ITTO20120284A1 - Sistema azionamento settori appartenenti ad un dispositivo per la realizzazione di una sezione di fusoliera di un aereo - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“SISTEMA AZIONAMENTO SETTORI APPARTENENTI AD UN DISPOSITIVO PER LA REALIZZAZIONE DI UNA SEZIONE DI FUSOLIERA DI UN AEREOâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un sistema di azionamento settori appartenenti ad un dispositivo per la realizzazione di una sezione di fusoliera di un aereo.

La domanda di brevetto PCT WO 2007/148301 descrive un dispositivo per la realizzazione di una sezione di fusoliera di un aereo in cui un mandrino di laminazione à ̈ delimitato da una superficie esterna che definisce un solido di rotazione (in particolare un cilindro) rispetto ad un asse di simmetria. Il mandrino di laminazione à ̈ atto a ricevere e supportare un nastro di materiale sintetico impregnato che viene avvolto e depositato sulla superficie esterna del mandrino stesso in una fase di laminazione realizzando una pluralità di strati sovrapposti. Tali strati sovrapposti sono sottoposti ad un successivo processo di polimerizzazione sotto vuoto in autoclave ad alta temperatura per realizzare una sezione strutturale dell’aereo (tipicamente una porzione tubolare di fusoliera).

Il mandrino di laminazione comprende una pluralità di settori angolarmente spaziati attorno all’asse e portati da guide che si estendono radialmente da una struttura reticolare di supporto. I settori sono mobili tra: una posizione espansa di laminazione in cui i settori presentano bordi rettilinei maggiori paralleli all’asse accostati tra di loro e le superfici esterne dei settori opposte all’asse definiscono la superficie esterna; e una posizione contratta di smontaggio in cui i settori si avvicinano all’asse allontanandosi dalla traccia della superficie per permettere l’estrazione del mandrino di laminazione dalla sezione strutturale dell’aereo al temine del processo di polimerizzazione sotto vuoto.

Nella posizione espansa di laminazione à ̈ essenziale che i settori mantengano uno rispetto all’altro una posizione angolarmente ed assialmente stabile in quanto eventuali minimi spostamenti tra le parti possono modificare in modo irreparabile la geometria della sezione strutturale. Ad esempio la richiedente di brevetto ha rilevato come un mandrino di laminazione utilizzato per la realizzazione di sezioni strutturali di aerei passeggeri di grandi dimensioni debba presentare basse tolleranze dimensionali, inferiori – ad esempio – a 0,5 mm.

Il movimento di ogni settore dalla posizione espansa di laminazione a quella contratta di smontaggio viene normalmente realizzato mediante un sistema di azionamento vite – madre vite azionato da un motore elettrico disposto sulla struttura reticolare di supporto.

Tali viti sono normalmente realizzate in acciaio che come à ̈ noto à ̈ un metallo si dilata sensibilmente ad alte temperature; la richiedente di brevetto ha infatti osservato che alle temperature normalmente raggiunte in autoclave (attorno ai 200-300 C°) le viti normalmente utilizzate si allungano di alcuni mm (ad esempio una diecina di mm) realizzando lo spostamento dei settori dalla posizione di laminazione espansa raggiunta a freddo ad una posizione espansa in cui la superficie esterna presenta un diametro maggiore rispetto a quello della superficie esterna sempre definita a freddo.

Tale fenomeno fa si che la sezione strutturale dell’aereo realizzata presenti dimensioni non conformi a quelle di progetto e non possa pertanto essere utilizzata (ad esempio in quanto non in grado di accopparsi con altre sezioni). E’ pertanto sentita l’esigenza di realizzare un sistema di azionamento settori che risolva il problema tecnico sopra evidenziato e che non sia sensibile ai cicli termici realizzati in autoclave.

