ES2993499T3 - Two-material damping device for spacecraft and method for manufacturing the damping device - Google Patents
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Abstract
Dispositivo amortiguador (100) para una nave espacial (1), configurado para amortiguar vibraciones entre un componente a aislar (300) y una estructura de soporte (200) de la nave espacial (1), comprendiendo el dispositivo amortiguador (100) una estructura metálica (101) obtenida por fabricación aditiva y que comprende una primera pieza metálica (110) configurada para ser fijada a uno del componente a aislar (300) o de la estructura de soporte (200), y una segunda pieza metálica (120) configurada para ser fijada a la otra del componente a aislar (300) o de la estructura de soporte (200), estando dispuesta una estructura amortiguadora (130) de elastómero sólido entre la primera pieza metálica (110) y la segunda pieza metálica (120), de manera que esté en contacto tanto con paredes de la primera pieza metálica (110) como con paredes de la segunda pieza metálica (120). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de amortiguación de dos materiales para vehículos espaciales y procedimiento de fabricación del dispositivo de amortiguación
Sector de la técnica
La presente divulgación se refiere al campo de los dispositivos aeronáuticos y, en particular, a los motores cohete. La presente divulgación se refiere en particular a un dispositivo de amortiguación para amortiguar las vibraciones entre un componente a aislar del motor cohete y una estructura portadora de este motor, y a un procedimiento de fabricación de dicho dispositivo.
Estado de la técnica
Los motores espaciales de propulsante líquido tienen que funcionar en entornos con fuertes vibraciones. Estas vibraciones pueden ser generadas por el propio funcionamiento del motor, por las ondas de presión y las ondas acústicas generadas por los cohetes propulsores sólidos, o por la excitación dinámica que el lanzador impone a los motores en sus puntos de contacto (cardanes y soportes de actuadores). Estas vibraciones del lanzador pueden ser el resultado de la excitación de los cohetes propulsores sólidos, de la excitación de los motores criogénicos o de la excitación debida a cargas aerodinámicas inestables en la atmósfera.
Algunos componentes o equipos fijados al motor o a las etapas del lanzador no pueden tolerar tales entornos vibratorios. Por tanto, se necesitan sistemas sencillos, ligeros y de bajo coste para amortiguar las vibraciones transmitidas por los motores o las etapas a estos componentes o equipos.
Como es bien sabido, estos sistemas de amortiguación pueden clasificarse en dos familias principales: una primera familia que utiliza amortiguadores tales como amortiguadores mecánicos, neumáticos, hidráulicos, pasivos o activos, y una segunda familia basada en la inserción de materiales amortiguadores denominados “blandos” entre el componente que debe protegerse y la estructura portadora que genera las tensiones dinámicas elevadas.
La primera familia es muy eficaz en términos de amortiguación, pero su aplicación suele ser engorrosa, costosa y/o compleja. La segunda familia tiene el inconveniente de amortiguar peor que la primera. Además, no debe comprimirse excesivamente para no comprometer su función de amortiguación. Sin embargo, las fuerzas necesarias para sujetar el componente a aislar a su estructura portadora deben ser a menudo elevadas, con el fin de soportar cargas dinámicas elevadas, lo que reduce considerablemente la eficacia de amortiguación de esta familia de amortiguadores.
Por tanto, es necesario compensar, al menos en parte, las desventajas anteriormente mencionadas.
Además, el documento EP3477144 A1 divulga un dispositivo de amortiguación, considerado el estado de la técnica más cercano.
Objeto de la invención
La presente divulgación se refiere a un dispositivo de amortiguación para una aeronave como se define en la reivindicación 1, configurado para amortiguar las vibraciones entre un componente a aislar y una estructura portadora de la aeronave, comprendiendo el dispositivo de amortiguación:
- una estructura metálica obtenida por fabricación aditiva y que comprende una primera parte metálica configurada para fijarse a uno de los componentes a aislar o a la estructura portadora, y una segunda parte metálica configurada para fijarse al otro de los componentes a aislar o a la estructura portadora,
- una estructura de amortiguación de elastómero sólido dispuesta entre la primera parte metálica y la segunda parte metálica, de manera que está en contacto tanto con las paredes de la primera parte metálica como con las paredes de la segunda parte metálica.
La primera parte metálica comprende un esqueleto externo y una carcasa interna dentro del esqueleto externo, la estructura de amortiguación elastomérica sólida está dispuesta dentro de la carcasa interna, y la segunda parte metálica está dispuesta al menos parcialmente dentro de la carcasa interna de la primera parte metálica.
Por “elastómero sólido” se entiende un elastómero en estado sólido, como el caucho, es decir, tras la solidificación de un elastómero en estado líquido. La carcasa interna de la primera parte metálica puede llenarse inicialmente con un elastómero en estado líquido, antes de la solidificación por polimerización de este último. Como la segunda parte metálica está dispuesta al menos en parte dentro de la carcasa interna de la primera parte metálica, el elastómero solidificado está por tanto en contacto tanto con la primera parte metálica, más concretamente con la pared del esqueleto externo, como con la segunda parte metálica.
Dada esta configuración, los movimientos de vibración provocan movimientos relativos entre la estructura portadora y el componente a aislar, generando en consecuencia movimientos relativos entre la primera parte metálica fijada a la estructura portadora y la segunda parte metálica fijada al componente a aislar. Estos movimientos relativos entre las partes metálicas primera y segunda provocan la cizalladura del elastómero sólido situado en el interior de la carcasa interna y en contacto con las partes metálicas primera y segunda.
