WO2012056076A1 - Paneles de relleno para los revestimientos de los tanques de combustible de las aeronaves - Google Patents

Paneles de relleno para los revestimientos de los tanques de combustible de las aeronaves Download PDF

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bulkheads
feet
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Luis Miguel GARCÍA VÁZQUEZ
Manuel Recio Melero
Teresa Latorre Plaza
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Airbus Operations S.L.
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Definitions

  • the present invention relates to the linings of aircraft fuel tanks and, more particularly, to the filler panels attached to them in their areas of intersection with the bulkheads of the fuel tanks between adjacent stringers.
  • the main structure of the supporting surfaces of an aircraft consists of a leading edge, a torsion box, a trailing edge, a connecting root and a point.
  • the torsion box consists of several structural elements: upper and lower coverings stiffened by stringers on one side, stringers and ribs on the other side.
  • the structural elements that form a torsion box are typically manufactured separately and joined together with the help of a complicated tooling to reach the required tolerances that are given by the aerodynamic, structural and assembly requirements.
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced with Plastic
  • the coatings that are part of the torsion drawers are reinforced by longitudinal stringers in the direction of the wingspan that improve both the resistance and the buckling behavior of the coatings, having different cross sections such as "T”, ⁇ "or” J "shaped cross sections.
  • Aircraft fuel tanks are usually housed in the torsion drawer of the aircraft wing. They are normally delimited by bulkheads following traces of ribs and stringers.
  • a known solution for said problem is to connect the panels covering the gaps by means of rivets.
  • An important disadvantage of this solution is that it requires a riveting operation during the assembly of the torsion box of the wing which implies time and costs.
  • This invention focuses on solving this problem.
  • An object of the present invention is to provide a supporting surface of an aircraft comprising one or more fuel tanks delimited by easily assembled sealed bulkheads.
  • Another object of the present invention is a supporting surface of an aircraft comprising one or more fuel tanks delimited by sealed bulkheads with a limited number of riveted joints.
  • a supporting surface of an aircraft such as a wing, structured as a torsion box comprising upper and lower linings stiffened by stringers in the direction of the wingspan, front and rear stringers in the direction of the wingspan and ribs in the direction of the rope, said support surface comprising one or more fuel tanks arranged inside said torsion box and separated by bulkheads, the stringers a few feet extended in the intersection areas with said bulkheads, also comprising filling panels of said liners covering the gaps that remain between said liners and said bulkheads outside said intersection areas whose configuration is adapted to cover the space between the extended feet of adjacent stringers, leaving a clearance with them of a predetermined width W1, thereby providing them with a self-clamping capacity in the plane of each coating that facilitates the joining of said filling panels to said coatings.
  • W1 between a padding panel and the edges of the extended feet of adjacent stringers is between 2-4 mm. This achieves an aircraft bearing surface with a clearance between the extended feet of adjacent stringers and said padding panels that allows it to be fixed to the lining without compromising its self-holding capacity.
  • said coatings and said stringers are made of Plastic Reinforced Carbon Fiber (CFRP), said bulkheads are made of aluminum and said filling panels are made of Plastic Reinforced Fiberglass (GFRP).
  • CFRP Plastic Reinforced Carbon Fiber
  • GFRP Plastic Reinforced Fiberglass
  • said stringers are T-shaped stringers
  • said extended feet have an arcuate shape, with an axis of symmetry in the trace of each intersected bulkhead and said padding panels have a "dog bone” shape adapted to said arched shape.
  • each edge of said extended feet comprises a straight central segment and two curved segments and each edge of said filling panels comprises a straight central segment, two curved intermediate segments and two straight end segments of a predetermined length W2 (preferably between 10-14 mm), displaced at a predetermined perpendicular distance W3 (preferably between 20-30 mm) of said straight central segment.
  • Figure 1 a is a perspective view of a known multi-rib torsion box of an aircraft wing and Figure 1 b is a cross-sectional view of Figure 1 a through the plane A-A.
  • Figure 2 is a plan view of the left part of an aircraft wing showing the position of a central fuel tank, an external fuel tank, a compensation tank and a small tank.
  • Figure 3 is a plan view of the lining of a wing in an area of intersection between a bulkhead of a fuel tank and two adjacent stringers incorporating a filler panel in accordance with the present invention.
  • Figure 4 is an enlarged view of said filler panel.
  • Figure 5 is a cross section of said intersection area in the lower wing liner.
  • Figure 6 is an enlarged view of the filler panel according to the present invention attached to the lower wing liner.
