WO2009133222A1 - Sistema de unión entre revestimientos y elementos estructurales que los soportan - Google Patents

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WO2009133222A1
WO2009133222A1 PCT/ES2009/000212 ES2009000212W WO2009133222A1 WO 2009133222 A1 WO2009133222 A1 WO 2009133222A1 ES 2009000212 W ES2009000212 W ES 2009000212W WO 2009133222 A1 WO2009133222 A1 WO 2009133222A1
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conformations
male
female
structural elements
sheets
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PCT/ES2009/000212
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Inventor
José Antonio ESTANCANO ERCILLA
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Forplan Metales, S.A.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C1/00—Fuselages; Constructional features common to fuselages, wings, stabilising surfaces or the like
    • B64C1/06—Frames; Stringers; Longerons ; Fuselage sections
    • B64C1/12—Construction or attachment of skin panels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C3/00—Wings
    • B64C3/26—Construction, shape, or attachment of separate skins, e.g. panels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/0004—Joining sheets, plates or panels in abutting relationship
    • F16B5/0032—Joining sheets, plates or panels in abutting relationship by moving the sheets, plates, or panels or the interlocking key parallel to the abutting edge
    • F16B5/0052—Joining sheets, plates or panels in abutting relationship by moving the sheets, plates, or panels or the interlocking key parallel to the abutting edge the interlocking key acting as a dovetail-type key
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B5/00—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them
    • F16B5/07—Joining sheets or plates, e.g. panels, to one another or to strips or bars parallel to them by means of multiple interengaging protrusions on the surfaces, e.g. hooks, coils

Definitions

  • the present invention relates to a. joining system between coatings and structural elements that support them, especially applicable to the. union between the linings and the resistant structural elements of aircraft, of special application in the aeronautical sector and in general in all those sectors in which the linings are made of thin sheets of specific alloys or composite materials and in which the characteristics Aerodynamic cleaning, minimization of friction and non-perforation of exterior surfaces, due to the weakness that this causes, is a fundamental desirable characteristic.
  • the thin sheets that constitute the outer fuselage linings of the Airplanes are attached to the internal structural parts using rivets, as it constitutes the most predictable type of joint.
  • This technique is used both to join the sheets that make up the outer linings of the aircraft with the frames and the stringers 'that will form the' resistant structure of the plane, as in the wings and other surfaces of the apparatus, to join the ribs with the outer coverings and in some cases with the stringers.
  • these coatings are constituted to base plates. thin aluminum alloys or composite materials which have on their internal surface areas of contact with the structural elements that support them ,, such as frames and stringers, for support and fastening thereof, and with 'the position of equipment and other elements and components to be fixed in the
  • the thin sheets of the lining are mechanized by their internal surface, defining areas ' reduced to reduce ' weight, called "beaches"', which are limited by a network of nerves that constitute the contact areas mentioned above ..
  • the internal machining of the • plates are usually by chemical milling and current begins to use mechanical milling.
  • Chemical milling technique basically consists of attacking the surface- acid • is desired to reduce its thickness and protecting using .masking areas not 'require s, er reduced to maintain its thickness. This attack is 'performed within a Cuba containing the acids with controlled parameters, a component of' one. more complex installation, since its application involves masking operations, trimming of 'the area to be treated, cleaning ' , chemical attack and neutralization, and thus for each depth that you want to create.
  • the object of the present invention is a joint system between the thin sheets that make up the coverings and the structural elements that support them, especially in aircraft, which avoids the aforementioned drawbacks and provide considerable advantages over the traditional joint system by rivets
  • the system of the invention is characterized in that the sheets ⁇ constitute the linings and structural elements are carriers, by their facing surfaces, joining means between said plates and structural elements, forming part or being obtained these attachment means of the plates themselves and structural elements.
  • the joining means consist of male cited estári conformations and female dovetail, preferably in the form of a dovetail. These conformations are practiced along the contact areas between the pieces to be joined. For example, in the sheets that constitute the coverings, along at least part of the ribs that limit the beaches, and in the structural elements along sections coinciding with said portions of ribs.
  • Dovetail shall mean any coupling or joint formed by a male conformation in
  • the male and female conformations of the veneer sheets and structural elements will be discontinuous at along the sides of the beaches, determining in said outgoing and incoming conformations coinciding in number, position and dimensions.
  • the male and female conformations are coupled to each other by confrontation and fitting of protrusions. one of the,, conformations incoming 'of the other formation and subsequent relative longitudinal sliding between both conformations in a length equal to that of said projections, to be located protrusions conformations.
  • male and female conformations may • be located interchangeably in the veneer sheets or in the structural elements,. preferably the male conformations will be formed in the veneer sheets, from the rib edges of said veneers, while the female conformations will be formed in the structural elements.
  • the nerves may be laterally limited by longitudinal edges of straight profile, generally parallel, the conformations being practiced from said longitudinal length edges.
  • the longitudinal edges may also have a staggered profile, -at least in an adjacent portion ' to its free base, with a decrease in the section of the nerve towards said free base, the conformations being practiced from the longitudinal edges of any one of the steps, preferably the most extreme step .-
  • the conformations that define the 'joining means will be obtained by mechanical milling' on the ribs ' and structural elements, in the case of metal alloy pieces, or in the case of pieces in composite materials, in metal profiles embedded in these pieces . Thanks to the advances achieved in the machining of large coatings, during the machining of the sheets on its internal surface for the "forming the recesses, or beaches, can be carried out while the machining of the corresponding conformations for .for binding dovetailing with the structural elements. Also machining or recess, of. sheets can be carried out mediante- 'chemical milling and then carving the male and female conformations by mechanical milling. in the case of linings and structural elements in composites, the male and female conformations are profiles that are embedded in the pieces themselves composite, when manufactured. ''
  • plastic deformations of the conformations can be used, for example of the female part, or structural adhesives, or a combination of both .