Estos movimientos desarrollan importantes tensiones dinámicas de cizalladura en un gran volumen del elastómero, lo que implica una gran capacidad de disipación y amortiguación. Esto permite mejorar la eficacia de la amortiguación limitando al mismo tiempo el coste, la masa y la complejidad del dispositivo de amortiguación. El uso de elastómero limita la masa total del dispositivo. Además, el dispositivo de amortiguación según la presente divulgación tiene la ventaja de ser fácil de fabricar. La estructura metálica, que comprende las partes metálicas primera y segunda, se produce mediante fabricación aditiva y, a continuación, se rellena con un elastómero. El acabado superficial de las partes metálicas, producido por fabricación aditiva, tampoco requiere requisitos precisos, lo que limita aún más los costes de fabricación. Por el contrario, un mayor grado de rugosidad tiende a mejorar la resistencia de la unión entre el elastómero y el metal.
Este dispositivo de amortiguación también tiene la ventaja de ser modulable. En efecto, en función de la aplicación, la estructura metálica puede ser de distintos materiales (titanio, superaleación a base de níquel, aluminio, por ejemplo). El tipo de elastómero también puede elegirse en función de las especificaciones técnicas del sistema (frecuencias amortiguadas o resistencia a la temperatura, por ejemplo). El elastómero puede ser, por ejemplo, poliuretano, neopreno, elastómero de butilo o cualquier otro tipo de elastómero. Cabe señalar asimismo que este dispositivo puede reutilizarse. En efecto, el elastómero presente en la carcasa interna puede eliminarse químicamente o por pirólisis, y la carcasa interna puede rellenarse a continuación con un nuevo elastómero en estado líquido, seguido de polimerización.
En algunas realizaciones, las partes metálicas primera y segunda son dos partes independientes conectadas entre sí solo por la estructura de amortiguación.
Según esta configuración, se entiende que no hay contacto metal-metal entre las partes metálicas primera y segunda en el estado inicial. Por “estado inicial” se entiende un estado del dispositivo de amortiguación en el que no hay tensión en las piezas portantes. Las partes metálicas primera y segunda, fijadas respectivamente a la estructura portadora y al componente a aislar, son dos partes independientes una con respecto a otra. Según esta configuración, el dispositivo de amortiguación puede tener un efecto amortiguador hasta que se produzca el contacto entre la primera y/o la segunda parte metálica y la estructura portadora y/o el componente a aislar, o el contacto entre las partes metálicas primera y segunda.
En algunas realizaciones, la estructura metálica comprende al menos un elemento de conexión metálico, estando las partes metálicas primera y segunda conectadas entre sí por la estructura de amortiguación y el elemento de conexión metálico.
En esta configuración, se entiende que existe un contacto metal-metal entre las partes metálicas primera y segunda, en el estado inicial, a través del elemento de conexión metálico. Este elemento de conexión se fabrica al mismo tiempo que las partes metálicas primera y segunda, durante la fabricación de la estructura metálica por fabricación aditiva. El elemento de conexión se extiende dentro de la carcasa interna, entre el esqueleto externo y la segunda parte metálica. El resto del volumen de la carcasa interna, es decir, la parte de la carcasa interna que no comprende el elemento de conexión, comprende la estructura de amortiguación de elastómero.
Por tanto, la estructura metálica está formada por una sola pieza, que comprende las partes metálicas primera y segunda, y el elemento de unión. En otras palabras, según esta configuración, las partes metálicas primera y segunda son dos partes independientes de la estructura metálica fijadas respectivamente a la estructura portadora y al componente a aislar, pero no son independientes una con respecto a otra. El dispositivo de amortiguación según esta configuración tiene así una rigidez que cambia en función de la intensidad y la dirección de la carga. Esta configuración también tiene la ventaja de proporcionar una amortiguación adicional gracias a la naturaleza no lineal de la rigidez del dispositivo, y de permitir que se transmitan mayores cargas mecánicas a través del dispositivo. En algunas realizaciones, el elemento de conexión metálico tiene una estructura de red al tresbolillo, o es un alambre metálico flexible.
La estructura metálica se obtiene mediante fabricación aditiva de tal manera que al menos una parte de la superficie de la primera parte metálica y/o de la segunda parte metálica, en contacto con la estructura de amortiguación, tiene una estructura de red al tresbolillo.
En otras palabras, parte de la superficie interna del esqueleto externo, que delimita la carcasa interna, y/o parte de la superficie de la porción de la segunda parte metálica dispuesta en la carcasa interna, tiene una estructura de red al tresbolillo. Alternativamente, toda la superficie de la primera parte metálica y de la segunda parte metálica en contacto con la estructura de amortiguación de elastómero tiene una estructura de red al tresbolillo. Esta estructura se proporciona durante la fabricación de la estructura metálica mediante fabricación aditiva, en la que el elemento de conexión, cuando se proporciona un elemento de este tipo, también puede tener una estructura de red al tresbolillo. Esta estructura puede, por ejemplo, adoptar la forma de una red mallada, alternando zonas sólidas y zonas vacías, de manera similar a una cuadrícula.
Esta configuración limita aún más la masa del dispositivo de amortiguación. También permite mejorar la calidad de la unión entre las partes metálicas y no metálicas (elastómero), gracias a la impregnación total del elastómero en estado líquido en la red metálica, antes de la polimerización. Esta estructura también confiere a la estructura metálica un acabado superficial con mayor rugosidad, lo que mejora la unión entre la estructura metálica y la estructura de amortiguación. Además, el diseño de malla de la red al tresbolillo puede elegirse para maximizar las fuerzas de cizalladura.
En algunas realizaciones, al menos la primera parte metálica tiene forma de tubo que comprende un eje longitudinal, y la segunda parte metálica está dispuesta al menos parcialmente en el espacio dentro del tubo.
En otras palabras, al menos la primera parte metálica tiene forma de tubo que comprende un eje longitudinal, siendo el esqueleto externo la pared del tubo, y siendo la carcasa interna el espacio dentro del tubo.