Il precedente scopo à ̈ raggiunto dalla presente invenzione in quanto essa ad un sistema di azionamento settori appartenenti ad un dispositivo per la realizzazione di una sezione di fusoliera di un aereo in cui un mandrino di laminazione à ̈ delimitato da una superficie esterna che definisce un solido di rotazione rispetto ad un asse di simmetria; detto mandrino di laminazione à ̈ atto a ricevere e supportare un nastro di materiale sintetico impregnato che viene depositato ed avvolto sulla superficie esterna realizzando una pluralità di strati sovrapposti che sono sottoposti ad un processo di polimerizzazione sotto vuoto ad alta temperatura per realizzare una sezione strutturale dell’aereo; il mandrino di laminazione comprende una pluralità di settori angolarmente spaziati attorno all’asse e mobili lungo guide tra: - una posizione espansa di laminazione in cui i settori presentano bordi rettilinei maggiori paralleli all’asse accostati tra di loro e le superfici esterne dei settori opposte all’asse definiscono congiuntamente la detta superficie esterna; e - una posizione contratta di smontaggio in cui almeno parte di detti settori si avvicina all’asse allontanandosi dalla traccia della superficie per ridurre gli ingombri radiali del mandrino e permettere l’estrazione del mandrino stesso dalla sezione strutturale dell’aereo; ciascun settore essendo provvisto di un sistema di azionamento del tipo vite - madre vite comprendente un elemento rettilineo filettato estendentesi lungo un asse radiale di rotazione, una madrevite e mezzi motori, caratterizzato dal fatto che detto elemento rettilineo filettato comprende uno albero interno realizzato in un primo materiale ed estendentesi lungo detto asse di rotazione ed una porzione tubolare esterna realizzata in un secondo materiale, montata assialmente su una porzione di detto albero interno e provvista esternamente di detta filettatura; detto primo materiale presentando un coefficiente di dilatazione minore rispetto al coefficiente di dilatazione del secondo materiale; tra detto albero interno e detta porzione tubolare esterna sono previsti mezzi di vincolo atti ad impedire lo spostamento angolare della porzione tubolare esterna rispetto all’albero interno consentendo uno scorrimento lineare della porzione tubolare esterna rispetto all’albero interno; una prima porzione di estremità della porzione tubolare esterna essendo collegata ad una rispettiva porzione di estremità del detto albero interno; una sollecitazione termica applicata al detto elemento filettato producendo uno scorrimento di una seconda porzione di estremità libera della porzione tubolare esterna rispetto all’albero interno in modo tale che detta sollecitazione non produca un allungamento complessivo dell’elemento rettilineo filettato e ciascun settore permanga nella posizione espansa di laminazione precedentemente definita anche in seguito a detta sollecitazione termica.

L’invenzione verrà ora illustrata con riferimento alle figure allegate che ne rappresentano un esempio preferito di attuazione in cui:

- la figura 1 illustra - in vista prospettica - un dispositivo per la realizzazione di una sezione di fusoliera di un aereo che utilizza un sistema di azionamento secondo l’invenzione ;

- la figura 2 illustra - in vista prospettica la struttura interna del dispositivo illustrato nella figura 1;

- la figura 3 illustra in vista laterale ed in scala ingrandita una sezione trasversale del dispositivo illustrato nelle figure 1 e 2 che evidenzia il sistema di azionamento realizzato secondo l’invenzione;- la figura 4 illustra in sezione longitudinale una porzione del sistema di azionamento in una prima posizione operativa chiusa;

- la figura 5 illustra in sezione longitudinale una porzione del sistema di azionamento in una seconda posizione operativa aperta.

Nelle figure 3, 4 e 5 Ã ̈ indicato con 1, nel suo insieme, un sistema di azionamento settori appartenenti ad un dispositivo 2 (figura 1) per la realizzazione di una sezione di fusoliera di un aereo.

In particolare il dispositivo 2 (figura 1) comprende un mandrino di laminazione 4 delimitato da una superficie esterna 5 che definisce un solido di rotazione rispetto ad un asse di simmetria 7. Il mandrino di laminazione 4 à ̈ atto a ricevere e supportare un nastro di materiale sintetico impregnato che viene depositato ed avvolto sulla superficie esterna 5 realizzando una pluralità di strati sovrapposti che ricoprono completamente ed in modo uniforme la superficie 5. Il nastro di materiale sintetico (ad esempio fibra di carbonio) viene depositato da una testa di laminazione (di tipo noto - non illustrata) sul mandrino di laminazione 4.

Ad esempio, la deposizione del nastro può avvenire facendo ruotare il mandrino 4 attorno all’asse 7 e facendo traslare in modo coordinato la testa di laminazione (non illustrata) lungo l’asse 7 stesso. Ad esempio, la domanda di brevetto US2005/0039843 illustra una testa di laminazione. Al temine della laminazione del nastro, il nastro di materiale composito impregnato viene sottoposto ad un processo di polimerizzazione sotto vuoto per realizzare una sezione strutturale tubolare dell’aereo. Tale processo viene operato disponendo il mandrino di laminazione 4 in autoclave (non illustrata) e realizzando un ciclo termico di riscaldamento di tipo noto.

Nell’esempio rappresentato la superficie esterna 5 à ̈ cilindrica ed il mandrino di laminazione 4 viene utilizzato per realizzare una porzione tubolare cilindrica della fusoliera dell’aereo.

