ESTRUCTURA Y PROCEDIMIENTO DE SEGURIDAD A LOS IMPACTOS.

Depósito de combustible (1) con características de absorción de energía elevada para aplicaciones aeronáuticas,

siendo dicho depósito de combustible (1) sustancialmente cerrado y sustancialmente rígido, en el que por lo menos una pared lateral (3, 4) de dicho depósito de combustible sustancialmente cerrado (1) comprende por lo menos una válvula de ventilación (8) que puede abrirse cuando una presión que sobrepasa un valor predeterminado de presión está presente en el interior del depósito de combustible sustancialmente cerrado (1), en el que dicho depósito de combustible (1) comprende además un depósito de combustible adicional (13) que coopera con dicha por lo menos una válvula de ventilación (8), estando adaptado dicho depósito de combustible adicional (13) para recibir combustible a través de dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) cuando dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) está abierta debido a una sobrepresión en el interior de dicho depósito de combustible (1), en el que dicha válvula de ventilación (8) comprende una membrana rompible (10), que está dispuesta para cerrar una abertura correspondiente (9), y un dispositivo de refuerzo de abertura (12), en el que dicha membrana rompible (10) comprende un material frágil

Estructura y procedimiento de seguridad a los impactos.

La presente invención se refiere al campo de la seguridad pasiva de las estructuras, particularmente las estructuras aeronáuticas. Todavía más particularmente, la presente invención se refiere a una estructura de subsuelo para aeronaves de alas fijas o rotatorias provista de características innovadoras de absorción de energía, y a un procedimiento para aumentar la seguridad pasiva de las aeronaves en caso de impacto.

La investigación en el campo de la protección contra impactos de las estructuras aeronáuticas de helicópteros y vehículos voladores en general tiene su origen en una serie de observaciones y análisis estadísticos realizados a partir de los años 60 y los años 70. Esta investigación tuvo el mérito de demostrar por primera vez que las consecuencias de los impactos de las aeronaves, particularmente de los helicópteros, contra el suelo podrían limitarse, siempre y cuando se emprendieran acciones para prevenir una serie de riesgos claramente identificados, tales como los incendios, la penetración de grandes masas suspendidas dentro de la cabina, la acción de una aceleración intensa sobre los ocupantes y la intrusión de paneles y otros componentes estructurales en el espacio de los pasajeros.

La identificación cada vez más precisa de estos sucesos ha permitido establecer especificaciones militares y civiles detalladas que tienen un efecto significativo sobre la filosofía de diseño relacionada con los helicópteros de generación más reciente y con los de futuras generaciones. Estas especificaciones permiten definir sin ambigüedades la naturaleza del problema y establecer claramente los objetivos que se desea alcanzar.

Si se desea satisfacer requisitos de seguridad a los impactos (crashworthiness) (o de manera más general, de seguridad pasiva), la investigación y el desarrollo deberán tener un alcance más amplio y más detallado, los propios estándares de seguridad pasiva deberán mejorarse progresivamente y la filosofía de diseño deberá experimentar un cambio radical. Por ejemplo, la estructura de un helicóptero sólo podrá comportarse satisfactoriamente frente a los impactos si las especificaciones de seguridad pasiva se analizan en la etapa de diseño preliminar.

A título de ejemplo, la absorción de energía total de un helicóptero no se obtiene solamente aprovechando las aportaciones ofrecidas en secuencia por el tren de aterrizaje, la parte inferior del fuselaje ("subsuelo"), el asiento con los soportes y el techo con la estructura de soporte para la transmisión. Esto es debido al hecho de que, aunque cada uno de dichos componentes considerados por separado presente un comportamiento satisfactorio ante los impactos, tal vez esto no sea suficiente para asegurar el comportamiento satisfactorio de la estructura considerada en su conjunto, lo cual exigirá también estudiar y potenciar al máximo el funcionamiento de todos los elementos considerados de forma global. La necesidad de tomar en consideración diferentes aspectos del fenómeno de manera simultánea ha permitido determinar nuevos sistemas de diseño.

Proporcionar una estructura de helicóptero resistente al impacto determina un incremento de los costes, debido al gasto adicional que comporta la mayor dificultad del procedimiento de diseño causada por las complicaciones estructurales y tecnológicas y por la reducción del volumen útil y la capacidad de carga. Por otro lado, el requisito de preservación de la seguridad de los pasajeros es de importancia primordial; por consiguiente, siempre será necesario buscar disposiciones estructurales y soluciones que sean eficientes y efectivas en relación con la absorción de energía y que permitan elevar los niveles de seguridad con un mínimo incremento del peso y del coste.