Según esta configuración, la segunda parte metálica puede ser un cilindro coaxial con el tubo que forma la primera parte metálica y encajándose en este tubo, de forma tubular, teniendo la primera parte metálica un diámetro inferior al diámetro interno de la primera parte metálica. Una parte de la segunda parte metálica se encuentra, por tanto, en el interior de la primera parte metálica, es decir, en el interior del tubo formado por el esqueleto externo. Esta parte de la segunda parte metálica situada en el interior del tubo, es decir, en el interior de la carcasa interna, está por tanto integrada de la estructura de amortiguación de elastómero. También puede estar separada del esqueleto externo de la primera parte metálica y, por tanto, estar separada de esta última únicamente por la estructura de amortiguación, o estar conectada a esta última, a través del elemento de conexión metálico.
Esta estructura proporciona una función de amortiguación de los distintos movimientos del componente a aislar con respecto a la estructura portadora, en particular los desplazamientos axiales a lo largo del eje longitudinal del tubo que forma la primera parte metálica, desplazamientos transversales con respecto a este eje longitudinal, rotaciones en torno a este eje o flexiones en distintas direcciones.
En algunas realizaciones, una pluralidad de varillas metálicas radiales se extienden dentro de la estructura de amortiguación, sobresaliendo radialmente desde la primera parte metálica o la segunda parte metálica, y comprendiendo un extremo libre dispuesto en la estructura de amortiguación.
El término “radial” y sus derivados corresponden a una dirección transversal con respecto al eje longitudinal del tubo que forma la primera parte metálica, o del cilindro que forma la segunda parte metálica, siendo esta dirección transversal perpendicular o sustancialmente inclinada con respecto a la dirección longitudinal. Preferiblemente, el extremo libre de las varillas metálicas dispuestas en la estructura de amortiguación e integradas en la misma tiene forma esférica.
La presencia de estas varillas metálicas, en particular cuando comprenden una esfera en su extremo libre, aumenta las tensiones de cizalladura en la estructura de amortiguación de elastómero durante los movimientos relativos entre la estructura portadora y el componente a aislar.
En algunas realizaciones, el dispositivo de amortiguación comprende paredes metálicas radiales que sobresalen de una de la primera parte metálica o de la segunda parte metálica, sobresaliendo los extremos libres de al menos algunas de las varillas metálicas de la otra de la primera parte metálica o de la segunda parte metálica dispuestos entre dos paredes metálicas.
En otras palabras, cuando las varillas metálicas se extienden desde la segunda parte metálica, los extremos libres de al menos algunas de ellas se disponen entre dos paredes metálicas radiales dispuestas en la pared interna del esqueleto externo de la primera parte metálica. Esta configuración permite maximizar localmente los esfuerzos de cizalladura en la estructura de amortiguación de elastómero.
La presente divulgación también se refiere a un dispositivo de amortiguación para aeronaves como se define en la reivindicación 8, en el que las partes metálicas primera y segunda tienen una estructura ramificada, estando la estructura de amortiguación elastomérica sólida dispuesta entre la primera parte metálica y la segunda parte metálica de modo que contacte a la vez los brazos de la estructura ramificada de la primera parte metálica y los brazos de la estructura ramificada de la primera parte metálica.
Por “estructura ramificada” se entiende una estructura en forma de árbol, que comprende un tronco principal que se extiende en una dirección principal y está unido a la estructura portadora y al componente a aislar, dividiéndose el tronco principal en dos o más ramas secundarias, a su vez divididas en varias ramas, hasta un vértice de la estructura ramificada. En esta configuración, la estructura de amortiguación de elastómero está dispuesta entre y alrededor de las ramas de la estructura ramificada de la primera parte metálica y de la segunda parte metálica. En otras palabras, las ramas de la estructura ramificada de la primera parte metálica, así como las ramas de la estructura ramificada de la segunda parte metálica, están integradas en el elastómero de la estructura de amortiguación.
Los vértices respectivos de la estructura ramificada de las partes metálicas primera y segunda pueden estar desconectados o, alternativamente, unidos entre sí, a fin de dar a la estructura metálica una configuración de una sola pieza.
Esta estructura proporciona una función de amortiguación para diversos movimientos del componente a aislar en relación con la estructura portadora, en particular movimientos axiales a lo largo de la dirección principal de la estructura ramificada, movimientos transversales en relación con esta dirección principal, rotaciones en torno a esta dirección o flexiones en diferentes direcciones.
En algunas realizaciones, las partes metálicas primera y segunda comprenden una porción ovoide, estando la porción ovoide de la segunda parte metálica dispuesta dentro de la porción ovoide de la primera parte metálica. En otras palabras, el esqueleto externo comprende la envoltura externa de la porción ovoide de la primera parte metálica, y la carcasa interna es el espacio dentro de dicha envoltura externa, en el que está dispuesta la porción ovoide de la segunda parte metálica.
Las partes metálicas primera y segunda pueden comprender una porción en forma de varilla o de tronco que se extiende según un eje longitudinal desde la estructura portadora y el componente a aislar, en cuyo extremo se encuentra la porción ovoide. En esta configuración, el dispositivo de amortiguación puede adoptar la forma de una rótula. Más concretamente, la porción ovoide de la segunda parte metálica está dispuesta en el interior de la porción ovoide de la primera parte metálica, estando integrada en la estructura de amortiguación de elastómero sólido. Alternativamente, la porción ovoide de la segunda parte metálica puede estar separada de la porción ovoide de la primera parte metálica únicamente por la estructura de amortiguación. Alternativamente, la porción ovoide de la segunda parte metálica puede estar localmente en contacto con la porción ovoide de la primera parte metálica. Esta estructura proporciona una función de amortiguación de los distintos movimientos del componente a aislar con respecto a la estructura portadora, en particular desplazamientos axiales a lo largo del eje longitudinal de las varillas de las partes metálicas primera y segunda, desplazamientos transversales con respecto a este eje longitudinal, rotaciones en torno a este eje o flexiones en distintas direcciones.
La presente divulgación también se refiere a una aeronave que comprende un dispositivo de amortiguación según cualquiera de las realizaciones anteriores.