  • a multi-rib torsion box 1 as shown in Figures 1 a and 1 b is structurally based on a front beam 1 1 and a rear beam 13 in the direction of the wingspan (understanding the terms front and rear in relation to the direction of flight of the aircraft), a plurality of ribs 27, 27 ', 27 ", 27 “'in the direction of the rope and the upper and lower coverings 19, 21 with a plurality of stringers 25, 25', 25" in the direction of the wingspan.
  • ribs 27, 27 ', 27 ", 27"' are to provide torsional stiffness and limit linings 19, 21 and stringers
  • the primary function of the coatings 19, 21 is to provide a continuous surface that supports and distributes the aerodynamic loads and is therefore structured as a set of panels delimited by said ribs 27, 27 ', 27 ", 27"' and said stringers 25, 25 ', 25 "as well as the front crossbar 1 1 and the rear crossbar 13.
  • Figure 2 shows the left part of the torsion box of an aircraft wing that houses a central tank 31, an external tank 33, a compensation tank 35 and also a small tank 37 in which the fuel pump is located. Said tanks are separated by bulkheads 41 following the trace of ribs or stringers. Bulkheads 41 and ribs 27, 27 ', 27 ", 27"' have a similar structure, but bulkheads 41 have to be watertight as the walls of the tanks.
  • Figure 3 shows an intersection area of, for example, the bottom lining 21 with one of said bulkheads 41 represented by its trace 43 between two adjacent stringers 25, 25 '.
  • a filling panel 45 sized to cover the space between said extended feet 26, 26 'is attached to the lining 21, leaving a gap between its edges.
  • Said padding panel 45 has a "dog bone” shape determined by the arcuate edges of the extended feet 26, 26 'that provides a self-clamping capability in the plane of the lining, that is, the padding panel 45 is Embraced between adjacent extended feet 26, 26 ', preventing its displacement on the surface of the cladding.
  • the edges of the extended feet 26, 26 ' comprise a straight central segment 27 and two curved segments 28, 29 and the opposite edges of the filler panels 45 comprise a straight central segment 47, two curved intermediate segments 48 , 49 and two straight end segments 50, 51 of a length W2, displaced at a perpendicular distance W3 of said straight center segment 47.
  • Figure 5 shows an intersection area with a filler panel 45 in the lower liner 21 and Figure 6 shows how said filler panel 45 joins the lower liner 21 using a first sealing means 51 and how the gaps between the edges of the extended feet 26, 26 'are sealed with a second sealing means 53 of a lower density than said first sealing means 51.
  • the stringers 25, 25 ', 25 "and the coatings 19, 21 are made with Carbon Fiber Reinforced with Plastic (CFRP).
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced with Plastic
  • - Bulkheads 41 are made of aluminum.
  • - Filler panels 45 are made of Fiberglass Reinforced with Plastic (GFRP).
  • - W1 is between 2-4 mm.
  • - W2 is between 10-14 mm.

Abstract

Paneles de relleno para los revestimientos de los tanques de combustible de las aeronaves. Esos paneles de relleno (45) cubren los huecos que quedan en las intersecciones entre los revestimientos superior e inferior (19, 21 ), rigidizados por larguerillos (25, 25', 25"), de una superficie sustentadora de una aeronave estructurada como un cajón de torsión y los mamparos (41 ) que separan los tanques de combustible (31, 33, 35, 37) dispuestos en el interior de dicho cajón de torsión, estando adaptada la configuración de dichos paneles de relleno (45) para cubrir el espacio entre los pies extendidos (26, 26') de larguerillos contiguos (25, 25'), dejando una holgura con ellos de una anchura predeterminada (W1 ), proporcionándoles por lo tanto una capacidad de auto-sujeción en el plano de cada revestimiento que facilita la unión de dichos paneles de relleno (45) a dichos revestimientos (19, 21 ).

Description

PANELES DE RELLENO PARA LOS REVESTIMIENTOS DE LOS TANQUES DE COMBUSTIBLE DE LAS AERONAVES CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a los revestimientos de los tanques de combustible de las aeronaves y, más en particular, a los paneles de relleno unidos a ellos en sus áreas de intersección con los mamparos de los tanques de combustible entre larguerillos contiguos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La estructura principal de las superficies sustentadoras de una aeronave está constituida por un borde de ataque, un cajón de torsión, un borde de salida, una raíz de unión y una punta. El cajón de torsión está constituido por varios elementos estructurales: revestimientos superior e inferior rigidizados por larguerillos por un lado, largueros y costillas por otro lado. Los elementos estructurales que forman un cajón de torsión se fabrican, típicamente, por separado y se unen con la ayuda de un utillaje complicado para alcanzar las tolerancias requeridas que vienen dadas por los requerimientos aerodinámicos, estructurales y de ensamblaje.