Sin embargo, como es obvio, resulta imposible garantizar la supervivencia de los ocupantes en todos los tipos de accidentes y, por consiguiente, se centrará la atención en la categoría de impactos definidos como "choques sin riesgo potencial para la vida", en los que el nivel y la duración de las tensiones transmitidas a los pasajeros no sobrepasan los límites de la tolerancia humana.

Se han llevado a cabo investigaciones en relación con la aceleración que un ser humano puede soportar en un impacto, los resultados de las cuales demuestran que el ser humano puede soportar aceleraciones horizontales de hasta 45 g, pero solo durante un período de tiempo muy corto. Estos valores se reducen notoriamente si la aceleración actúa en la dirección vertical; en este caso, el límite de tolerancia es de aproximadamente 17 g para 0,04 segundos y desciende hasta 5 g para 0,2 segundos.

Todos estos datos son fundamentales para el diseño de estructuras capaces de transmitir, en un impacto, sólo las tensiones que los seres humanos puedan resistir, para asegurar la supervivencia de éstos. El objetivo que se desea alcanzar consiste, por consiguiente, en diseñar y producir estructuras capaces de deformarse hasta tal grado y de tal forma que sea posible limitar los niveles de aceleración a los cuales están sometidos los ocupantes de la aeronave, mientras se asegura la preservación de una celda de supervivencia.

Estas estructuras deben ser capaces de absorber energía a través de su deformación controlada y programada. Asimismo, dichas estructuras deberán situarse preferentemente en la parte inferior del fuselaje de la aeronave o el helicóptero, puesto que en la mayoría de casos la parte que choca contra el suelo es la parte inferior.

Entre los otros aspectos de seguridad que incrementan la probabilidad de supervivencia incluso tras un impacto contra el suelo, el más importante es sin duda alguna el de la prevención de incendios y explosiones y el de la reducción de los efectos causados por dichos fenómenos.

La causa de los incendios o las explosiones producidas en caso de un choque es esencialmente la presencia del sistema de combustible instalado en el vehículo. El requisito básico es indudablemente el confinamiento del combustible. Por esta razón, los depósitos y los conductos del sistema de combustible deben ser resistentes y a la vez deformables, y deben instalarse en una posición alejada con respecto a los sistemas o elementos que pueden provocar un incendio.

Las normas actuales exigen que el depósito, ya sea a escala completa o bien reducida, o partes de este superen pruebas de caída sin experimentar pérdidas. Cada norma estipula las características principales de esta prueba, es decir, la altura de caída, el grado de llenado del depósito, la presencia de cualquier herraje o de una estructura de la aeronave que lo rodea. Por ejemplo, algunas normas estipulan que el llenado del depósito debe ser completo y la altura de caída de 20 m, mientras que otras estipulan que el llenado debe ser del 80% y la altura de caída de 15,2 m.

En el estado actual de la técnica, las normas se aplican sólo en el campo militar, ya que en el campo civil no existen helicópteros que satisfagan los requisitos de seguridad relativos a la prevención de incendios.

De lo expuesto anteriormente es fácil deducir que, por un lado, sea deseable disponer de una estructura de subsuelo sumamente deformable que pueda absorber parte de la energía en caso de impacto, mientras que por otro lado sea necesario disponer de un depósito de combustible (generalmente dispuesto en el área de subsuelo, en el caso de una aeronave de alas rotatorias, por ejemplo) que no se deforme para evitar el grave peligro de una deflagración.

Análogamente, aunque el transporte aéreo se considera más seguro que el transporte terrestre (ya sea por carretera o bien por ferrocarril), este tipo de transporte es muy vulnerable a los ataques terroristas, y el riesgo de que los terroristas coloquen un artefacto explosivo a bordo de una aeronave siempre es muy elevado. La estrategia seguida por los diseñadores hasta la actualidad es también la de proveer estructuras cada vez más rígidas y fuertes, capaces de resistir las explosiones que se puedan producir intencionadamente o accidentalmente en el fuselaje, particularmente en la parte inferior o la bodega.

No obstante, esta estrategia se contradice con el requisito de proporcionar estructuras deformables que absorban parte de la energía generada en caso de choque o explosión de una bomba. Por otra parte, el reforzamiento de una estructura causa un inevitable e indeseable incremento del peso y en cualquier caso generalmente es insuficiente para proveer una protección adecuada contra las explosiones.