La presente divulgación también se refiere a un procedimiento de fabricación de un dispositivo de amortiguación para aeronaves según cualquiera de las realizaciones anteriores, comprendiendo el procedimiento de fabricación definido en la reivindicación 11:
- fabricar una estructura metálica mediante fabricación aditiva, comprendiendo la estructura metálica una primera parte metálica y una segunda parte metálica,
- adherir un elastómero líquido entre la primera parte metálica y la segunda parte metálica de manera que el elastómero líquido esté en contacto tanto con las paredes de la primera parte metálica como con las paredes de la segunda parte metálica,
- polimerizar el elastómero líquido, de manera que se obtenga una estructura de amortiguación de elastómero sólido. La primera parte metálica comprende un esqueleto externo y una carcasa interna dentro del esqueleto externo, y la segunda parte metálica está dispuesta al menos parcialmente dentro de la carcasa interna de la primera parte metálica, vertiéndose elastómero líquido en la carcasa interna de la primera parte metálica, polimerizándose entonces el elastómero en la carcasa interna para proporcionar una estructura de amortiguación elastomérica sólida.
Descripción de las figuras
La invención y sus ventajas se comprenderán mejor tras leer la siguiente descripción detallada de diversas realizaciones de la invención proporcionadas a modo de ejemplos no limitativos. Esta descripción se refiere a las páginas de figuras adjuntas, en las que:
[Figura 1] La figura 1 representa esquemáticamente una sección longitudinal de una parte de aeronave que comprende un dispositivo de amortiguación según la presente divulgación,
[Figuras 2A-2B] La figura 2A muestra una sección transversal del dispositivo de amortiguación de la figura 1 según una primera realización, y la figura 2B muestra una sección transversal del dispositivo de amortiguación de la figura 1 según un ejemplo modificado de la primera realización,
[Figura 3] La figura 3 muestra una sección transversal del dispositivo de amortiguación de la figura 1 en una segunda realización,
[Figuras 4A-4B] Las figuras 4A y 4B muestran una sección longitudinal de un dispositivo de amortiguación en una tercera realización,
[Figura 5] La figura 5 muestra una sección longitudinal de un dispositivo de amortiguación en una cuarta realización, [Figura 6] La figura 6 muestra un ejemplo modificado del dispositivo de amortiguación según la cuarta realización.Descripción detallada de la invención
La figura 1 representa esquemáticamente una vista en sección transversal de una parte de una aeronave 1 que comprende una estructura 200 portadora, por ejemplo una carcasa fija de la aeronave 1, un componente 300 a aislar, por ejemplo un pequeño conducto de fluido o una pequeña pieza de equipo tal como una caja eléctrica o una electroválvula, y un dispositivo 100 de amortiguación según la presente divulgación.
En este ejemplo, el dispositivo 100 de amortiguación es axisimétrico con respecto a una dirección X longitudinal, y está configurado para amortiguar los desplazamientos relativos del componente 300 a aislar con respecto a la estructura 200 portadora a lo largo o alrededor de esta dirección X longitudinal, o en direcciones transversales a esta dirección X longitudinal.
El dispositivo 100 de amortiguación comprende esencialmente dos materiales distintos, a saber, una estructura 101 metálica que comprende una primera parte 110 metálica y una segunda parte 120 metálica, y una estructura 130 de amortiguación de elastómero sólido. La estructura 101 metálica comprende, por ejemplo, titanio, una superaleación a base de níquel o aluminio, y la estructura 130 de amortiguación de elastómero sólido comprende, por ejemplo, poliuretano, neopreno o elastómero de butilo.
En el ejemplo de la figura 1, la primera parte 110 metálica tiene forma tubular, cuyo eje central corresponde a la dirección X longitudinal, y está fijada a la estructura 200 portadora, por ejemplo mediante soldadura, soldadura fuerte o atornillado. La primera parte 110 metálica comprende un esqueleto 111 externo, correspondiente a la pared del tubo, formando dicho esqueleto 111 externo una carcasa I interna, correspondiente al centro del tubo.
La segunda parte 120 metálica tiene forma cilíndrica, cuyo eje central corresponde también a la dirección X longitudinal, y se fija al componente 300 a aislar, por ejemplo mediante soldadura, soldadura fuerte o atornillado. Esta forma cilíndrica no es limitativa, ya que la segunda parte 120 metálica también puede tener una forma tubular, por ejemplo. Parte de la segunda parte 120 metálica está dispuesta en la carcasa I interna. En otras palabras, la segunda parte 120 metálica está parcialmente encajada en la primera parte 110 metálica.
La carcasa I interna está rellena, preferiblemente en su totalidad, por la estructura 130 de amortiguación de elastómero sólido. Por consiguiente, la parte de la segunda parte 130 metálica dispuesta en la carcasa I interna está integrada en el elastómero sólido de la estructura 130 de amortiguación.
En el siguiente párrafo se describirá un procedimiento de fabricación del dispositivo 100 de amortiguación.
La estructura 101 metálica se fabrica mediante fabricación aditiva, es decir, por fusión por láser de capas sucesivas de polvo metálico, por ejemplo un acero, una aleación de níquel (Inconel 718®, Waspaloy X®), una aleación de titanio o una aleación de aluminio. Por tanto, se entiende que la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica se fabrican en la misma operación, posiblemente como una sola pieza cuando la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica se unen mediante un elemento de conexión metálico. Cuando la primera parte 110 metálica está formada, y la segunda parte metálica está parcialmente dispuesta en la carcasa I interna de la primera parte 110 metálica, se vierte un elastómero en estado líquido en la carcasa I interna, con el fin de impregnar las paredes de la primera parte 110 metálica y de la segunda parte 120 metálica. A continuación, el elastómero líquido se solidifica por polimerización para formar la estructura 130 de amortiguación.
Las figuras 2A y 2B muestran una sección transversal, es decir, una sección perpendicular a la dirección X longitudinal, del dispositivo 100 de amortiguación de la figura 1, según una primera realización.
