CUADERNA DE FUSELAJE DE AERONAVE EN MATERIAL COMPUESTO CON ALMA ESTABILIZADA.

Cuaderna (9) de fuselaje de aeronave en material compuesto con alma estabilizada cuya sección transversal (11) en al menos un primer sector (31) en forma de omega está formada por una cabeza (23),

dos almas (25, 25'), dos pies (27, 27') con un elemento rigidizador (29) entre las dos almas (25, 25'). La invención también se refiere a un procedimiento de fabricación del primer sector (31) comprendiendo pasos para: a) proporcionar un elemento exterior (41) con una sección transversal en forma de omega formada por una cabeza (43), dos almas (45, 45') y dos pies (47, 47') y un elemento interior (51) con sección en forma de omega formada por una cabeza (53), dos almas (55, 55') y dos pies (57, 57'), con sus respectivas almas (45, 55; 45', 45') y pies (47, 57; 47', 57') orientados paralelamente; b) unir el elemento interior (51) al elemento exterior(41).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200931307.

Solicitante: AIRBUS OPERATIONS, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: AREVALO RODRIGUEZ,ELENA.

Fecha de Publicación: 28 de Junio de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

B29D99/00 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL. › B29D FABRICACION DE OBJETOS PARTICULARES A PARTIR DE MATERIAS PLASTICAS O DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO (fabricación de gránulos B29B 9/00; fabricación de preformas B29B 11/00). › Materia no prevista en otros grupos de esta subclase.
B29L31/30 B29 […] › B29L SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LA SUBCLASE B29C, RELATIVO A OBJETOS PARTICULARES. › B29L 31/00 Otros objetos particulares. › Vehículos, p. ej. barcos o aviones o partes constitutivas de los mismos.
B64C1/06 B […] › B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA. › B64C AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón de aire B60V). › B64C 1/00 Fuselajes; Características estructurales comunes a fuselajes, alas, superficies estabilizadoras o similares (características aerodinámicas comunes a fuselajes, alas, superficies estabilizadoras o similares B64C 23/00; instalaciones de la cabina de vuelo B64D). › Cuadernas; Larguerillos; Largueros.

Fragmento de la descripción:

CUADERNA DE FUSELAJE DE AERONAVE EN MATERIAL COMPUESTO CON ALMA ESTABILIZADA CAMPO DE LA INVENCiÓN 5 La presente invención se refiere a cuadernas del fuselaje de una aeronave realizadas en material compuesto y, más en particular, a cuadernas con alma estabilizada. 10 ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN Las cuadernas de carga, además de dar forma y rigidez al fuselaje de una aeronave, son los elementos estructurales encargados de soportar y transferir las cargas provenientes de otros elementos estructurales de la 15 aeronave, tales como las alas o los estabilizadores. Tradicionalmente las cuadernas de carga han sido realizadas con material metálico y con diferentes secciones, siendo las más habituales las secciones en e, en 1 y en J, que a través de procesos de mecanizado consiguen un entramado de nervios que estabilizan el alma de la cuaderna. 2 O En la industria aeronáutica actual, la relación resistencia-peso es un aspecto de suma importancia, por lo que hay una demanda de cuadernas fabricadas u optimizadas con materiales compuestos, principalmente con fibra de carbono, en lugar de cuadernas metálicas. En el caso de las cuadernas de carga resulta difícil competir con las 25 cuadernas metálicas mecanizadas, pues, debido a las elevadas y diferentes solicitaciones que han de soportar, las cuadernas alternativas en materiales compuestos suelen plantear diversos problemas de fabricación al presentar un diseño bastante complejo. En todo caso, ya se conocen algunas propuestas al respecto como las descritas en las solicitudes de patentes WO 2008/092970, 3 O US 2009/0026315 Y WO 2009/030731. Uno de los puntos de la problemática mencionada está relacionado con el hecho de intentar conseguir un diseño de cuaderna cuyas almas estén estabilizadas lo que permite optimizarla en peso. Si bien en el caso de las cuadernas de forma ya se conocen algunas propuestas no sucede lo mismo en 5 el caso de las cuadernas de carga a pesar de la demanda existente al respecto en la industria aeronáutica. La presente invención está orientada a la atención de dicha demanda. SUMARIO DE LA INVENCiÓN 10 Un objeto de la presente invención es proporcionar una cuaderna de fuselaje de aeronave con alma estabilizada realizada en material compuesto configurada de manera que se optimice la relación resistencia-peso. Otro objeto de la presente invención es proporcionar una cuaderna de 15 fuselaje de aeronave con alma estabilizada realizada en material compuesto cuya configuración facilite su fabricación. En un primer aspecto, esos y otros objetos se consiguen mediante una cuaderna en la que en, al menos, un sector de la misma su sección transversal es una sección cerrada en forma de omega, formada por una cabeza, dos 2 O almas, dos pies y un elemento rigidizador entre las dos almas. En una realización preferente, el espesor de las almas es menor en el tramo situado entre el elemento rigidizador y la cabeza que en el tramo situado entre el elemento rigidizador y los pies. Se facilita con ello la optimización en peso de la cuaderna. 25 En otra realización preferente, la cuaderna tiene la configuración mencionada en toda su longitud. Se consigue con ello cuadernas optimizadas que requieren almas estabilizadas en toda su longitud. En otra realización preferente, la cuaderna puede comprender varios sectores teniendo uno de ellos la configuración mencionada y los otros una 3 O configuración diferente. Se consigue con ello cuadernas optimizadas para zonas con diferentes requerimientos.

