WO2012052589A2 - Herraje estanco para la cogida del estabilizador vertical de cola de una aeronave - Google Patents

Herraje estanco para la cogida del estabilizador vertical de cola de una aeronave Download PDF

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    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Definitions

  • the present invention relates to a watertight fitting for catching the vertical tail stabilizer of an aircraft and more particularly to a watertight fitting made of composite material.
  • composites such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic)
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastic
  • aluminum the preferred metallic material used in aircraft
  • carbon fiber to manufacture hardware because its complexity makes its manufacture quite expensive.
  • the manufacture with materials composed of fittings with a similar shape to the metal ones is possible but, apart from the cost derived from the complexity of form, they present, among others, the inconvenience that results It is very difficult to achieve that, with this form, the structure of the laminates is an optimized structure to carry out the required load distribution.
  • the present invention is oriented to the solution of that inconvenience.
  • a hardware that includes:
  • the lugs of the first piece and the vertical walls of the second pairs of additional pieces have drilled holes provided to be aligned for receiving the bolt. of union with the vertical tail stabilizer. This achieves structured hardware to facilitate assembly.
  • said central profile is aligned with the horizontal walls of the first pair of additional pieces. This achieves a structured fitting with the sealing element arranged in an optimal position to fulfill its function.
  • all hardware parts are manufactured with CFRP. This achieves a hardware manufactured with an appropriate composite material to withstand significant efforts.
  • Figure 1 is a perspective view on a catch hardware of a Vertical tail stabilizer mounted on the rear fuselage of an aircraft known in the art.
  • Figure 2 is a perspective view of the hardware of Figure 1.
  • Figures 3a and 3b are, respectively, cross sections of Figure 1 along axes A-A and B-B.
  • Figure 4 is a perspective view of a catch fitting of a vertical vertical tail tail stabilizer according to the present invention.
  • Figure 5 is a cross-sectional view of the hardware of Figure 4.
  • the terms “horizontal” and “vertical” should not be understood in a strictly strict geometric sense but as purely identifying terms of the mentioned hardware components.
  • the shape of the central body 13 of the hardware 1 1 may vary from one hardware to another depending on its location.
  • the basic problem posed by a metal hardware with the shape of the hardware 1 1, apart from the weight, is determined by the conditions of its assembly. Being a single machined part, the adjustment for the assembly must be made in contact with the lining 5 and the drilled holes 19, 19 'of the lugs 15, 15' must be reworked in situ to ensure that its axis is located in the correct position, which requires an "in situ" installation of the bushings that must be mounted on them to cooperate with the union bolt of the vertical tail stabilizer element with the lugs 15, 15 ' between which it is introduced.
  • the basic idea of the present invention is to configure the hardware in two or more parts that facilitate both the optimization of the laminates of its different components and its assembly.
  • the watertight hardware 41 illustrated in Figures 4-5, consists of five pieces, all of them made of composite material:
  • the unit conformation of the piece 43 facilitates, as we will see later, the assembly of the fittings 41.
  • the central profile 51 has the additional function of serving as a means of joining the bodies 45, 45 'which allows optimizing the vertical walls 49, 49' for joining the fuselage frames.
  • the five pieces 43, 45, 45 ', 55, 55' are manufactured using conventional manufacturing techniques using composite materials, particularly CFRP.
  • the first piece 43 of the hardware 41 is mounted on the inside of the lining 5 whereby the holes 48, 48 'of the lugs 47, 47' are placed in their final position and do not need to be reworked.
  • the pieces 55, 55 'of the first pair are joined to the bodies 45, 45' of the piece 43 in the final assembly line, thus ensuring its correct positioning, preferably by mechanical means and in particular by rivets, although in The case of vertical walls 59, 59 'can also be joined by chemical means and in particular by adhesives.
  • the eventual clearance between the horizontal walls 57, 57 'and the fuselage lining 5 can be covered with an appropriate filler sheet.