  • the bonding system object of the present invention is of special application in the aeronautical field, it can also be applied to other sectors in which, as initially indicated, cleaning / aerodynamics, friction minimization and non-friction. External surface drilling is a desirable fundamental feature.
  • the system of the invention can be applied in the connection between components of the structure or reinforcement and also for fixing equipment, components and auxiliary elements to the cladding.
  • the joining system of the invention has considerable advantages over traditional riveting-joining systems.
  • One of the advantages is the reduction of friction, by eliminating rivets, which
  • a further advantage of the system of the invention is that by removing the holes for the rivets, the fragility points are eliminated, in addition to improving the other characteristics of the joint, maintaining a significant tensile strength and being possible to ensure its characteristics ' to the zizalladura.
  • Another advantage is the - Simplification in extraordinary assembly operations, to delete operations • drilling and riveting, also allowing the use of more 'lightweight metallic materials.
  • the 'same time reducing maintenance requirements by eliminating operations review of the state of the rivets ..
  • a further advantage of the system of the invention is the reduction of weight 'by elimination, of rivets, elimination of material in the excess thicknesses' by the realization of the conformations of tongue and groove or recessed or thereof and by' elimination of necessary sealants in all holes in the riveting systems. Also in the. system of the invention can be removed connecting pieces, such as those that transversely relate the frames.
  • Another advantage of the system of the invention is the reduction of assembly and production costs, by eliminating drilling times and placement of rivets.
  • the system of the invention also makes it possible to make lateral joints between consecutive sheets of the lining, when their edges are made to coincide on a structural element, for example on a stringer or rib, making half of the male conformation in each one of the plates. of the lining.
  • the male and female conformations are discontinuous, defining along the same small battlements, which cooperate in weight reduction.
  • a better response to elasticity is also achieved and it is an advantageous solution. to simplify assembly.
  • the dimensions of the crenellated will be 1 consequence of the resistance requirements requested, being preferably on the ribs of the plates and on the structural elements the projections of equal dimensions, as well as the entrances.
  • the starters may be longer than the outgoing ones, which will allow an additional weight reduction to be obtained.
  • the system of the invention is particularly applicable • in aviation, both in the fuselage 'and wings and other -surfaces, as stabilizers and large fairings.
  • the carving of the male and female conformations could be practiced in an auxiliary profile that is subsequently fixed to said nerves or structural elements.
  • the fixation of the auxiliary profile on the nerves could be achieved, for example, by dovetail coupling, - by sliding the auxiliary profile on the corresponding conformation made on the nerves.
  • Fixing to the structural elements could be carried out in the same way or by riveting.
  • the system of the invention could even be used to split composite parts, using mechanical milling on carbon fiber parts. or by embedding metal parts inside the part of the pieces.
  • the sheets can have a metal profile embedded in which the male or female conformations would be previously carved, for the dovetail tongue and groove.
  • the system can also include matching male and female curved path conformations, for example in the knots or crossing points of the ribs of the plates, being able to join in ' one point, by turning, a frame, stringers and lining.
  • Figure 1 shows in interior perspective part of the fuselage of an airplane in which the sheets that constitute the coverings are fixed to the structural elements • ' with the system of the invention.
  • Figure 2 is an interior perspective of one of the cladding sheets. ', - •
  • Figure 3 is a cross section of the fuselage, coinciding with one of the frames of the resistant structure, taken along the line II-II of Figure 1.
  • Figure 4 is a partial cross section of the fuselage, taken according to 'the cutting line III-III. Of Figure 3.'
  • Figure 5 is a partial perspective of one of the frames of the resistant structure.
  • Figure 6 corresponds to detail A of Figure 5, on a larger scale.
  • Figure 7 shows in interior perspective one of the sheets that make up the lining, in the area coinciding with the frame of Figure 5 .. .
  • Figure 8 corresponds to detail B of the figure. 7, on a larger scale.
  • Figure 9 is an exploded perspective view of the connection between a stringer and a cladding plate.
  • FIG.' 11 shows in cross section the confrontation of the recesses of the male conformations, of the veneer sheets, with the recesses of the female conformations, of the structural elements.
  • Figure 12 shows in cross section, a larger scale, the coupling of the male and female elements that define the means of connection between " cladding plates and structural elements.
  • FIG. 13 shows in section along the section line XIII-XIII of Figure 12, the engagement between the male and female elements of the joining means and the 'conflict among the recesses of the male female conformations y-.
  • Figure 14 is a view similar to Figure 9, showing the joint between two sheets of the lining.
  • Figure 15 shows in perspective., Two cladding plates joined by a stringer. Detailed description of one embodiment
  • figure 1 se. shows in an interior perspective the fuselage of an airplane, which includes a sturdy structure composed of frames, transverse 1 and stringers 2 1 ,
  • FIG 2 one of these plates 3 is shown in interior perspective, which have recessed areas 4, called beaches, which are limited by strips 5 without recessing that determine a network of nerves coinciding with the frames 1 and stringers 2, for supposition on them.