En la actualidad y particularmente en la industria aeronáutica se utilizan de forma masiva materiales compuestos de matriz orgánica y fibras continuas, especialmente CFRP (Fibra de Carbono Reforzada con Plástico) en una gran diversidad de elementos estructurales. Por ejemplo, todos los elementos constituyentes de los cajones de torsión anteriormente citados (costillas, larguerillos, largueros y revestimientos) pueden ser fabricados usando CFRP.
Los revestimientos que forman parte de los cajones de torsión están reforzados mediante larguerillos longitudinales en sentido de la envergadura que mejoran tanto la resistencia como el comportamiento a pandeo de los revestimientos, teniendo diferentes secciones transversales tales como secciones transversales con forma de "T", Ί" o "J".
Los tanques de combustible de las aeronaves suelen estar alojados en el cajón de torsión del ala de la aeronave. Están delimitados normalmente por mamparos siguiendo trazas de costillas y larguerillos.
El diseño y la fabricación de dichos cajones de torsión implica varios problemas. Uno de ellos es el sellado de los huecos que quedan entre los revestimientos y los mamparos cerca de las zonas de intersección entre mamparos y larguerillos.
Una solución conocida para dicho problema es unir por medio de remaches paneles de relleno a los revestimientos cubriendo dichos huecos. Una desventaja importante de esta solución es que requiere una operación de remachado durante el montaje del cajón de torsión del ala que implica tiempo y costes.
Esta invención se centra en la solución de este problema.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es proporcionar una superficie sustentadora de una aeronave que comprende uno o más tanques de combustible delimitados por mamparos estancos de fácil montaje.
Otro objeto de la presente invención es una superficie sustentadora de una aeronave que comprende uno o más tanques de combustible delimitados por mamparos estancos con un número limitado de uniones remachadas.
Estos y otros objetos se consiguen con una superficie sustentadora de una aeronave, tal como un ala, estructurada como un cajón de torsión que comprende revestimientos superior e inferior rigidizados por larguerillos en la dirección de la envergadura, largueros frontal y trasero en la dirección de la envergadura y costillas en la dirección de la cuerda, comprendiendo dicha superficie sustentadora uno o más tanques de combustible dispuestos en el interior de dicho cajón de torsión y separados por mamparos, teniendo los larguerillos unos pies extendidos en las áreas de intersección con dichos mamparos, comprendiendo también paneles de relleno de dichos revestimientos cubriendo los huecos que quedan entre dichos revestimientos y dichos mamparos fuera de dichas áreas de intersección cuya configuración está adaptada para cubrir el espacio entre los pies extendidos de larguerillos contiguos, dejando una holgura con ellos de una anchura predeterminada W1 , proporcionándoles por lo tanto una capacidad de auto-sujeción en el plano de cada revestimiento que facilita la unión de dichos paneles de relleno a dichos revestimientos.
En realizaciones de la presente invención dicha anchura predeterminada
W1 entre un panel de relleno y los bordes de los pies extendidos de larguerillos contiguos está comprendida entre 2-4 mm. Se logra con ello una superficie sustentadora de aeronave con una holgura entre los pies extendidos de larguerillos contiguos y dichos paneles de relleno que permite su fijación al revestimiento sin comprometer su capacidad de auto-sujeción.
En realizaciones de la presente invención, dichos revestimientos y dichos larguerillos están hechos con Fibra de Carbono Reforzada con Plástico (CFRP), dichos mamparos están hechos con aluminio y dichos paneles de relleno están hechos con Fibra de Vidrio Reforzada con Plástico (GFRP). Se logra con ello una superficie sustentadora de aeronave con unos paneles auto-sujetados de poco peso cubriendo los huecos entre los revestimientos y los mamparos.
En realizaciones de la presente invención, dichos larguerillos son larguerillos en forma de T, dichos pies extendidos tienen una forma arqueada, con un eje de simetría en la traza de cada mamparo intersectado y dichos paneles de relleno tiene una forma de "hueso de perro" adaptada a dicha forma arqueada. Se logra con ello una superficie sustentadora de aeronave con unos paneles de relleno con una forma adecuada para su incorporación a revestimientos rigidizados con larguerillos en forma de T.