Según esta realización, las paredes de las partes 110, 120 metálicas primera y segunda, en contacto con la estructura 130 de amortiguación, no son lisas, sino que tienen una estructura 112, 122 de red al tresbolillo (representada por cruces en las figuras 2A y 2B). Más específicamente, la pared radialmente interna del esqueleto 111 externo de la primera parte 110 metálica comprende una primera red 112 al tresbolillo, y la pared radialmente externa de la segunda parte 120 metálica comprende una primera red 122 al tresbolillo. Cabe señalar que los términos “radialmente externa” o “radialmente interna” y sus derivados se consideran en relación con la dirección X longitudinal, siendo por tanto una dirección radial perpendicular a esta dirección X longitudinal. Esta configuración no es limitativa, ya que solo una de las partes metálicas primera y segunda puede comprender una estructura de red al tresbolillo, o solo una parte de la superficie de estas paredes puede comprender esta estructura, y no necesariamente toda la superficie.
Esta estructura 112, 122 de red al tresbolillo se proporciona durante la fabricación de la estructura 101 metálica mediante fabricación aditiva descrita anteriormente. Esta estructura puede, por ejemplo, adoptar la forma de una red mallada, alternando zonas sólidas y zonas vacías, de manera similar a una cuadrícula. Por consiguiente, cuando el elastómero líquido llena la carcasa I interna, se filtra en las zonas vacías entre estas mallas. Una vez que el elastómero se ha solidificado por polimerización, la unión entre el metal de la estructura 101 metálica y la estructura 130 de amortiguación mejora.
La figura 2A muestra un primer ejemplo de esta realización, en el que la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica están desconectadas, y separadas una con respecto a otra únicamente por la estructura 130 de amortiguación. En otras palabras, no hay conexión metálica entre estas dos partes metálicas.
La figura 2B muestra un segundo ejemplo de esta realización, en el que la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica están unidas por un elemento de conexión metálico. En otras palabras, la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica no están separadas una con respecto a otra únicamente por la estructura 130 de amortiguación, sino que también están conectadas por el elemento de conexión metálico. Este elemento de conexión metálico puede ser un primer elemento 141 de conexión metálico, que tiene una estructura de red al tresbolillo similar a la primera red 112 al tresbolillo y la segunda red 122 al tresbolillo, o un segundo elemento 142 de conexión metálico, que comprende alambres metálicos flexibles.
Aunque los elementos 141, 142 de conexión metálicos primero y segundo se muestran simultáneamente en la figura 2B, el dispositivo 100 de amortiguación puede comprender solo el primer elemento 141 de conexión metálico, o solo el segundo elemento 142 de conexión metálico. Además, en la sección ilustrada en la figura 2B, la carcasa I interna tiene la forma de un espacio anular. En esta figura, solo una parte de la circunferencia de este espacio anular está ocupada por el elemento de conexión metálico. Sin embargo, el primer elemento 141 de conexión metálico o el segundo elemento 142 de conexión metálico pueden estar presentes alrededor de toda la circunferencia de este espacio anular. De este modo, cuando la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica están unidas entre sí por el primer elemento 141 de conexión metálico, por ejemplo, en toda la circunferencia del espacio anular, la estructura 130 de amortiguación de elastómero sólido queda integrada entre cada malla, es decir, entre cada zona vacía de la estructura de red al tresbolillo del primer elemento 141 de conexión metálico.
El elemento 141, 142 de conexión metálico primero o segundo se fabrican en la misma operación que la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica, durante la fabricación de la estructura 101 metálica por fabricación aditiva. La estructura 101 metálica forma así una pieza de una sola pieza, que comprende la primera parte 110 metálica, la segunda parte 120 metálica y el elemento 141 y/o 142 de conexión metálico. De este modo, cuando el elastómero líquido se vierte en la carcasa I interna durante la fabricación del dispositivo 100 de amortiguación, los elementos 141 o 142 de conexión metálicos también quedan impregnados por este elastómero, y atrapados en este elastómero después de que este último se haya endurecido por polimerización.
La figura 3 muestra una sección transversal, es decir, una sección perpendicular a la dirección X longitudinal, del dispositivo 100 de amortiguación de la figura 1, según una segunda realización.
Según esta realización, las paredes de las partes 110, 120 metálicas primera y segunda, en contacto con la estructura 130 de amortiguación, no son lisas, sino que comprenden elementos que sobresalen de estas superficies. Más concretamente, la pared radialmente interna del esqueleto 111 externo de la primera parte 110 metálica comprende paredes 114 metálicas radiales que sobresalen de dicha pared radialmente interna del esqueleto 111 externo, en dirección al centro del dispositivo de amortiguación, es decir, en dirección a la dirección X longitudinal. Aunque en la figura 3 solo una parte de la circunferencia de la primera parte 110 metálica comprende dichas paredes 114 metálicas radiales, éstas se distribuyen preferiblemente en intervalos regulares por toda la circunferencia de la primera parte 110 metálica.
Además, la pared radialmente externa de la segunda parte 120 metálica comprende ejes, o varillas 150, que sobresalen de dicha pared radialmente externa de la segunda parte 120 metálica, en dirección contraria a la dirección X longitudinal. Estas varillas 150 comprenden cada una un brazo 152 de conexión que sobresale desde la segunda parte 120 metálica, hasta un extremo libre dispuesto en la estructura 130 de amortiguación, comprendiendo este extremo libre una protuberancia 151, que tiene una forma esférica, por ejemplo. La estructura del dispositivo 100 de amortiguación representada en la figura 3 tiene así una forma radiante o de diente de león. La forma esférica de los extremos libres no es limitativa; se pueden prever otras formas, como una forma cúbica, siempre que el extremo libre de estas varillas 150 aumente la superficie de contacto, y por tanto la cizalladura, entre la estructura 101 metálica y la estructura 130 de amortiguación.