  • the beaches 4 make it possible to reduce the weight of the veneer sheets 3.
  • the structural elements on which the sheets 3 of the lining 3 ', defined in Figure 1 are fixed by the frames 1 and stringers 2, as well as the sheets 3 of the lining are carriers of the means of union which, as best seen in figures 3 and 4 are defined by male 6 and female 7 tongue and groove conformations in dovetails.
  • the male conformations 6 will form
  • the outgoing and incoming - of the male and. female determine a crenellated in which the recesses 9 and 11 allow to reduce the weight of the male and female conformations.
  • Both the male 6 and female 7 conformations and the recesses 9 and 11 will preferably be obtained by mechanical milling.
  • the milling operation of the male conformation 6 is carried out at the same time as the recessing of the beaches 4 of the plates. 3 of the coating.
  • Figure 13 shows the position in which the projections and recesses of the male and female conformations remain, once the coupling position is reached.
  • the protrusions 10 of the male conformations 6 remain in position coincident with the protrusions 8 of the female conformations 7 and below them, as described with. reference to figure 12, while the incoming 9 of the female conformations 7 of the structural elements face the recesses 11 of the male conformations 6 of the veneer sheets.
  • the joining system of the invention can be applied to the wing and other surfaces, such as stabilizers and large fairings. Also, the joining system of the invention can be applied in sectors other than aeronautics, in which, as indicated, the aerodynamic cleaning characteristic, minimization of friction and non-perforation of exterior surfaces is a fundamental desirable characteristic. -.
  • the system of the invention also makes it possible to make lateral joints between sheets 3 of the lining, using the frames 1 p stringers 2, as shown in Figures 14 and 15, where two sheets 3 of the lining 3 are arranged, butt which is a carrier of a half 6 "of the machó 6 conformations, each of these halves having the corresponding protrusions 10 and recesses 11.
  • the complete male conformation 6 is coupled to the female conformation 7 of a stringer 2 , for example, in the same way as described, thus leaving the two sheets 3 of the lining joined by the stringer or structural element coinciding with the male conformation 6.
  • the conformations ' male 6 and. Female 7 can be carved into auxiliary metal profiles that will be incorporated and fixed to the pieces to be joined, which would be. carriers of these conformations. This embodiment would be especially applicable when coatings and structural elements are obtained from composite materials.
  • the aforementioned metal profiles will be embedded, at least partially, in the corresponding parts.
  • the commented profiles can be obtained by extrusion. As can be understood, in order to avoid stress concentrations, - all angles and longitudinal edges of the conformations will be rounded.

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  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
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Abstract

Sistema de unión entre revestimiento y elementos estructurales que los soportan, cuyos revestimientos están constituidos a base chapas finas (3) de aleaciones o materiales compuestos. Las chapas (3) y ' elementos estructurales (1 y 2) son portadores por sus superficies enfrentadas de medios de unión entre dichas chapas y elementos estructurales, cuyos medios • están constituidos ' por conformaciones macho. (6) y hembra (7) de machihembrado, practicadas a lo largo de al menos parte de las zonas de contacto entre dichas chapas y elementos, estructurales.

Description

SISTEMA DE UNIÓN ENTRE REVESTIMIENTOS Y ELEMENTOS ESTRUCTURALES QUE LOS SOPORTAN. Campo de la invención
La presente invención se refiere a un. sistema de unión entre revestimientos y elementos estructurales que los soportan, especialmente aplicable a la. unión entre los revestimientos y los elementos estructurales resistentes de aeronaves, de especial aplicación en el sector aeronáutico y en general en todos aquellos sectores en los cuales los revestimientos están constituidos a base de chapas finas de aleaciones especificas o materiales compuestos y en los que las características de limpieza aerodinámica, minimización del rozamiento y la no perforación de superficies exteriores, por la debilidad que ello origina, sea una característica deseable fundamental.
Antecedentes de la invención
Si analizamos los tipos de uniones que actualmente se utilizan en la industria metalúrgica en general comprobamos que las' podemos clasificar en pocos tipos, uniones con "remaches" (incluimos en este tipo toda unión con aportación de una pieza diferente que realiza las funciones de transmisión de esfuerzos entre las piezas a unir) y uniones soldadas . De todos es conocido el buen resultado que dan las uniones soldadas en ciertos sectores de la industria como por ejemplo el sector de la .construcción naval o bien en la automoción. etc., sin • embargo reduce casi al mínimo su' aplicabilidad cuando se trata de sectores, como el aeronáutico, donde la reducción de los factores de seguridad y por lo tanto la necesidad de que todo el funcionamiento sea previsible, el peso y la limpieza aerodinámica adquieren una importancia fundamental, de hecho en los aviones apenas se emplea la soldadura y cuando se emplea se utilizan en zonas interiores y con exigencias de control tremendas.
En el estado actual, las chapas finas que constituyen los revestimientos de fuselaje exteriores de los aviones se unen a las piezas estructurales internas utilizando remaches, ya que constituye el tipo de unión más previsible. Esta técnica se emplea tanto para unir las chapas que conforman los revestimientos exteriores de los aviones con las cuadernas y los larguerillos' que van a - formar la ' estructura resistente del avión, como en las alas y otras superficies del aparato, para unir las costillas con los revestimientos exteriores y en algunos casos con los larguerillos.