Il mandrino di laminazione 4 comprende una pluralità di settori 12 (nelle figure 5 e 6 sono illustrati – a titolo di esempio – sei settori 12) angolarmente spaziati attorno all’asse 7 e portati da una struttura di supporto 10 (rappresentata schematicamente in figura 2) che si estende linearmente lungo l’asse 7.

I settori 12 sono mobili tra:

- una posizione espansa di laminazione (figure 1 e 5) in cui i settori 12 presentano bordi rettilinei maggiori 13 paralleli all’asse 7 accostati tra di loro e le superfici esterne dei settori 12 opposte all’asse 7 sono contigue tra di loro e definiscono - nel loro insieme - la superficie cilindrica 5; e

- una posizione contratta di smontaggio (figura 5) in cui i settori 12 si avvicinano all’asse 7 allontanandosi dalla traccia della superficie 5 riducendo gli ingombri radiali del mandrino 4 per permettere l’estrazione del mandrino 4 dalla sezione strutturale dell’aereo al termine del processo.

La struttura di supporto 10 si estende tra una prima ed una seconda porzione anulare di estremità 16a, 16b (figura 2) ciascuna delle quali à ̈ provvista di una rispettiva porzione di estremità di forma troncoconica 17a, 17b che si estende assialmente.

Le porzioni di estremità troncoconica 17a, 17b sono realizzate in materiale metallico e delimitano ciascuna una apertura centrale 18 coassiale all’asse 7.

La domanda di brevetto WO 2007/148301 fornisce un esempio di realizzazione e di uso di una struttura del tipo sopra detto e delle porzioni di estremità 17a, 17b.

Ciascun settore 12 comprende una parete metallica curva 20 (figure 3, 5 e 6) la quale in sezione trasversale presenta profilo ad arco di cerchio con apertura di 60° e centro nell’asse 7 ed una struttura di irrigidimento 21 formata da una pluralità di centine 21 spaziate assialmente tra di loro e rivolte verso l’interno del mandrino 4 per impedire flessioni/deformazioni della parete 20 assicurando che la superficie 5 si mantenga perfettamente cilindrica e coassiale all’asse 7.

I bordi adiacenti 13 di due settori 12 contigui sono atti a disporsi uno sopra l’altro in una regione perimetrale di sovrapposizione 13s (figura 4).

Tra la struttura di irrigidimento 21 di ciascun settore 12 e la struttura di supporto à ̈ prevista una coppia di guide rettilinee 17 (di tipo noto e pertanto non ulteriormente illustrate) atte a supportare il settore 12 e consentire un moto di traslazione lineare, in direzione radiale rispetto all’asse 7 e con versi opposti, di ciascuna parete curva 20 tra la posizione espansa di laminazione e quella contratta.

Il movimento di ciascun settore à ̈ realizzato da di un sistema di azionamento 27 (illustrato in scala ingrandita in figura 3) interposto tra la coppia di guide 15 e provvisto di un motore elettrico 28 (figura 3, rappresentato schematicamente) configurato per realizzare il moto di traslazione sopra detto.

Sempre secondo la presente invenzione il sistema di azionamento 27 à ̈ del tipo vite - madre vite e comprende una madrevite 29 portata dalla struttura di supporto 10 ed azionata in rotazione dal motore 28 (per semplicità illustrativa nella figura 3 non à ̈ illustrata la trasmissione) ed un elemento filettato rettilineo 31 accoppiato con la madrevite 29 ed avente una estremità connessa alla struttura di irrigidimento 21 di un settore 12. L’elemento filettato rettilineo 31 si estende in direzione radiale lungo un asse 32 che giace su un piano perpendicolare all’asse 7.

In alternativa la madrevite 29 potrebbe essere disposta sulla struttura di irrigidimento 21 di un settore 12 e l’elemento filettato 31 portato dalla struttura di supporto 10 ed azionata in rotazione dal motore 28.

L’elemento filettato 31 comprende un albero interno 33 (figura 3) realizzato in un primo materiale metallico ed estendentesi lungo l’asse di rotazione 32 ed una porzione tubolare cilindrica 34 esterna realizzata in un secondo materiale metallico, montata assialmente su una porzione dell’ albero 33 e provvista esternamente di una filettatura 35 che si ingrana con la madrevite 39 che à ̈ appunto portata dalla struttura di supporto 10 e posta in rotazione dal motore elettrico 28 (come sopra evidenziato, per semplicità descrittiva la trasmissione interposta tra l’albero di uscita del motore 28 e la madrevite 29 non à ̈ rappresentata). La lunghezza della porzione tubolare esterna 34 à ̈ circa eguale alla lunghezza dell’albero interno 33 che viene così ricoperto per quasi tutta la sua lunghezza e contenuto all’interno di una cavità cilindrica definita dalla porzione tubolare 34.