Las varillas 150 pueden ser de diferentes longitudes. En el ejemplo de la figura 3 se muestran varillas 150 de dos longitudes diferentes. Las varillas 150 más largas están configuradas de modo que la protuberancia 151 esférica de su extremo libre esté dispuesta entre dos paredes metálicas 114 radiales adyacentes. Las varillas 150 se distribuyen preferiblemente por toda la circunferencia del espacio anular entre la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica. El dispositivo 100 de amortiguación comprende un número de varillas 150 superior a diez, preferiblemente superior a treinta, aún más preferiblemente superior a cincuenta.
Las paredes 114 metálicas radiales y las varillas 150 se fabrican en la misma operación que la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica, durante la fabricación de la estructura 101 metálica por fabricación aditiva. Según esta realización, la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica son dos partes independientes una con respecto a otra, conectadas entre sí únicamente por la estructura 130 de amortiguación de elastómero sólido. Cuando el elastómero líquido se vierte en la carcasa I interna durante la fabricación del dispositivo 100 de amortiguación, las paredes 114 metálicas radiales y las varillas 150 también se impregnan de este elastómero, y quedan atrapadas en este elastómero después de que este último se haya endurecido por polimerización.
Las figuras 4A y 4B muestran una sección longitudinal, es decir, una sección paralela a la dirección X longitudinal, del dispositivo 100 de amortiguación según una tercera realización.
Según esta realización, cada una de las partes 110, 120 metálicas primera y segunda, no tiene una forma de revolución como la forma tubular o cilíndrica según las realizaciones primera y segunda, sino que tiene una estructura ramificada, o estructura de árbol. En particular, el esqueleto 111 externo de la primera parte 110 metálica comprende las ramas de la estructura ramificada, y la carcasa I interna comprende los espacios entre estas ramas. Según esta realización, la carcasa I interna comprende también el espacio alrededor de estas ramas, en particular en las proximidades del vértice de estas ramas.
La primera parte 110 metálica comprende un único tronco 115 principal integrado en la estructura 200 portadora (no representada en la figura 4), y que se extiende en la dirección X longitudinal desde dicha estructura 200 portadora. Este tronco 115 principal se divide a continuación en dos o más ramas secundarias, que a su vez se dividen en varias ramas, hasta los vértices 113 de cada rama de la estructura ramificada. Del mismo modo, la segunda parte 120 metálica comprende un único tronco 125 principal integrado en el componente 300 a aislar (no representado en la figura 4), y que se extiende en la dirección X longitudinal a partir de este componente 300 a aislar. Este tronco 125 principal se divide entonces en dos o más ramas secundarias, que a su vez se dividen en varias ramas, hasta los vértices 123 de cada rama de la estructura ramificada. Estos vértices 123 están configurados para disponerse al menos en parte en la carcasa I interna, es decir, en los espacios entre las ramas de la estructura ramificada de la primera parte 110 metálica.
De este modo, cuando el elastómero líquido se vierte en la carcasa I interna durante la fabricación del dispositivo 100 de amortiguación, los vértices 113 y 123 también quedan impregnados por este elastómero, y quedan atrapados en el mismo después de que éste se haya endurecido por polimerización.
La figura 4A muestra un primer ejemplo de esta realización, en el que los vértices 113 y 123 respectivos de la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica están desconectados uno con respecto a otro. En otras palabras, la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica están desconectadas y separadas una con respecto a otra únicamente por la estructura 130 de amortiguación. Por tanto, no hay conexión metálica entre estas dos partes metálicas. Además, por motivos de claridad, y para ilustrar el hecho de que los vértices 113 y 123 están desconectados uno con respecto a otro, los vértices 113 y 123 de las ramas se muestran a distancia unos de otros. No obstante, en el estado inicial, los vértices 123 de la estructura ramificada de la segunda parte 120 metálica pueden disponerse en los espacios entre los vértices 113 de la estructura ramificada de la primera parte 110 metálica, enredándose entre las ramas de esta última.
La figura 4B muestra un segundo ejemplo de esta realización, en el que la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica están unidas por un elemento de conexión metálico. En otras palabras, la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica no están separadas una con respecto a otra únicamente por la estructura 130 de amortiguación, sino que también están conectadas por el elemento de conexión metálico. En este ejemplo, el elemento de conexión metálico es de hecho una extensión de los respectivos extremos de las ramas de la estructura ramificada de las partes 110, 120 metálicas primera y segunda, de tal manera que al menos algunos de los vértices 113 y 123 están unidos entre sí. La primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica se producen durante la fabricación de la estructura 101 metálica mediante fabricación aditiva. La estructura 101 metálica se forma así de una sola pieza, que comprende la estructura ramificada de la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica, de manera que al menos algunos de los vértices 113 y 123 están unidos entre sí.
La figura 5 muestra una sección longitudinal, es decir, una sección paralela a la dirección X longitudinal, del dispositivo 100 de amortiguación según una cuarta realización.
En esta realización, las partes 110, 120 metálicas primera y segunda no tienen una forma tubular o cilindrica como en las realizaciones primera y segunda, sino que tienen una estructura ovoide o en forma de cebolla.
Más concretamente, la primera parte 110 metálica comprende un tronco 117 principal integrado en la estructura 200 portadora (no representada en la figura 5), y que se extiende en la dirección X longitudinal desde esta estructura 200 portadora. Este tronco 117 principal comprende en su extremo una porción ovoide 118. Esta porción ovoide 118 constituye el esqueleto 111 externo de la primera parte 110 metálica.
Del mismo modo, la segunda parte 120 metálica comprende un tronco 127 principal integrado en el componente 300 a aislar (no representado en la figura 5), y que se extiende en la dirección X longitudinal a partir de este componente 300 a aislar. Este tronco 127 principal comprende en su extremo una porción 128 ovoide. Esta porción ovoide en forma de cebolla 128 está dispuesta en la carcasa I interna de la primera parte 110 metálica, estando integrada en la estructura 130 de amortiguación de elastómero sólido presente en esta carcasa I interna.