En realizaciones de la presente invención cada borde de dichos pies extendidos comprende un segmento central recto y dos segmentos curvos y cada borde de dichos paneles de relleno comprende un segmento central recto, dos segmentos intermedios curvos y dos segmentos finales rectos de una longitud predeterminada W2 (comprendida preferentemente entre 10-14 mm), desplazados a una predeterminada distancia perpendicular W3 (comprendida preferentemente entre 20-30 mm) de dicho segmento central recto. Se logra con ello una superficie sustentadora de aeronave con unos paneles de relleno con una configuración optimizada para su incorporación a revestimiento reforzados con larguerillos en forma de T.
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 a es una vista en perspectiva de un cajón de torsión multi- costilla conocido de un ala de aeronave y la Figura 1 b es una vista en sección transversal de la Figura 1 a por el plano A-A.
La Figura 2 es una vista en planta de la parte izquierda de un ala de aeronave que muestra la posición de un tanque de combustible central, un tanque de combustible externo, un tanque de compensación y un pequeño tanque.
La Figura 3 es una vista en planta del revestimiento de un ala en un área de intersección entre un mamparo de un tanque de combustible y dos larguerillos contiguos incorporando un panel de relleno de acuerdo con la presente invención.
La Figura 4 es una vista ampliada de dicho panel de relleno.
La Figura 5 es una sección transversal de dicha área de intersección en el revestimiento inferior del ala.
La Figura 6 es una vista ampliada del panel de relleno de acuerdo con la presente invención unido al revestimiento inferior del ala.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a tanques de combustible alojados en una estructura de un cajón de torsión multi-costilla con rigidizadores longitudinales teniendo preferentemente una sección transversal en T. Un cajón de torsión multi-costilla 1 como el representado en las Figuras 1 a y 1 b está basado estructuralmente en un larguero frontal 1 1 y un larguero trasero 13 en la dirección de la envergadura (entendiendo los términos frontal y trasero en relación con la dirección de vuelo de la aeronave), una pluralidad de costillas 27, 27', 27", 27"' en la dirección de la cuerda y los revestimientos superior e inferior 19, 21 con una pluralidad de larguerillos 25, 25', 25" en la dirección de la envergadura.
Las funciones principales de las costillas 27, 27', 27", 27"' son las de proporcionar rigidez torsional y limitar los revestimientos 19, 21 y los larguerillos
25, 25', 25" longitudinalmente para discretizar las cargas de pandeo y mantener la forma de superficie aerodinámica.
La función primaria de los revestimientos 19, 21 es la de proporcionar una superficie continua que soporta y distribuye las cargas aerodinámicas y por ello está estructurada como un conjunto de paneles delimitados por dichas costillas 27, 27', 27", 27"' y dichos larguerillos 25, 25', 25" así como por el larguero frontal 1 1 y el larguero trasero 13.
La Figura 2 muestra la parte izquierda del cajón de torsión de un ala de aeronave que aloja un tanque central 31 , un tanque exterior 33, un tanque de compensación 35 y también un pequeño tanque 37 en el que se sitúa la bomba de combustible. Dichos tanques están separados por mamparos 41 siguiendo la traza de costillas o larguerillos. Los mamparos 41 y las costillas 27, 27', 27", 27"' tienen una estructura similar, pero los mamparos 41 tienen que ser estancos al ser las paredes de los tanques.
La Figura 3 muestra un área de intersección de, por ejemplo, el revestimiento inferior 21 con uno de dichos mamparos 41 representado por su traza 43 entre dos larguerillos contiguos 25, 25'.
En dicha área de intersección, los larguerillos 25, 25' tienen pies extendidos
26, 26' análogamente a las intersecciones entre los larguerillos y costillas para proporcionar espacio para las uniones larguerillo-costilla-revestimiento. Como se representa en la Figura 3, dichos pies extendidos 26, 26' tienen unos típicos bordes arqueados.
De acuerdo con una realización de esta invención, en dicha área de intersección se une al revestimiento 21 un panel de relleno 45 dimensionado para cubrir el espacio entre dichos pies extendidos 26, 26', dejando una holgura entre sus bordes. Dicho panel de relleno 45 tiene una forma de "hueso de perro" determinada por los bordes arqueados de los pies extendidos 26, 26' que proporciona una capacidad de auto-sujeción en el plano del revestimiento, es decir, el panel de relleno 45 queda abrazado entre los pies extendidos contiguos 26, 26', impidiendo su desplazamiento sobre la superficie del revestimiento.