Il primo materiale metallico (ad esempio INVAR 36) presenta un coefficiente di dilatazione minore rispetto al coefficiente di dilatazione del secondo materiale metallico (ad esempio acciaio).

Ad empio l’acciaio può presentare il seguente coefficiente di dilatazione termica (espressi in mm/C°)

aio legato 18NiCrMo5 0,0124 aio legato 34CrNiMo6 0,0124 aio legato 42 CrMo 4 0,0124 Acciaio per cilindri St35 - St37 0,0124 Acciaio per cilindri ST 52 0,0124 Acciaio per cilindri ST E 460 0,0124 Acciaio INOX<AISI 304>0,0165X5CrNi 18-10

Acciaio INOX<AISI 316>0,0165X5CrNiMo 17-12-2

aio INOX<AISI 410>

X12 Cr 130,011 aio INOX<AISI 420>

X30 Cr 130,011 aio INOX<AISI 430>

X6 Cr 170,01 aio INOX<AISI 630>

X5CrNiCuNb 16-40,011 aio INOX<AISI 904>

X1NiCrMoCu25-20-50,0161 X temprato X105 Cr Mo 17

Come à ̈ noto, l'Invar à ̈ una lega metallica composta

principalmente di ferro (64%) e nichel (36%), con tracce di

carbonio e cromo, scoperta dal fisico svizzero Premio Nobel

Charles Edouard Guillaume. Il suo coefficiente di

dilatazione termica (circa 10-6 K-1 in lunghezza) Ã ̈ circa

un decimo rispetto a quello dell'acciaio.

Il secondo materiale metallico presenta invece un

coefficiente di dilatazione maggiore rispetto al

coefficiente di dilatazione del primo materiale ma ha

caratteristiche di resistenza meccanica migliori rispetto a

quelle presentate dal primo materiale.

L’albero 33 presenta una prima porzione di estremità

33a da cui si estende una piastra rettangolare 36 che a sua volta à ̈ incernierata ad una staffa 37 che si estende radialmente dalla struttura di irrigidimento 21 verso l’asse 7.

La prima porzione di estremità 33a non à ̈ ricoperta dalla porzione tubolare cilindrica 34 e presenta diametro minore rispetto alla porzione dell’albero 33 ricoperto dalla porzione cilindrica 34.

Una seconda porzione di estremità 33b dell’albero 33 à ̈ provvista di un foro assiale alloggiante una porzione terminale di una vite 46 utilizzata per fissare stabilmente una prima porzione di estremità 34a della porzione tubolare 34 all’albero 33.

Tra l’albero interno 33 e la porzione tubolare sono previsti mezzi di vincolo angolare 38 atti ad impedire lo spostamento angolare della porzione tubolare 34 rispetto all’albero interno 33 (e quindi consentendo il trasferimento della coppia generata dal motore elettrico 28 all’albero 33) ma consentendo uno scorrimento lineare della porzione tubolare 34 rispetto all’albero interno 33 in seguito ad una sollecitazione termica applicata all’elemento filettato 31 nel suo insieme.

Ad esempio, i mezzi di vincolo 38 possono essere realizzati da una pluralità di nervature longitudinali 50 (ad esempio a sezione triangolare – figura 3) realizzate sulla superficie esterna di una porzione teminale dell’albero interno 33 ed atte ad accoppiarsi con relative scanalature longitudinali 52 realizzate sulla superficie interna di una porzione terminale della porzione tubolare 34.

In questo modo un aumento della temperatura applicato all’elemento filettato 1 (l’aumento della temperatura à ̈ causato da ciclo termico realizzato in autoclave) produce una defomazione della porzione tubolare 34 che si allunga realizzando lo spostamento della seconda porzione di estremità 34b della porzione tubolare verso la piastra 35 (i mezzi di vincolo 38 permettono uno scorrimento relativo tra le parti e la seconda porzione di estremità 34b à ̈ libera di muoversi) rispetto all’albero interno 33 che à ̈ poco soggetto a variazioni dimensionali a causa del materiale utilizzato. La lunghezza complessiva dell’elemento filettato 31 comunque non aumenta in quanto questa à ̈ definita dalla distanza esistente tra le porzioni di estremità 33b e 33a e lo spostamento della porzione 34b non modifica tale distanza.