Como' se ha indicado, estos revestimientos están constituidos a, base de chapas . finas de aleaciones de aluminio o de materiales compuestos que presentan por su superficie interna zonas de contacto con los elementos estructurales que los soportan,, tales como cuadernas y larguerillos, para su apoyo y fijación a los mismos, y con'lá posición de equipos y otros elementos y componentes que haya que fijar en el
¡ revestimiento. Las chapas finas del revestimiento van mecanizadas por su superficie interna, definiendo zonas' rebajadas para reducir 'peso, denominadas "playas"', que quedan limitadas por una red de nervios que constituyen las zonas de contacto antes comentadas.. El mecanizado interno de las placas se realiza • generalmente mediante fresado químico y actualmente se empieza a usa el fresado mecánico.
Hoy en dia se emplean revestimientos de chapa fina conformada a su forma ' final aerodinámica mediante los procesos de . estirado o bien cilindrado-, según el tipo de deformación a conseguir a los que se les rebaja el material de las zonas que no es necesario -para cumplir su misión de resistencia estructural mediante el proceso de fresado químico. En algunos conjuntos con superficies de sustentación y siempre que la "técnica y la disponibilidad de material lo permite, se emplean revestimientos integrales, especialmente en superficies de alas, los cuales se fabrican partiendo de una materia prima de mayor grosor, en la que se mecaniza por fresado mecánico en algunos casos hasta las formas aerodinámicas de las superficies en cinco ejes en una de sus caras y los larguerillos en la otra, superando con ello- .la necesidad del' remache. En otros caso.s se mecaniza en tres ejes los larguerillos integrados y posteriormente mediante un proceso de conformado se consigue la forma deseada de la pieza. Este esfuerzo, que entraña un coste evidente, viene .a demostrar lo importante que es evitar las uniones con remaches .
Las decisiones en un .caso concreto de qué tipo de revestimiento se ha de emplear está condicionada también por las posibilidades de fabricación, la existencia de material de partida, la estructura interna resistente y en cierta proporción por los costes de producción e integración.
En' la industria aeronáutica también se emplean revestimientos exteriores fabricados en materiales compuestos, en " los que la forma exterior se consigue con el empleo de útiles de moldear y la interior, con similar forma que las chapas de aleación metálica-,- con la superposición deseada de las diferentes capas de telas. Estos revestimientos se unen a las ' estructuras interiores también mediante remaches. La precisión de forma que se consigue con esta tecnología obliga a suplementar en aquellas zonas que se requieran.
En las uniones remachadas es necesario taladrar el revestimiento externo. Los taladros crean una zona de "problemas" porque es la zona de fragilidad y, por tanto, de inicio de grietas, pérdida de presurización al conectar la zona presurizada de la parte externa del avión y puntos de rozamiento. Estos parámetros son trascendentes en este tipo de vehículos. Para minimizar este efecto se exige cuidar mucho el proceso de taladrado, rebarbado, avellanado y el montaje de este tipo de uniones . cerrando las tolerancias todo lo que permite la tecnología disponible, empleando sellantes para asegurar la estanquidad, y precisión en las operaciones de fabricación de los taladros y avellanado de los mismos, para que puedan camuflarse bien las cabezas de los remaches. Todas estas exigencias que se han de incorporar al diseño, hacen que las tareas de fabricación y montaje sean bastantes precisas, complicadas y costosas.
La técnica del fresado químico consiste básicamente en atacar con ácidos la superficie- • que se desea reducir a su espesor, y protegiendo mediante la utilización de .masking las zonas que no' requieren s,er reducidas para mantener su espesor. Este ataque se 'realiza dentro de una cuba que contiene los ácidos con parámetros controlados, componente de ' una . instalación más compleja, ya que su aplicación entraña operaciones de enmascarado, recorte de ' la zona a tratar, limpieza', ataque químico y neutralización, y asi para cada profundidad que se quiera crear.
Con esta tecnología se pueden .fabricar todo tipo de revestimientos, sin embargo es una técnica que solo permite mecanizar superficies paralelas a la - cara atacada, por lo tanto es una tecnología que solo se puede emplear ante la necesidad de un mecanizado de una gran superficie y un pequeño espesor .siempre paralelo, además es un proceso que requiere mucho esfuerzo 'y lo que es mas importante presenta problemas para cumplir los requisitos medioambientales cada dia mas ' exigentes. Los grandes- constructores anuncian su pretensión de abandonar este tipo de "fresado", de hecho y por esta causa se esta evolucionando hacia el fresado mecánico para producir este mismo tipo de piezas. Descripción de la invención La presente invención tiene por objeto un sistema de unión entre las chapas finas que conforman los revestimientos y los elementos estructurales que los soportan, especialmente en aeronaves, que evite los inconvenientes señalados y aporte considerables ventajas respecto del sistema de unión tradicional por remaches.