En una realización preferente, los bordes de los pies extendidos 26, 26' comprenden un segmento central recto 27 y dos segmentos curvos 28, 29 y los bordes opuestos de los paneles de relleno 45 comprenden un segmento central recto 47, dos segmentos intermedios curvos 48, 49 y dos segmentos finales rectos 50, 51 de una longitud W2, desplazados a una distancia perpendicular W3 de dicho segmento central recto 47.
La Figura 5 muestra un área de intersección con un panel de relleno 45 en el revestimiento inferior 21 y la Figura 6 muestra cómo dicho panel de relleno 45 se une al revestimiento inferior 21 utilizando un primer medio de sellado 51 y cómo los huecos entre los bordes de los pies extendidos 26, 26' se sellan con un segundo medio de sellado 53 de una densidad menor que dicho primer medio de sellado 51 .
En realizaciones preferentes de la invención:
- Los larguerillos 25, 25', 25" y los revestimientos 19, 21 están hechos con Fibra de Carbono Reforzada con Plástico (CFRP).
- Los mamparos 41 están hechos con aluminio.
- Los paneles de relleno 45 están hechos con Fibra de Vidrio Reforzada con Plástico (GFRP).
- W1 está comprendida entre 2-4 mm.
- W2 está comprendida entre 10-14 mm.
- W3 está comprendida entre 20-30 mm. Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES
1 . - Una superficie sustentadora de una aeronave estructurada como un cajón de torsión comprendiendo revestimientos superior e inferior (19, 21 ) rigidizados por larguerillos (25, 25', 25") en la dirección de la envergadura, largueros frontal y trasero (1 1 , 13) en la dirección de la envergadura y costillas (27, 27', 27") en la dirección de la cuerda, comprendiendo dicha superficie sustentadora uno o más tanques de combustible (31 , 33, 35, 37) dispuestos en el interior de dicho cajón de torsión y separados por mamparos (41 ), teniendo los larguerillos (25, 25', 25") unos pies extendidos en las áreas de intersección con dichos mamparos (41 ), comprendiendo también paneles de relleno (45) de dichos revestimientos (19, 21 ) cubriendo los huecos que quedan entre dichos revestimientos (19, 21 ) y dichos mamparos (41 ) fuera de dichas áreas de intersección, caracterizada porque la configuración de dichos paneles de relleno (45) está adaptada para cubrir el espacio entre los pies extendidos (26, 26') de larguerillos contiguos (25, 25'), dejando una holgura con ellos de una anchura predeterminada (W1 ), proporcionándoles por lo tanto una capacidad de auto-sujeción en el plano de cada revestimiento que facilita la unión de dichos paneles de relleno (45) a dichos revestimientos (19, 21 ).
2. - Una superficie sustentadora según la reivindicación 1 , en la que dicha anchura predeterminada (W1 ) entre un panel de relleno (45) y los bordes de los pies extendidos (26, 26') de larguerillos contiguos (25, 25') está comprendida entre 2-4 mm.
3. - Una superficie sustentadora según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, en la que dichos revestimientos (19, 21 ) y dichos larguerillos (25, 25', 25") están hechos con CFRP, dichos mamparos (41 ) están hechos con aluminio y dichos paneles de relleno (45) están hechos con GFRP.
4. - Una superficie sustentadora según cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, en la que dichos larguerillos (25, 25', 25") son larguerillos en forma de T, dichos pies extendidos tienen una forma arqueada, con un eje de simetría en la traza de cada mamparo (41 ) intersectado, y dichos paneles de relleno (45) tienen una forma de "hueso de perro" adaptada a dicha forma arqueada.
5. - Una superficie sustentadora según la reivindicación 4, en la que:
- cada borde de dichos pies extendidos comprende un segmento central recto (27) y dos segmentos curvos (28, 29);
- cada borde de dichos paneles de relleno (45) comprende un segmento central recto (47), dos segmentos intermedios curvos (48, 49) y dos segmentos finales rectos (50, 51 ) de una longitud predeterminada (W2) desplazados a una predeterminada distancia perpendicular (W3) de dicho segmento central recto (47).
6. - Una superficie sustentadora según la reivindicación 5, en la que:
- dicha longitud predeterminada (W2) está comprendida entre 10-14 mm;
- dicha predeterminada distancia perpendicular (W3) está comprendida entre 20-30 mm.
7. - Una superficie sustentadora de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, en la que dicha superficie sustentadora es un ala.
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