  • the pieces 65, 65 'of the second pair are mounted on the outside of the lining 5 in the final assembly line, thus ensuring its correct positioning. Its vertical walls 69, 69 'are joined to the bodies 45, 45' by adhesives or simply by means of the bushes 71, 71 'that are introduced into the drilled holes 48, 48' of both pieces and their horizontal walls 67, 67 'are join the lining 5 by rivets.
  • the eventual clearance between the horizontal walls 67, 67 'and the fuselage lining 5 can be covered with an appropriate filler sheet.
  • the hardware Being manufactured entirely with a composite material, preferably CPRP, the hardware does not have any corrosion problems, as is the case with metal fittings.
  • the division of the hardware 41 into pieces 43, 55, 55 ', 65, 65' allows optimizing their corresponding laminates in function of the loads that each of them has to bear.
  • the complementary function provided by the vertical walls 69, 69 'of the second pair of pieces 65, 65' to the bodies 45, 45 'in the area of the lugs 47, 47' to support the stabilizer load can be observed vertical. See, in that sense, the substantial differences in shape between vertical walls 69, 69 'and lugs 47, 47'.
  • the manufacturing of the piece 43 is preferably carried out by separately preparing the bodies 45, 45 'and the profile 51 in a first stage and consolidating the assembly in a second stage using an appropriate technique.

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Abstract

Herraje estanco (41) para la cogida del estabilizador vertical de cola de una aeronave en una zona de su fuselaje trasero estructurada en base a un revestimiento (5) fabricado con un material compuesto como una pieza unitaria y unas cuadernas (7) que comprende: una primera pieza (43) que comprende dos cuerpos (45, 45'), que incluyen las orejetas (47, 47') de cogida del estabilizador vertical de cola y unas paredes verticales (49, 49') de unión del herraje (43) a las cuadernas (7) del fuselaje, y un perfil central (51) de estanqueidad; dos parejas de piezas adicionales (55, 55'; 65, 65') con forma de angular, que incluyen unas paredes horizontales (57, 57'; 67, 67') de unión al revestimiento (5) y unas paredes verticales (59, 59'; 69, 69') de unión a dichos cuerpos (45, 45'). Todas las piezas del herraje estanco (41) están fabricadas con un material compuesto.

Description

HERRAJE ESTANCO PARA LA COGIDA DEL ESTABILIZADOR VERTICAL DE COLA DE UNA AERONAVE
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un herraje estanco para la cogida del estabilizador vertical de cola de una aeronave y más particularmente a un herraje estanco fabricado con material compuesto. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
A pesar de la tendencia de los últimos años de implantar el uso de materiales compuestos (denominados composites), tales como el CFRP (Carbón Fiber Reinforced Plástic), en el mayor número posible de componentes de una aeronave debido al ahorro de peso que este material supone con respecto al aluminio (el material metálico usado preferente en aeronaves) la mayor parte de los fabricantes de aeronaves se muestran reticentes a emplear fibra de carbono para fabricar herrajes, debido a que su complejidad hace que su fabricación sea bastante cara.
Ello es aplicable especialmente a los herrajes utilizados para la cogida de los estabilizadores verticales de cola que siguen siendo realizados con materiales metálicos.
Junto a su mayor peso, la utilización de herrajes metálicos como elementos de cogida de componentes realizados con materiales compuestos en zonas de fuselaje de la aeronave también realizadas con materiales compuestos plantea diversos problemas, particularmente los relacionados con la reducción del área efectiva del revestimiento y con las dificultades de montaje.
La fabricación con materiales compuestos de herrajes con una forma similar a los metálicos es posible pero, aparte del coste derivado de la complejidad de forma, presentan, entre otros, el inconveniente de que resulta muy difícil conseguir que, con esa forma, la estructura de los laminados sea una estructura optimizada para llevar a cabo la distribución de cargas requerida.
En la solicitud española n° 200901039 del mismo solicitante de la presente invención aún no publicada se describen herrajes de material compuesto para la solución de esos inconvenientes pero esos herrajes no son aplicables a zonas presurizadas de la aeronave.