En el sistema, de la invención, al igual que en los sistemas de unión mediante remache, las chapas finas que constituyen los revestimientos presentan por su superficie interna zonas rebajadas o playas que quedan limitadas por franjas sin rebajar, de mayor espesor, generalmente de trazado recto, que determinan una red de nervios de posición coincidente cotí los elementos estructurales para su apoyo y fijación sobre los mismos. Las franjas sin rebajar pueden ser de igual o diferentes espesores. Las chapas finas que constituyen los revestimientos presentarán también nervios en coincidencia con las. posiciones de equipos y otros componentes "que deban ir fijados o relacionados con dicho revestimiento. -
• El sistema de la invención se caracteriza porque las chapas que ^constituyen los revestimientos y los elementos estructurales son portadores, por sus superficies enfrentadas, de los medios de unión, entre dichas chapas y elementos estructurales, formando parte o estando obtenidos estos medios de unión de las propias chapas y elementos estructurales.' Én el sistema de la invención los medios de unión citados estári constituidos por conformaciones macho y hembra de machihembrado, preferentemente en forma de cola de milano. Estas conformaciones están practicadas a lo largo de las zonas de contacto entre las piezas a unir. Por ejemplo en las chapas que constituyen los revestimientos, a lo largo de al - menos parte de los nervios que limitan las playas, y en los elementos estructurales a lo largo de tramos coincidentes con dichas partes- de nervios.
Por cola de milano deberá entenderse todo acoplamiento o unión formada por una conformación macho en
- forma de nervio y una conformación hembra en forma de canal,, ambos de igual sección, en los que el perfil del macho, es de
- sección - creciente hacia su borde longitudinal libre y el perfil de la hembra es Jde sección creciente hacia el fondo, de modo que el acoplamiento entre las conformaciones macho y hembra solo puede lograrse por enchufe a partir de uno de sus extremos y deslizamiento entre unas y otras conformaciones.
Según otra característica de la invención, las conformaciones macho y hembra de las chapas de los revestimientos y elementos estructurales serán discontinuas a lo largo de los lados de las playas, determinando en dichas conformaciones salientes y entrantes coincidentes en número, posición y dimensiones. Las conformaciones macho y hembra se acoplan entre si por enfrentamiento y encaje de salientes de. una de las , , conformaciones con entrantes ' de la otra conformación y posterior deslizamiento longitudinal relativo entre ambas conformaciones en una longitud igual a la de dichos salientes, hasta quedar situados los salientes de las conformaciones . macho por detrás de -los salientes de las conformaciones hembra y los entrantes de ambas partes enfrentados .
Aunque las - conformaciones macho y hembra pueden • estar situadas indistintamente en las chapas del revestimiento o en los elementos estructurales, . preferentemente las conformaciones macho estarán formadas ' en las chapas de los revestimientos, a- partir de los cantos de los nervios de dichas chapas, mientras qué las conformaciones hembra estarán formadas- en los elementos estructurales .
Los nervios pueden estar lateralmente limitados por -cantos longitudinales de perfil recto, generalmente paralelos, estando las conformaciones practicadas a partir de dichos cantos .longitudinales. También los cantos longitudinales pueden presentar perfil- escalonado, -al menos en una porción adyacente' a su base libre, con disminución de la sección del nervio hacia dicha base libre, estando las conformaciones practicadas a partir de los cantos longitudinales de cualquiera, de los escalones, preferentemente del escalón más extremo .-
Las conformaciones que definen los' medios de unión estarán obtenidas por fresado mecánico' sobre los nervios' y elementos estructurales, en el caso de piezas de aleación metálica, o bien en el caso de piezas en materiales compuestos, en perfiles metálicos embutidos en estas piezas. Gracias a los avances alcanzados en el mecanizado de los grandes revestimientos, durante el mecanizado de las chapas por su superficie interna, para el" conformado de las zonas rebajadas, o playas, puede llevarse a cabo al mismo tiempo el mecanizado de las conformaciones correspondientes para la unión .por machihembrado con los elementos estructurales. También el mecanizado o rebajo, de las . chapas puede llevarse a cabo mediante- ' fresado químico y luego tallar las conformaciones macho y hembra mediante fresado mecánico. En el caso de revestimientos y elementos estructurales en composites, las conformaciones macho y hembra se hacen en perfiles que se embeben en las propias piezas de composite, al fabricarlas. ' '
Para que las piezas mantengan su posición final una vez montadas y no se 'produzcan deslizamientos longitudinales entre los medios de unión, pueden utilizarse deformaciones plásticas de las conformaciones, por ejemplo de la parte hembra, ó bien pegamentos estructurales, o .una combinación de ambos .
Aunque el sistema de unión objeto de la présente invención es de especial aplicación en el campo aeronáutico, también puede ser aplicado a otros sectores en los que, tal y como se indicó inicialmente, la limpieza/ aerodinámica, la .minimización del rozamiento y la no perforación de superficies exteriores sea una característica fundamental deseable. i Además el sistema de' la invención puede aplicarse en la unión entre componentes de la estructura o armadura y también para la fijación de equipos, componentes y elementos auxiliares al revestimiento.
El sistema de unión de la invención presenta considerables ventajas sobre los sistemas- de unión tradicionales por remachado. Una de las ventajas es la reducción de rozamientos, al eliminar los remaches, lo cual
• permite lograr una mayor limpieza aerodinámica de la superficie externa del revestimiento, al mismo tiempo , que se evitan riesgos de fuga de presión entre interior y exterior, con pérdidas de presurización. Una ventaja más ' del sistema de la invención es que al suprimir los .taladros para los remaches, se eliminan los puntos de fragilidad, además de mejorar el resto de características de la unión, manteniendo una - significativa resistencia a la tracción y siendo posible asegurar sus características' a la zizalladura.
Otra ventaja mas es la - -simplificación extraordinaria en las operaciones de ensamblado, al • eliminar las operaciones de taladrado y remachado, permitiendo además la utilización de materiales metálicos mas' ligeros. Al' mismo tiempo se reducen las exigencias de mantenimiento, al eliminar las operaciones de revisión del estado de los remaches..