Según esta configuración, el dispositivo 100 de amortiguación adopta así la forma de una rótula que permite acompañar y amortiguar los movimientos entre el elemento 300 a aislar y la estructura 200 portadora, en la dirección X longitudinal, pero también en las direcciones transversales a esta dirección X longitudinal, y los movimientos de rotación alrededor de estas diferentes direcciones. Además, en caso de movimientos de amplitud significativa entre la estructura 200 portadora y el componente 300 a aislar, es probable que la porción 128 ovoide entre en contacto con la porción 118 ovoide en direcciones transversales a la dirección X longitudinal, pero también en la dirección X longitudinal. En efecto, la porción 118 ovoide comprende, en su extremo, una abertura 118a a través de la cual se engancha el tronco 127 de la segunda parte 120 metálica, teniendo esta abertura 118a un diámetro menor que el diámetro de la porción 128 ovoide, dispuesta en el interior de la porción 118 ovoide.
En esta realización, la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica son independientes y están separadas una con respecto a otra únicamente por la estructura 130 de amortiguación. Por tanto, no existe ninguna conexión metálica entre estas dos partes metálicas.
Alternativamente (no se muestra), al menos algunas de las porciones 118 y 128 ovoides de la primera parte 110 metálica y la segunda parte 120 metálica, respectivamente, pueden estar unidas entre sí. Por ejemplo, la porción 128 ovoide puede comprender protuberancias fibrosas en su superficie, estando estas protuberancias conectadas a la superficie de la porción 118 ovoide. Cada uno de estos brazos de conexión puede disponerse preferiblemente en espiral alrededor de la dirección X longitudinal, de modo que conecte las dos porciones 118, 128 ovoides. Este patrón hace posible generar una rotación del componente 300 a aislar con respecto a la estructura 200 portadora, cuando el componente 300 a aislar se aleja de la estructura 200 portadora. La generación de dicha rotación permite aumentar las tensiones de cizalladura en el elastómero 130 sólido, así como el volumen de las zonas de la estructura 130 de amortiguación que están altamente cizalladas, con el fin de aumentar el poder disipativo, y por tanto el poder de amortiguación, del dispositivo 100 de amortiguación. Una parte de los brazos de conexión en espiral puede estar dispuesta en un primer patrón, en el que cada uno de los brazos está orientado en espiral en el sentido de las agujas del reloj, y otra parte de los brazos de conexión en espiral puede estar dispuesta en un segundo patrón, en el que cada uno de los brazos está orientado en espiral en sentido contrario a las agujas del reloj. De este modo se evita un acoplamiento de tipo “tracción-torsión”.
La figura 6 muestra un ejemplo modificado del dispositivo 100 de amortiguación mostrado en la figura 5.
Según este ejemplo, las partes 110, 120 metálicas primera y segunda comprenden, en el extremo de sus troncos 117, 127 principales respectivos, una pluralidad de porciones 119, 129 alargadas, intercaladas entre sí. El esqueleto 111 externo de la primera parte 110 metálica comprende las porciones 119 alargadas, y la carcasa I interna son los espacios entre estas porciones 119 alargadas, que comprenden la estructura 130 de amortiguación de elastómero sólido.
Según esta configuración, el dispositivo 100 de amortiguación toma así la forma de un “tulipán” o de una “rótula”, permitiendo acompañar y amortiguar los movimientos entre el componente 300 a aislar y la estructura 200 portadora, en la dirección X longitudinal, pero también en las direcciones transversales a esta dirección X longitudinal. Sin embargo, según esta configuración, en caso de movimientos de amplitud significativa entre la estructura 200 portadora y el componente 300 a aislar, es probable que las porciones 129 alargadas hagan tope contra las porciones 119 alargadas, en las direcciones transversales a la dirección X longitudinal únicamente. De hecho, si el componente 300 a aislar y la estructura 200 portadora se alejan, las partes 110, 120 metálicas primera y segunda no hacen tope una contra otra en la dirección X longitudinal, siendo los diámetros de las porciones 129 alargadas menores que los diámetros de los espacios entre las porciones 119 alargadas, en los que las porciones alargadas 129 están encajadas.
Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a ejemplos de realización específicos, resulta evidente que pueden realizarse modificaciones y cambios en estos ejemplos sin alejarse del alcance general de la invención tal como se define en las reivindicaciones. En particular, las características individuales de las diversas realizaciones ilustradas/mencionadas pueden combinarse en realizaciones adicionales. En consecuencia, la descripción y los dibujos deben considerarse en un sentido ilustrativo y no restrictivo.
También resulta evidente que todas las características descritas con referencia a un procedimiento pueden aplicarse, solas o en combinación, a un dispositivo, y a la inversa, todas las características descritas con referencia a un dispositivo pueden aplicarse, solas o en combinación, a un procedimiento.
Claims (11)
1. Dispositivo (100) de amortiguación para una aeronave (1), configurado para amortiguar las vibraciones entre un componente (300) a aislar y una estructura (200) portadora de la aeronave (1), comprendiendo el dispositivo (100) de amortiguación:
- una estructura (101) metálica obtenida por fabricación aditiva y que comprende una primera parte (110) metálica configurada para fijarse a uno del componente (300) a aislar o a la estructura (200) portadora, y una segunda parte (120) metálica configurada para fijarse al otro del componente (300) a aislar o a la estructura (200) portadora, - una estructura (130) de amortiguación de elastómero sólido dispuesta entre la primera parte (110) metálica y la segunda parte (120) metálica, de modo que esté en contacto tanto con las paredes de la primera parte (110) metálica como con las paredes de la segunda parte (120) metálica, obteniéndose la estructura (101) metálica mediante fabricación aditiva, de manera que al menos una parte de la superficie de la primera parte (110) metálica y/o de la segunda parte (120) metálica, en contacto con la estructura (130) de amortiguación, presenta una estructura (112, 122) de red al tresbolillo,caracterizada por quela primera parte (110) metálica comprende un esqueleto (111) externo y una carcasa (I) interna dentro del esqueleto (111) externo, estando la estructura (130) de amortiguación de elastómero sólido dispuesta en la carcasa (I) interna, y estando la segunda parte (120) metálica dispuesta al menos parcialmente dentro de la carcasa (I) interna de la primera parte (110) metálica.