La presente invención está orientada a la solución de ese inconveniente.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar herrajes estancos fabricados íntegramente con material compuesto para la cogida del estabilizador vertical de cola en la zona trasera del fuselaje de una aeronave estructurada en base a un revestimiento fabricado con un material compuesto como una pieza unitaria y unas cuadernas fabricadas así mismo con un material compuesto.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar herrajes estancos para la cogida del estabilizador vertical de cola en la zona trasera del fuselaje de una aeronave que puedan montarse fácilmente.
En un primer aspecto, esos y otros objetos se consiguen con un herraje que comprende:
a) una primera pieza fabricada con un material compuesto que comprende dos cuerpos que incluyen las orejetas de cogida del estabilizador vertical de cola y unas paredes verticales de unión a las cuadernas del fuselaje y un perfil central de estanqueidad;
b) dos parejas de piezas adicionales con forma de angular, fabricadas con un material compuesto que incluyen unas paredes horizontales de unión al revestimiento por su cara interior y exterior y unas paredes verticales de unión a dichos cuerpos en zonas situadas debajo y encima del revestimiento.
En una realización preferente, las orejetas de la primera pieza y las paredes verticales de las segundas parejas de piezas adicionales tienen orificios taladrados previstos para quedar alineados para la recepción del perno de unión con el estabilizador vertical de cola. Se consigue con ello un herraje estructurado para facilitar su montaje.
En otra realización preferente, dicho perfil central está alineado con las paredes horizontales de la primera pareja de piezas adicionales. Se consigue con ello un herraje estructurado con el elemento de estanqueidad dispuesto en una posición óptima para cumplir su función.
En otra realización preferente, todas las piezas del herraje están fabricadas con CFRP. Se consigue con ello un herraje fabricado con un material compuesto apropiado para soportar esfuerzos importantes.
En un segundo aspecto esos y otros objetos se consiguen con un procedimiento de montaje del herraje que comprende los siguientes pasos:
a) montar la primera pieza por la parte interior del revestimiento;
b) montar la primera pareja de piezas adicionales uniendo sus paredes horizontales al revestimiento mediante una unión mecánica y uniendo sus paredes verticales a los cuerpos de la primera pieza mediante una unión mecánica ó una unión química;
c) montar la segunda pareja de piezas adicionales uniendo sus paredes horizontales al revestimiento mediante una unión mecánica y uniendo sus paredes verticales a los cuerpos de la primera pieza mediante una unión química ó mediante la instalación de casquillos en los orificios taladrados en ambos elementos para la recepción del perno de unión del estabilizador vertical.
Se consigue con ello un procedimiento de montaje muy sencillo que no necesita tareas adicionales en la línea final de montaje.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de realizaciones ilustrativas de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 es una vista en perspectiva en un herraje de cogida de un estabilizador vertical de cola montado sobre el fuselaje trasero de una aeronave conocido en la técnica.
La Figura 2 es una vista en perspectiva del herraje de la Figura 1 .
Las Figuras 3a y 3b son, respectivamente, secciones transversales de la Figura 1 según los ejes A-A y B-B.
La Figura 4 es una vista en perspectiva de un herraje de cogida de un estabilizador vertical de cola de carga vertical según la presente invención.
La Figura 5 es una vista en sección transversal del herraje de la Figura 4. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Para una mejor comprensión de la invención describiremos en primer término un herraje de cogida de un estabilizador vertical de cola conocido en la técnica en referencia a las Figuras 1 -3.
Se trata de un herraje 1 1 de una pieza con unas orejetas 15, 15' para recibir el elemento de carga del estabilizador vertical, una pareja de paredes horizontales 21 , 21 ' que se unen al revestimiento 5 y una pareja de paredes verticales 27, 27' (continuas o segmentadas en dos partes como se muestra en la Figura 2, dependiendo de la ubicación del herraje) que se unen a las cuadernas 7 del fuselaje. En las Figuras 3a y 3b se pueden observar en detalle las correspondientes uniones.
Como bien entenderá el experto en la materia los términos "horizontal" y "vertical" no deben entenderse en un sentido geométrico rigurosamente estricto sino como términos meramente identificativos de los componentes mencionados del herraje. Por su parte, la forma del cuerpo central 13 del herraje 1 1 puede variar de unos herrajes a otros dependiendo de su ubicación.