3 O

En un segundo aspecto, esos y otros objetos se consiguen mediante un procedimiento de fabricación de una cuaderna según el cual la fabricación del sector mencionado con forma de omega y un elemento rigidizador interior comprende pasos para:

- Proporcionar un elemento exterior cuya sección transversal es una sección cerrada en forma de omega formada por una cabeza, dos almas y dos pies y un elemento interior con sección cerrada en forma de omega formada por una cabeza, dos almas y dos pies, con sus respectivas almas y pies orientados paralelamente a los del elemento exterior.

- Unir el elemento interior al elemento exterior.

En una realización preferente también se proporciona un elemento de refuerzo para cerrar las esquinas entre el elemento interior y el elemento exterior. Se facilita con ello la fabricación de la cuaderna evitando discontinuidades en las esquinas entre el elemento interior y el elemento exterior y posibles comienzos de despegados, consiguiendo un mejor comportamiento estructural del conjunto.

En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del sector de la cuaderna configurado con un elemento exterior y un elemento interior comprende los siguientes pasos:

Fabricación y curado de la preforma del elemento interior preferentemente mediante un procedimiento RTM (también es factible hacerlo con material preimpregnado utilizando un utillaje adecuado) .

- Fabricación de la preforma del elemento exterior, preferentemente mediante un procedimiento de "hot forming" de material preimpregnado.

- Co-pegado de dichas preformas en un ciclo de curado en autoclave.

En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del sector de la cuaderna configurado con un elemento exterior y un elemento interior comprende los siguientes pasos:

- Fabricación y curado de la preforma del elemento exterior preferentemente mediante un procedimiento RTM (también es factible hacerlo con material preimpregnado utilizando un utillaje adecuado) . - Fabricación de la preforma del elemento interior, preferentemente mediante un procedimiento de "hot forming" de material preimpregnado. - Co-pegado de dichas preformas en un ciclo de curado en autoclave. Se consigue con ello, en ambos casos, un procedimiento muy eficiente 5 para la fabricación de la cuaderna ya que se consigue, por una parte, una gran precisión dimensional en la fabricación de los elementos mediante RTM, lo que supone una ventaja importante particularmente en el caso de las cuadernas de carga en las que el elemento interior y el exterior tiene dimensiones diferentes en distintas zonas y, por otra parte, es un procedimiento eficiente para la 10 fabricación de sectores de la cuaderna con altas sol icitaciones de carga pues mejora las características mecánicas al tener el material preimpregnado mejores propiedades mecánicas que el material de RTM. En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del sector de la cuaderna configurado con un elemento exterior y un elemento interior 15 comprende los siguientes pasos: - Fabricación de preformas de los elementos interior y exterior con material preimpregnado. - Co-curado de dichas preformas en un ciclo de curado en autoclave. Se consigue con ello un procedimiento eficiente para la fabricación de 2 O sectores de la cuaderna con altas solicitaciones de carga y sin variaciones dimensionales importantes. En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del sector de la cuaderna configurado con un elemento exterior y un elemento interior comprende los siguientes pasos: 25 - Fabricación de preformas secas de los elementos interior y exterior. - Co-curado de dichas preformas mediante un proceso de RTM. Se consigue con ello un procedimiento eficiente para la fabricación de sectores de la cuaderna con solicitaciones de carga medias y con variaciones dimensionales importantes. En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del sector de la cuaderna configurado con un elemento exterior y un elemento interior comprende los siguientes pasos: - Fabricación y curado por separado de los elementos interior y exterior. 5 - Unión de dichos elementos mediante adhesivos. Se consigue con ello un procedimiento eficiente para la fabricación de sectores de la cuaderna sometidos a menores requerimientos de carga. En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del sector de la cuaderna configurado con un elemento exterior y un elemento interior 10 comprende los siguientes pasos: - Fabricación y curado por separado de los elementos interior y exterior. - Unión de dichos elementos mediante remaches. Se consigue con ello un procedimiento eficiente para la fabricación de sectores de la cuaderna sometidos a menores requerimientos de carga. 15 Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa del objeto de la invención con relación a las figuras adjuntas. BREVE DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS 20 La Figura 1 muestra la solución convencional de estabilización del alma de una cuaderna realizada en material compuesto con sección en forma de omega. La Figura 2 muestra una sección transversal de una cuaderna según la 25 presente invención....