2. Dispositivo (100) de amortiguación según la reivindicación 1, en el que las partes (110, 120) metálicas primera y segunda son dos partes distintas unidas entre sí únicamente por la estructura (130) de amortiguación.
3. Dispositivo (100) de amortiguación según la reivindicación 1, en el que la estructura (101) metálica comprende al menos un elemento (141, 142) de conexión metálico, estando las partes (110, 120) metálicas primera y segunda conectadas entre sí por la estructura (130) de amortiguación y por el elemento (141, 142) de conexión metálico.
4. Dispositivo (100) de amortiguación según la reivindicación 3, en el que el elemento (141, 142) de conexión metálico tiene una estructura de red (141) al tresbolillo, o es un alambre (142) metálico flexible.
5. Dispositivo (100) de amortiguación según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que al menos la primera parte (110) metálica presenta forma de tubo que comprende un eje (X) longitudinal, estando la segunda parte (120) metálica dispuesta al menos parcialmente en el espacio interior del tubo.
6. Dispositivo (100) de amortiguación según la reivindicación 5, que comprende una pluralidad de varillas (150) metálicas radiales que se extienden en la estructura (130) de amortiguación, sobresaliendo radialmente desde la primera parte (110) metálica o la segunda parte (120) metálica, y comprendiendo un extremo (151) libre dispuesto en la estructura (130) de amortiguación.
7. Dispositivo (100) de amortiguación según la reivindicación 6, que comprende paredes (114) metálicas radiales que sobresalen de una de la primera parte (110) metálica o de la segunda parte (120) metálica, estando los extremos (151) libres de al menos algunas de las varillas (150) metálicas que sobresalen de la otra de la primera parte (110) metálica o de la segunda parte (120) metálica dispuestos entre dos paredes (114) metálicas.
8. Dispositivo (100) de amortiguación para una aeronave (1), configurado para amortiguar las vibraciones entre un componente (300) a aislar y una estructura (200) portadora de la aeronave (1), comprendiendo el dispositivo (100) de amortiguación:
- una estructura (101) metálica obtenida por fabricación aditiva y que comprende una primera parte (110) metálica configurada para fijarse a uno del componente (300) a aislar o la estructura (200) portadora, y una segunda parte (120) metálica configurada para fijarse al otro del componente (300) a aislar o la estructura (200) portadora, - una estructura (130) de amortiguación de elastómero sólido dispuesta entre la primera parte (110) metálica y la segunda parte (120) metálica de modo que esté en contacto tanto con las paredes de la primera parte (110) metálica como con las paredes de la segunda parte (120) metálica, obteniéndose la estructura (101) metálica mediante fabricación aditiva de modo que al menos una parte de la superficie de la primera parte (110) metálica y/o de la segunda parte (120) metálica en contacto con la estructura (130) de amortiguación, tiene una estructura (112, 122) de red al tresbolillo,caracterizada por quelas partes (110, 120) metálicas primera y segunda tienen una estructura ramificada, que comprende un tronco principal que se extiende en una dirección principal y que está fijado a la estructura portadora y al componente a aislar, dividiéndose el tronco principal en dos o más ramas secundarias, dividiéndose a su vez en una pluralidad de ramas, hasta un vértice de la estructura ramificada, estando la estructura (130) de amortiguación de elastómero sólido dispuesta entre la primera parte (110) metálica y la segunda parte (120) metálica de manera que está en contacto tanto con ramas de la estructura ramificada de la primera parte (110) metálica como con ramas de la estructura ramificada de la primera parte (120) metálica.
9. Dispositivo (100) de amortiguación según la reivindicación 1, en el que las partes (110, 120) metálicas primera y segunda comprenden una porción (118, 128) ovoide, estando la porción (128) ovoide de la segunda parte (120) metálica dispuesta dentro de la porción (118) ovoide de la primera parte (110) metálica.
10. Aeronave (1) que comprende un dispositivo (100) de amortiguación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
11. Procedimiento de fabricación de un dispositivo (100) de amortiguación para una aeronave (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, 9 y 10, que comprende:
- fabricar la estructura (101) metálica mediante fabricación aditiva, comprendiendo la estructura (101) metálica una primera parte (110) metálica y una segunda parte (120) metálica, comprendiendo la primera parte (110) metálica un esqueleto (111) externo y una carcasa (I) interna dentro del esqueleto (111) externo, estando la segunda parte (120) metálica dispuesta al menos en parte dentro de la carcasa (I) interna de la primera parte (110) metálica,
- verter un elastómero líquido en la carcasa (I) interna de la primera parte (110) metálica entre la primera parte (110) metálica y la segunda parte (120) metálica, de modo que el elastómero líquido está en contacto tanto con las paredes de la primera parte (110) metálica como con las paredes de la segunda parte (120) metálica,
- polimerizar el elastómero líquido en la carcasa (I) interna para obtener una estructura (130) de amortiguación de elastómero sólido, obteniéndose la estructura (101) metálica por fabricación aditiva de manera que al menos una parte de la superficie de la primera parte (110) metálica y/o de la segunda parte (120) metálica, en contacto con la estructura (130) de amortiguación, presenta una estructura (112, 122) de red al tresbolillo.
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2021
- 2021-10-11 ES ES21201811T patent/ES2993499T3/es active Active
- 2021-10-11 EP EP21201811.3A patent/EP3982002B1/fr active Active
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| Publication number | Publication date |
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| EP3982002A1 (fr) | 2022-04-13 |
| FR3115083B1 (fr) | 2023-10-20 |
| FR3115083A1 (fr) | 2022-04-15 |
| EP3982002B1 (fr) | 2024-08-14 |
| EP3982002C0 (fr) | 2024-08-14 |
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