Como ya apuntamos, la problemática básica planteada por un herraje metálico con la forma del herraje 1 1 , aparte del peso, viene determinada por los condicionantes de su montaje. Al ser una sola pieza mecanizada, el ajuste para el montaje se debe de realizar en el contacto con el revestimiento 5 y los orificios taladrados 19, 19' de las orejetas 15, 15' deban ser retrabajados en situ para asegurar que su eje queda situado en la posición correcta lo que exige una instalación "in situ" de los casquillos que hay que montar en ellos para cooperar con el perno de unión del elemento del estabilizador vertical de cola con las orejetas 15, 15' entre las que se introduce.
Ese mismo tipo de problemas se darían en el caso de un herraje de material compuesto con una forma similar y, adicionalmente, el relacionado con la dificultad de optimizar sus laminados ya que los condicionantes de la distribución de cargas obligarían a grandes espesores en algunos componentes, particularmente las orejetas 15, 15' como sugiere la propia representación gráfica de la Figura 2.
En relación con ese estado de la técnica, la idea básica de la presente invención es configurar el herraje en dos o más partes que faciliten tanto la optimización de los laminados de sus distintos componentes como su montaje.
En una realización preferente de la presente invención el herraje estanco 41 , ilustrado en las Figuras 4-5, consta de cinco piezas, todas ellas fabricadas en material compuesto:
- Una primera pieza 43 con dos cuerpos 45, 45', incluyendo respectivamente cada uno de ellos, respectivamente, las orejetas 47, 47' de cogida del estabilizador vertical de cola y las paredes verticales 49, 49' de unión a las cuadernas 7 del fuselaje y un perfil central 51 destinado a proporcionar estanqueidad al herraje que debe quedar por debajo del revestimiento 5. La conformación unitaria de la pieza 43 facilita, como veremos posteriormente, el montaje del herraje 41 . Por su parte, el perfil central 51 tiene la función adicional de servir de medio de unión de los cuerpos 45, 45' lo que permite optimizar las paredes verticales 49, 49' de unión a las cuadernas del fuselaje.
- Una primera pareja de piezas 55, 55' con forma de angular que están previstas para que sus paredes horizontales 57, 57' queden unidas al revestimiento 5 del fuselaje por su parte interior y sus paredes verticales 59, 59' queden unidas a los cuerpos 45, 45' de la primera pieza 43. - Una segunda pareja de piezas adicionales 65, 65' con forma de angular que están previstas para que sus paredes horizontales 67, 67' queden unidas al revestimiento 5 por su cara exterior y para que sus paredes verticales 69, 69' queden unidas a los cuerpos 45, 45' de la primera pieza 43 en la zona de las orejetas 47, 47'.
Las cinco piezas 43, 45, 45', 55, 55' se fabrican utilizando técnicas convencionales de fabricación utilizando materiales compuestos, particularmente CFRP.
La primera pieza 43 del herraje 41 se monta por la parte interior del revestimiento 5 por lo que los orificios taladrados 48, 48' de las orejetas 47, 47' quedan situados en su posición definitiva y no necesitan ser retrabajados.
Las piezas 55, 55' de la primera pareja se unen a los cuerpos 45, 45' de la pieza 43 en la línea final de montaje con lo que se asegura su posicionamiento correcto, preferentemente por medios mecánicos y en particular mediante remaches, aunque en el caso de las paredes verticales 59, 59' también pueden unirse por medios químicos y en particular mediante adhesivos. La eventual holgura entre las paredes horizontales 57, 57' y el revestimiento 5 del fuselaje se puede cubrir con una lámina de relleno apropiada.
Por su parte, las piezas 65, 65' de la segunda pareja se montan por la parte exterior del revestimiento 5 en la línea final de montaje con lo que se asegura su posicionamiento correcto. Sus paredes verticales 69, 69' se unen a los cuerpos 45, 45' mediante adhesivos o simplemente mediante los casquillos 71 , 71 ' que se introducen en los orificios taladrados 48, 48' de ambas piezas y sus paredes horizontales 67, 67' se unen al revestimiento 5 mediante remaches.