La patente US nº...

1. Depósito de combustible (1) con características de absorción de energía elevada para aplicaciones aeronáuticas, siendo dicho depósito de combustible (1) sustancialmente cerrado y sustancialmente rígido, en el que por lo menos una pared lateral (3, 4) de dicho depósito de combustible sustancialmente cerrado (1) comprende por lo menos una válvula de ventilación (8) que puede abrirse cuando una presión que sobrepasa un valor predeterminado de presión está presente en el interior del depósito de combustible sustancialmente cerrado (1), en el que dicho depósito de combustible (1) comprende además un depósito de combustible adicional (13) que coopera con dicha por lo menos una válvula de ventilación (8), estando adaptado dicho depósito de combustible adicional (13) para recibir combustible a través de dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) cuando dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) está abierta debido a una sobrepresión en el interior de dicho depósito de combustible (1), en el que dicha válvula de ventilación (8) comprende una membrana rompible (10), que está dispuesta para cerrar una abertura correspondiente (9), y un dispositivo de refuerzo de abertura (12), en el que dicha membrana rompible (10) comprende un material frágil.

2. Depósito de combustible (1) según la reivindicación 1, en el que dicho material frágil comprende un material metálico.

3. Depósito de combustible (1) según la reivindicación 2, en el que dicha membrana rompible (10) está realizada en una aleación de aluminio ligera.

4. Depósito de combustible (1) según la reivindicación 3, en el que dicha membrana rompible (10) presenta un grosor de 0,1 a 0,3 mm.

5. Depósito de combustible (1) según la reivindicación 2, en el que dicha membrana rompible (10) está realizada en policarbonato.

6. Depósito de combustible (1) según la reivindicación 1, en el que está dispuesto en una estructura de subsuelo de una aeronave.

7. Depósito de combustible (1) según la reivindicación 1, en el que dicho por lo menos un depósito de combustible adicional (13) está replegado en su estado no utilizado, es decir con la válvula de ventilación (8) cerrada, y extendido cuando la válvula de ventilación (8) está abierta.

8. Depósito de combustible (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho valor de presión predeterminado es por lo menos 3 veces el valor de presión en el interior del depósito de combustible (1) en condiciones de trabajo nominales.

9. Depósito de combustible (1) según la reivindicación 8, en el que dicho valor de presión predeterminado es de por lo menos 15 barios.

10. Procedimiento para aumentar la seguridad pasiva de un depósito de combustible (1) sustancialmente cerrado y sustancialmente rígido para aplicaciones aeronáuticas, que comprende las etapas siguientes:

proporcionar por lo menos una válvula de ventilación (8) que puede abrirse cuando una presión que sobrepasa un valor predeterminado está presente en el interior del depósito sustancialmente cerrado (1), en el que dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) está prevista en por lo menos una pared lateral (3, 4) del depósito de combustible (1), en el que dicha válvula de ventilación (8) comprende una membrana rompible (10) que está dispuesta para cerrar una abertura correspondiente (9), en el que dicha válvula de ventilación (8) comprende un dispositivo de refuerzo de abertura (12), en el que dicha membrana rompible (10) comprende además un material que es frágil, y

proporcionar un depósito de combustible adicional (13) que coopera con dicha por lo menos una válvula de ventilación (8), estando adaptado dicho depósito de combustible adicional para recibir combustible a través de dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) cuando dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) está abierta debido a una sobrepresión en el interior de dicho depósito de combustible (1).

11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que dicho material frágil comprende un material metálico.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en el que dicho depósito de combustible (1) está dispuesto en una estructura de subsuelo de una aeronave.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 11, en el que dicha etapa de apertura de dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) comprende una etapa que consiste en provocar una apertura de dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) en presencia de una presión que es por lo menos el doble, pero preferentemente el triple, de la presión de trabajo normal en dicho depósito de combustible sustancialmente cerrado (1).

14. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que dicha etapa de apertura de dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) comprende una etapa de provocar una apertura de dicha por lo menos una válvula de ventilación (8) a una presión igual o superior a aproximadamente 15 barios.

15. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que dicha etapa que consiste en proporcionar por lo menos una válvula de ventilación (8) comprende proporcionar dicha membrana rompible (10) realizada a partir de una aleación de aluminio ligera.

16. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que dicha etapa que consiste en proporcionar por lo menos una válvula de ventilación (8) comprende proporcionar dicha membrana rompible (10) realizada en policarbonato.