Una ventaja mas del sistema de la invención es la reducción de- peso 'por eliminación, de remaches, eliminación de material en los sobreespesores ' por la realización de las conformaciones de machihembrado y rebajes o almenados de los mismos y por' eliminación de sellantes necesarios en todos los orificios en lds sistemas de remachado. También en el. sistema de la invención pueden eliminarse piezas de unión, tales como las que relacionan transversalmente las cuadernas.
Otra ventaja más del sistema de la invención es la reducción de costes de montaje' y producción, al eliminar tiempos de perforación y colocación de remaches.
El sistema de la invención permite también- realizar uniones laterales entre chapas consecutivas del revestimiento, cuando sus cantos se hacen coincidir sobre un elemento estructural, por ejemplo sobre un larguerillo o costilla, efectuando la mitad de la conformación macho en cada una ' de las chapas del revestimiento-. Tal y como se ha indicado, las conformaciones macho y hembra son discontinuas, definiendo a lo largo de las mismas pequeñas almenas, que cooperan en la reducción de peso. Se consigue además una mejor respuesta a la elasticidad y supone una solución ventajosa . para simplificar el montaje. Las dimensiones del almenado serán1 consecuencia de los requerimientos de resistencia solicitados, siendo preferentemente en los nervios de las chapas y en los elementos estructurales los salientes de iguales dimensiones, al igual que los entrantes. Generalmente los entrantes podrán ' ser de mayor longitud que los salientes, lo cual permitirá obtener una reducción de peso adicional.
El sistema de la invención • es de especial aplicación en aeronáutica, tanto en el fuselaje' como en alas y otras -superficies, como estabilizadores y grandes carenados. Tanto en los nervios como en los elementos estructurales, el tallado de las conformaciones macho y hembra, podría practicarse en un perfil , auxiliar que se fijarla posteriormente a dichos nervios o elementos -estructurales. La fijación del perfil auxiliar en los nervios podría conseguirse, por ejemplo, mediante acoplamiento en cola de milano,- por deslizamiento del perfil auxiliar sobre la conformación correspondiente efectuada en los nervios. La fijación a los elementos estructurales podria llevarse, a cabo de igual forma o por remachado. • El sistema de la invención' podria incluso utilizarse parta la unión de piezas de composite, utilizando fresado mecánico sobre piezas en fibra de carbono . o bien embebiendo partes metálicas dentro del entelado de las piezas. Por ejemplo, en caso de revestimientos' de composite, las chapas pueden llevar embebido un perfil metálico en el que se tallarían previamente las conformaciones macho o hembra, para el machihembrado en cola de milano.
El sistema puede además incluir conformaciones macho y hembra de trayectoria curva coincidentes, por ejemplo en los nudos o puntos de cruce de los nervios de las chapas, pudiendo servir para unir en' un punto, mediante giro, una cuaderna, larguerillos y revestimiento. Breve descripción de los dibujos
En los dibujos adjuntos se muestra un ejemplo de realización, con cuya descripción podrán comprenderse mejor las características y ventajas del sistema de la invención.
En los dibujos:
La figura 1 muestra en perspectiva interior parte del fuselaje de un avión en el que las .chapas que constituyen los revestimientos van fijadas a los elementos estructurales •' con el sistema de la invención.
La figura 2" es una perspectiva interior de una -de las chapas del revestimiento. ' , - •
La figura 3 es una sección transversal del fuselaje, en coincidencia con una de las cuadernas de la estructura resistente, tomada según la línea de corte II-II de la figura 1.
La figura 4 es una sección transversal parcial del fuselaje, tomada según' la línea de corte III-III .de la figura 3. '
La figura 5 es una perspectiva parcial de una .de las cuadernas de la estructura resistente.
La figura 6 corresponde al detalle A de la figura 5, a mayor escala. • La figura 7 muestra en perspectiva interior una de las chapas que conforman el revestimiento, en la zona coincidente con la cuaderna de la figura 5. . .
La figura 8 corresponde al detalle B de la figura . 7, a mayor escala. La figura 9 es un despiece en perspectiva de la unión 'entre un larguerillo y una placa de revestimiento.
La figura 10 muestra en sección transversal el enfrentamiento ' de los salientes de las conformaciones macho de las chapas de revestimiento con los entrantes de las conformaciones hembra de los elementos estructurales.
La figura.' 11 muestra en sección transversal el enfrentamiento de los entrantes de las conformaciones macho, de las chapas del revestimiento, con los entrantes de las conformaciones hembra, de los elementos estructurales. La figura 12 muestra en sección transversal, a ma-yor escala, el acoplamiento de los elementos macho y hembra que definen los medios de unión entre "chapas de revestimiento y elementos estructurales.
La figura 13 muestra en sección, según la linea de corte XIII-XIII de la figura 12, el acoplamiento entre los elementos macho y hembra de los medios de unión y el' enfrentamiento -entre los rebajes dé las conformaciones macho y- hembra.
La figura 14 es una vista similar a la- figura 9, mostrando la unión entre dos chapas del revestimiento.