La eventual holgura entre las paredes horizontales 67, 67' y el revestimiento 5 del fuselaje se puede cubrir con una lámina de relleno apropiada.
Al estar fabricado por entero con un material compuesto, preferentemente, CPRP el herraje no tiene ningún problema de corrosión como sucede en los herrajes metálicos. Por su parte, la división del herraje 41 en las piezas 43, 55, 55', 65, 65' permite optimizar sus correspondientes laminados en función de las cargas que tiene que soportar cada una de ellas. Puede observarse en este sentido la función complementaria aportada por las paredes verticales 69, 69' de la segunda pareja de piezas 65, 65' a los cuerpos 45, 45' en la zona de las orejetas 47, 47' para soportar la carga del estabilizador vertical. Véase, en ese sentido, las sustanciales diferencias de forma entre las paredes verticales 69, 69' y las orejetas 47, 47'.
La fabricación de la pieza 43 se lleva a cabo preferentemente preparando separadamente los cuerpos 45, 45' y el perfil 51 en una primera etapa y consolidando el conjunto en una segunda etapa utilizando una técnica apropiada.
En las realizaciones que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES
1 .- Herraje estanco (41 ) para la cogida del estabilizador vertical de cola de una aeronave en una zona de su fuselaje trasero estructurada en base a un revestimiento (5) fabricado con un material compuesto como una pieza unitaria y unas cuadernas (7) fabricadas con un material compuesto, caracterizado porque comprende:
a) una primera pieza (43) fabricada con un material compuesto que comprende dos cuerpos (45, 45'), que incluyen las orejetas (47, 47') de cogida del estabilizador vertical de cola y unas paredes verticales (49, 49') de unión del herraje (43) a las cuadernas (7) del fuselaje, y un perfil central (51 ) de estanqueidad;
b) dos parejas de piezas adicionales (55, 55'; 65, 65') con forma de angular, fabricadas con un material compuesto, que incluyen unas paredes horizontales (57, 57'; 67, 67') de unión al revestimiento (5) por, respectivamente, su cara interior y exterior y unas paredes verticales (59, 59'; 69, 69') de unión a dichos cuerpos (45, 45') en zonas situadas, respectivamente, debajo y encima del revestimiento (5).
2.- Herraje estanco (41 ) según la reivindicación 1 , en el que dichas orejetas (47, 47') de la primera pieza (43) y las paredes verticales (69, 69') de la segunda pareja de piezas adicionales (65, 65') tienen orificios taladrados (48, 48') previstos para quedar alineados para la recepción del perno de unión con el estabilizador vertical de cola.
3.- Herraje estanco (41 ) según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, en el que dicho perfil central (51 ) está alineado con las paredes horizontales (57, 57') de la primera pareja de piezas adicionales (55, 55').
4.- Herraje estanco (41 ) según cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, en el que dichas piezas (43, 55, 55', 65, 65') están fabricadas con CFRP.
5.- Procedimiento de montaje del herraje estanco (41 ) objeto de cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, caracterizado porque comprende los siguientes pasos:
a) montar la primera pieza (43) por la parte interior del revestimiento (5); b) montar la primera pareja de piezas adicionales (55, 55') uniendo sus paredes horizontales (57, 57') al revestimiento (5) mediante una unión mecánica y uniendo sus paredes verticales (59, 59') a los cuerpos (45, 45') de la primera pieza (43) mediante una unión mecánica ó una unión química;
c) montar la segunda pareja de piezas adicionales (65, 65') uniendo sus paredes horizontales (67, 67') al revestimiento (5) mediante una unión mecánica y uniendo sus paredes verticales (69, 69') a los cuerpos (45, 45') de la primera pieza mediante una unión química ó mediante la instalación de casquillos (71 , 71 ') en los orificios taladrados (48, 48') en ambos elementos para la recepción del perno de unión del estabilizador vertical.
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