una capa del revestimiento inferior (730).
5. El procedimiento de fabricación de un conjunto de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la integración de la parte superior en forma de trompeta (705) y la parte inferior (715) mediante un procedimiento de unión comprende realizar uno de los siguientes procedimientos de unión:
unir los largueros y las cuadernas semicompletas por las bases ensanchadas de los largueros con pernos de tracción para formar cuadernas de una sección de cono de cola del extremo trasero, y uniendo el revestimiento superior (725) y el revestimiento inferior (730) con juntas de cizallamiento; o bien
unir los largueros y las cuadernas semicompletas por las bases ensanchadas de los largueros con juntas de cizallamiento para formar cuadernas de una sección de cono de cola del extremo trasero, en el que las cuadernas y los largueros del plano vertical de cola no coinciden; y
unir el revestimiento superior (725) y el revestimiento inferior (730) mediante una junta de cizallamiento; o bien unir los largueros y las cuadernas semicompletas por las bases ensanchadas de los largueros con juntas de cizallamiento, en el que las cuadernas semicompletas se solapan con las bases ensanchadas de los largueros; y
unir el revestimiento superior (725) y el revestimiento inferior (730) mediante junta de cizallamiento.
6. El procedimiento de fabricación de un conjunto de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la integración de la parte superior en forma de trompeta (705), la segunda y tercera partes en forma de trompeta (770a, 770b) y las partes inferiores (715) con un procedimiento de unión, comprende:
ensamblar la segunda y tercera partes en forma de trompeta (770a, 770b) en la intersección entre el plano vertical de cola de la parte superior en forma de trompeta (705) y la parte inferior (715) con el procedimiento de unión, y
en el que los largueros de los planos horizontales de cola de la segunda y tercera partes en forma de trompeta (770a, 770b) y los largueros del plano vertical de cola de la parte superior en forma de trompeta (705) están inclinados con el mismo ángulo.
7. Conjunto de material compuesto (700) con un revestimiento continuo para el extremo trasero de una aeronave, comprendiendo el conjunto de material compuesto:
una parte superior en forma de trompeta (705) obtenida mediante utillaje compuesto,
comprendiendo la parte superior en forma de trompeta (705):
un plano de cola vertical multi-larguero;
en el que los largueros del plano vertical de cola comprenden bases ensanchadas que forman una cubierta superior;
y
un revestimiento superior (725);
una parte inferior (715) obtenida por utillaje compuesto, comprendiendo la parte inferior (715):
una cubierta inferior que incluye cuadernas semicompletas y
largueros;
y
un revestimiento inferior (730);
una segunda y tercera partes en forma de trompeta (770) obtenidas mediante utillaje compuesto, comprendiendo cada una:
un plano de cola horizontal multi-larguero; y
un revestimiento intermedio (790);
en el que la parte superior en forma de trompeta (705), la segunda y tercera partes en forma de trompeta (770a, 770b) y la parte inferior (715) se integran con un procedimiento de unión; y
en el que el revestimiento superior (725) ensamblado, el revestimiento intermedio (790) y el revestimiento inferior (730) se unen para obtener el conjunto compuesto con el revestimiento continuo.
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