La figura 15 muestra en perspectiva., dos chapas del revestimiento unidas mediante un larguerillo. Descripción detallada de un modo de realización
En la figura 1 se . muestra en perspectiva interior el fuselaje de un avión., que incluye una estructura resistente compuesta con cuadernas , transversales 1 y larguerillos 21,
'sobre los que se fijan chapas 3,' figura 2, que conforman un revestimiento 3'. '
En la figura 2 se muestra en perspectiva interior una de estas chapas 3, las cuales presenta'n zonas rebajadas 4, denominadas playas, que quedan limitadas por franjas 5 sin rebajar que determinan una red de nervios coincidentes con las cuadernas 1 y larguerillos 2, para su- fijación sobre los mismos. Las playas 4 permiten reducir el peso de las chapas 3 del revestimiento.
De acuerdo con la presente invención, los elementos estructurales sobre los que se fijan las chapas 3- del revestimiento 3', definidas en la figura 1 por las cuadernas 1 y larguerillos 2, asi como las chapas 3 del revestimiento son portadores de los medios de unión los cuales, como mejor puede apreciarse en las figuras 3 y 4 están definidos por conformaciones macho 6 y hembra 7 de machihembrado en cola de milano. Preferentemente las conformaciones macho 6 formarán
.parte de las chapas 3 del revestimiento, estando obtenidas a lo largo de al menos parte de los nervios 5, que limitan las playas 4, sin alcanzar los nudos o cruces entre dichos nervios, mientras que las conformaciones hembra 7 'quedarán situadas en los elementos estructurales, por ejemplo en las cuadernas 1, figuras 3 y 4 y en los larguerillos 2, figura 9. Además de cuadernas y larguerillos se pueden- unir al revestimiento, utilizando esta invención, cualquier ' tipo de elemento o equipo que requiera fijarse en el revestimiento, tallándose las correspondientes partes de las conformaciones macho y hembra en las zonas de contacto de las piezas a unir. Las conformaciones macho 6 y ' hembra 7 serán
,' discontinuas, según se aprecia en las figuras 5 a 8, determinando , en .las conformaciones hembra 7, figuras 5 y 6, salientes 8 y entrantes 9, mientras que en las conformaciones macho 6 de las chapas 3 del revestimiento determinan salientes 10 y entrantes 11, siendo los salientes .8 y entrantes 9 de las conformaciones hembra coincidentes en número, posición y dimensiones - con los salientes .'10 ' y entrantes 11,
I' respectivamente, de las conformaciones macho 6 de ias chapas 3 del revestimiento. Igual disposición adoptarán • las conformaciones macho 6 de las chapas 3 de revestimiento y las conformaciones hembra 7 de los larguerillos 2r según se muestra en la figura 9.
Los salientes y entrantes - de las conformaciones macho y. hembra determinan un almenado en el que los entrantes 9 y 11 permiten reducir el peso de las conformaciones macho y hembra. Tanto las conformaciones macho 6 y hembra 7 como los entrantes 9 y 11 se obtendrán preferentemente mediante, fresado mecánico., llevándose a cabo la operación del fresado de la conformación macho 6 al mismo tiempo que la del rebaje de las playas 4 de las chapas .3 del revestimiento.
Para llevar a cabo el acoplamiento o unión de las chapas 3 del revestimiento sobre los elementos estructurales, definidos en el ejemplo representado en la figura 1 por las cuadernas 1 y larguerillos 2, se procede al enfrentamiento de los salientes 10 de las conformaciones- macho 6 de las chapas 3
- del revestimiento 3 con los entrantes 9 de las conformaciones hembra 7 de los elementos estructurales, por ejemplo de las cuadernas 1, según se muestra en la figura 10, al mismo tiempo- que ' se enfrentan los entrantes 11 de las conformaciones macho 6 de las chapas 3 del revestimiento con los salientes 8 de las conformaciones hembra 7 de los elementos estructurales, según se muestra en la figura 11. En esta situación se aproximan las chapas del revestimiento 3 hasta los elementos estructurales 1, hasta introducir en la posición descrita en las figuras 10 y 11 las conformaciones macho 6 en las conformaciones hembra. 7. A continuación se 'deslizan longitudinalmente las chapas 3 respecto de los elementos estructurales 1, de modo que los salientes 10 de las conformaciones macho 6 queden situadas bajo los salientes 8 de los elementos estructurales, según se muestra en la figura 12, quedando asi completada la unión por machihembrado entre las' chapas 3 del revestimiento y los elementos estructurales definidos por las cuadernas 1. y larguerillos 2. ' ' Con este sistema puede lograrse un gran ajuste .que impida prácticamente la separación o deslizamiento entre las chapas del revestimiento y elementos estructurales. Para una mayor . seguridad de esta unión puede aplicarse sobre las conformaciones medios inmovilizadotes que pueden consistir en sustancias adhesivas o en deformaciones plásticas practicadas por ejemplo en las conformaciones hembra, - o. bien elementos auxiliares de inmovilización como cuñas o tornillos de presión. !
En .la -figura 13 se muestra la posición en que quedan los salientes y entrantes de las conformaciones macho y hembra, una vez alcanzada la posición de acoplamiento. Los salientes 10 de las conformaciones macho 6 quedan en posición coincidente con los salientes 8 de las conformaciones hembra 7 y por debajo de las mismas, según se ha descrito con. referencia a la figura 12, mientras que los entrantes 9 de las conformaciones hembra 7 de los elementos estructurales quedan enfrentados, a los entrantes 11 de las conformaciones macho 6 de- las chapas del revestimiento. '
Aunque el ejemplo descrito corresponde a la unión de las chapas del revestimiento. con los elementos'- estructurales del fuselaje de un avión, el sistema de unión de la invención puede ser aplicado en el ala y otras superficies, tales como estabilizadores y grandes carenados. También el sistema de unión de la invención puede ser aplicado en otros sectores diferentes al aeronáutico, en los que, tal y como se ha indicado, la característica de limpieza aerodinámica, minimizacióri del rozamiento y la no perforación de superficies exteriores sea una característica fundamental deseable-.