Reivindicaciones:

1. Cuaderna (9) para el fuselaje de una aeronave realizada en material compuesto, caracterizada porque al menos en un primer sector (31) de la misma su sección transversal (11) es una sección cerrada en forma de omega formada por una cabeza (23) , dos almas (25, 25') , dos pies (27, 27') con un elemento rigidizador (29) entre las dos almas (25, 25') .

2. Cuaderna (9) según la reivindicación 1, caracterizada porque el espesor de las almas (25, 25') es menor en el tramo situado entre el elemento rigidizador (29) y la cabeza (23) que en el tramo situado entre el elemento rigidizador (29) y los pies (27, 27') .

3. Cuaderna (9) según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, 15 caracterizada porque dicho primer sector (31) se extiende a toda su longitud.

4. Cuaderna (9) según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque además del primer sector (31) comprende un segundo sector (33) en la zona prevista para la recepción de cargas externas, cuya 2 O sección transversal es una sección cerrada.

5. Cuaderna (9) según la reivindicación 4, caracterizada porque en dicho segundo sector (33) tiene una sección transversal (13) en forma de TI.

6. Cuaderna (9) según la reivindicación 4, caracterizada porque en dicho segundo sector (33) tiene una sección transversal (15) en forma de omega.

7. Cuaderna (9) según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizada porque además del primer sector (31) , comprende un tercer 3 O sector (35) que tiene una sección transversal (15) en forma de omega.

5 10 8. Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende pasos para: a) proporcionar un elemento exterior (41) cuya sección transversal es una sección cerrada en forma de omega formada por una cabeza (43) , dos almas (45, 45') Y dos pies (47, 47') Y un elemento interior (51) con sección cerrada en forma de omega formada por una cabeza (53) , dos almas (55, 55') Y dos pies (57, 57') , con sus respectivas almas (45, 55; 45', 45') Y pies (47, 57; 47', 57') orientados paralelamente; b) unir el elemento interior (51) al elemento exterior (41) . 15 9.Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la reivindicación 8, caracterizado porque también se proporciona un elemento de refuerzo (61) para cerrar las esquinas entre el elemento interior (51) Y el elemento exterior (41) . 2 O 10.Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la reivindicación 8, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos: a) fabricación y curado de la preforma (51') del elemento interior (51) ; b) fabricación de la preforma (41') del elemento exterior (41) ; c) co-pegado de dichas preformas (41', 51') en un ciclo de curado en autoclave. 25 11.Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la reivindicación 10, caracterizado porque la etapa a) se lleva a cabo mediante un procedimiento de RTM. 3 O 12. Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según cualquiera de las reivindicaciones 10-11, caracterizado porque la etapa b) se lleva a cabo con material preimpregnado mediante un procedimiento de "hot forming". 5 13.Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la reivindicación 8, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos: a) fabricación de la preforma (51 ') del elemento interior (51) ; b) fabricación y curado de la preforma (41 ') del elemento exterior (41) ; c) co-pegado de dichas preformas (41', 51 ') en un ciclo de curado en autoclave. 10 14.Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa a) se lleva a cabo con material preimpregnado mediante un procedimiento de "hot forming". 15 15. Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según cualquiera de las reivindicaciones 13-14, caracterizado porque la etapa b) se lleva a cabo mediante un procedimiento de RTM. 2 O 25 16.Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la reivindicación 8, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos: a) fabricación de una preforma (51 ') del elemento interior (51) en material preimpregnado; b) fabricación de una preforma (41 ') del elemento exterior (41) en material preimpregnado; c) co-curado de dichas preformas (41', 51 ') en un ciclo de curado en autoclave. 3 O 17.Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la reivindicación 8, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos: a) fabricación de una preforma seca (51 ') del elemento interior (51) ; b) fabricación de una preforma seca (41 ') del elemento exterior (41) ;

c) co-curado de dichas preformas (41', 51 ') mediante un proceso de RTM.

18. Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la 5 reivindicación 8, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31)

comprende los siguientes pasos: a) fabricación y curado del elemento interior (51) ; b) fabricación y curado del elemento exterior (41) ; c) unión del elemento interior (51) Y el elemento exterior (41) mediante adhesivos.

19. Procedimiento de fabricación de una cuaderna (9) según la reivindicación 8, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos:

a) fabricación y curado del elemento interior (51) ; b) fabricación y curado del elemento exterior (41) ; c) unión del elemento interior (51) Y el elemento exterior (41) mediante remaches.

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