In questo modo il riscaldamento in autoclave del dispositivo 2 non comporta uno spostamento dei settori 12 rispetto alla posizione definita prima del riscaldamento. Vengono così garantite le tolleranze dimensionali richieste dell’elemento tubolare di fusoliera dell’aereo.

Inoltre la madrevite si accoppia con filettature realizzate in materiale metallico resistente all’usura; viene così realizzato un sistema di azionamento robusto in grado di sopportare una pluralità di cicli di apertura/chiusura settori.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Sistema di azionamento settori appartenenti ad un dispositivo (2) per la realizzazione di una sezione di fusoliera di un aereo in cui un mandrino di laminazione (4) à ̈ delimitato da una superficie esterna (5) che definisce un solido di rotazione rispetto ad un asse di simmetria (7); detto mandrino di laminazione (4) à ̈ atto a ricevere e supportare un nastro di materiale sintetico impregnato che viene depositato ed avvolto sulla superficie esterna (5) realizzando una pluralità di strati sovrapposti che sono sottoposti ad un processo di polimerizzazione sotto vuoto ad alta temperatura per realizzare una sezione strutturale dell’aereo; il mandrino di laminazione (4) comprende una pluralità di settori (12) angolarmente spaziati attorno all’asse (7) e mobili lungo guide tra: - una posizione espansa di laminazione in cui i settori (12) presentano bordi rettilinei maggiori (13) paralleli all’asse (7) accostati tra di loro e le superfici esterne dei settori (12) opposte all’asse (7) definiscono congiuntamente la detta superficie esterna (5); e - una posizione contratta di smontaggio in cui almeno parte di detti settori (12) si avvicina all’asse (7) allontanandosi dalla traccia della superficie (5) per ridurre gli ingombri radiali del mandrino e permettere l’estrazione del mandrino stesso (4) dalla sezione strutturale dell’aereo; ciascun settore essendo provvisto di un sistema di azionamento (27) del tipo vite - madre vite comprendente un elemento rettilineo filettato (31) estendentesi lungo un asse radiale di rotazione (32), una madrevite (29) e mezzi motori (28), caratterizzato dal fatto che detto elemento rettilineo filettato (31) comprende un albero interno (33) realizzato in un primo materiale ed estendentesi lungo detto asse di rotazione (32) ed una porzione tubolare esterna (34) realizzata in un secondo materiale, montata assialmente su una porzione di detto albero interno (33) e provvista esternamente di detta filettatura; detto primo materiale presentando un coefficiente di dilatazione minore rispetto al coefficiente di dilatazione del secondo materiale; tra detto albero interno (33) e detta porzione tubolare esterna (34) sono previsti mezzi di vincolo (38) atti ad impedire lo spostamento angolare della porzione tubolare esterna (34) rispetto all’albero interno (33) consentendo uno scorrimento lineare della porzione tubolare esterna (34) rispetto all’albero interno (33); una prima porzione di estremità (34a) della porzione tubolare esterna (34) essendo collegata ad una rispettiva porzione di estremità del detto albero interno (33); una sollecitazione termica applicata al detto elemento filettato (31) producendo uno scorrimento di una seconda porzione di estremità libera (34b) della porzione tubolare esterna (34) rispetto all’albero interno (33) in modo tale che detta sollecitazione non produca un allungamento complessivo dell’elemento rettilineo filettato (31) e ciascun settore permanga nella posizione espansa di laminazione precedentemente definita anche in seguito a detta sollecitazione termica. 2.- Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui i detti mezzi di vincolo (38) comprendono una pluralità di nervature longitudinali (50) realizzate sulla superficie esterna di una porzione del detto albero interno (33) atte ad accoppiarsi con relative scanalature longitudinali (52) realizzate sulla superficie interna di una rispettiva porzione della detta porzione tubolare esterna (34). 3.- Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il detto primo materiale à ̈ INVAR 96 ed il secondo materiale à ̈ acciaio. 4.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui detta madrevite (29) e detti mezzi motori (28) sono potati da una struttura di supporto interna (10) del detto mandrino (4) e detto elemento rettilineo filettato (31) presenta una porzione di estremità (33a) accoppiata (35,36) con un rispettivo settore (12). 5.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui ciascun settore (12) comprende una parete curva (20) la quale in sezione trasversale presenta profilo ad arco di cerchio ed una struttura di irrigidimento (21) rivolta verso l’interno del mandrino (4) ed atta ad impedire flessioni/deformazioni della parete (20).