El sistema de la invención permite también realizar uniones laterales entre chapas 3 del revestimiento, utilizando las cuadernas 1 p larguerillos 2, tal y como se muestra en las figuras 14 y 15, donde se disponen a tope dos chapas 3 del revestimiento, cada una de las cuales es portadora de una mitad 6" de las conformaciones machó 6, disponiendo cada una i de estas mitades de los correspondientes salientes 10 y entrantes 11. En esta posición se acopla la conformación macho completa 6 en la conformación hembra 7 de un larguerillo 2, por ejemplo, en igual forma a como se ha descrito, quedando asi las dos chapas 3 del revestimiento unidas mediante el larguerillo o elemento estructural coincidente con la conformación macho 6.
Las conformaciones' macho 6 y. hembra 7 pueden tallarse en perfiles metálicos auxiliares que se incorporarán y fijarán a las piezas a unir, que serian. portadoras de estas conformaciones. Esta realización seria especialmente aplicable cuando los revestimientos y elementos estructurales estén obtenidos de materiales compuestos. Los perfiles metálicos citados irán embebidos, al menos parcialmente, en las piezas correspondientes. Los perfiles comentados pueden ser obtenidos mediante extrusión. Como puede comprenderse, con el fin de evitar concentraciones de tensiones,- todos los ángulos y aristas longitudinales de las conformaciones irán redondeadas .

Claims

REIVINDICACIONES
1- Sistema de unión entre revestimientos y elementos estructurales que los soportan, cuyos revestimientos están constituidos a base de chapas finas de aleaciones o
,5 materiales compuestos que presentan por su superficie interna zonas de contacto con los elementos estructurales en forma de nervios, de posición coincidente con dichos elementos estructurales, para su apoyo y fijación sobre , los mismos, caracterizado porque las chapas y elementos estructurales son 0 portadores por sus superficies enfrentadas de medios de unión entre dichas chapas y elementos estructurales, cuyos medios están constituidos por conformaciones macho y hembra de machihembrado,' las cuales están practicadas a lo largo de al menos parte de las zonas de contacto entre dichas chapas y 5 elementos estructurales; siendo las conformaciones macho y hembra discontinuas a lo largo de las zonas de contacto, determinando en dichas conformaciones salientes y entrantes coincidentes en número, posición- y dimensiones; acoplándose entre si las conformaciones . macho y hembra por enfrentamiento 0 y encaje de .salientes con entrantes de ambas conformaciones y deslizamiento longitudinal relativo entre las mismas en una longitud igual a la de dichos salientes, hasta quedar situados los salientes de las conformaciones macho enfrentados y por debajo de los salientes de las conformaciones hembra y los 5 entrantes de ambas partes enfrentados.
2.- Sistema , según la reivindicación 1, caracterizado porque el perfil de las conformaciones macho está formado en las chapas y el perfil de las conformaciones hembra está practicado en los elementos estructurales.
30 .
3.- Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una vez acopladas entre si las conformaciones macho y hembra se aplican entre las mismas medios de inmovilización, que impiden ' el deslizamiento relativos entre dichas conformaciones. •
4.- Sistema . según la reivindicación 3, caracterizado porque los medios citados consisten en una- sustancia adhesiva aplicada entre las conformaciones macho y hembra. ' '
5.- Sistema según la reivindicación 3, caracterizado' porque los medios citados consisten en deformaciones plásticas de al menos una de las' conformaciones macho o hembra.
. -
6.--' Sistema según las reivindicaciones 1 y 2, • caracterizado porque al menos parte de las conformaciones macho están practicadas sobre dos chapas consecutivas del revestimiento, a- partir de cantos dispuestos' a tope de dichas chapas, con- los salientes y entrantes de cada lado de la conformación macho situados en cada una de las chapas. ' '
7.-' Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los entrantes de las conformaciones macho y hembra son de mayor longitud que los salientes.
8.- Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las conformaciones macho se practican en un perfil metálico auxiliar, que se incorpora y fija a la pieza a unir portadora de dichas conformaciones macho.
9.- Sistema según las reivindicaciones 1 a -8, caracterizado porque las conformaciones hembra se tallan en un perfil auxiliar metálico, que se incorpora y fija a las piezas a unir portadoras de dichas conformaciones hembra.
10.- Sistema según la. reivindicación' 9, caracterizado porque los perfiles metálicos citados están embebidos, al menos parcialmente, en las piezas a unir.
11.- Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende conformaciones macho y hembra de trayectoria curva coiπcidentes, situadas al menos en los nudos o puntos de cruce de los nervios de las chapas.
12.- Sistema según las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las conformaciones citadas están talladas mediante fresado' mecánico de los nervios y elementos estructurales .' '
13.- Sistema según las reivindicaciones 9 .y 10, caracterizado porque los perfiles citados están obtenidos por extrusión.
14.- Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado "porque las conformaciones macho y hembra presentan todos los ángulos y aristas longitudinales con perfil redondeado.
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