PIEZA DE MATERIAL COMPUESTO CON ZONAS DE REFUERZO Y PROCEDIMIENTO PARA SU FABRICACIÓN.

Pieza de material compuesto con zonas de refuerzo y procedimiento para su fabricación.

En el procedimiento para la fabricación de una pieza 11 con, al menos, una zona de refuerzo de mayor espesor que las zonas circundantes, caracterizado porque en la etapa de encintado de dicha zona de refuerzo se utilizan unas telas cuyas dimensiones y cuya secuencia de apilado están previstas de manera que al menos una de dichas telas se cruce con la tela dispuesta bajo ella al efecto de reducir el volumen de dicha zona de refuerzo. La invención también se refiere a una pieza de material compuesto fabricada con dicho procedimiento y particularmente a un revestimiento de CFRP de una superficie sustentadora de una aeronave.

Pieza de material compuesto con zonas de refuerzo y procedimiento para su fabricación.

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a una pieza de material compuesto con zonas de refuerzo y más particularmente a un revestimiento de una superficie sustentadora de una aeronave con zonas de refuerzo y a un procedimiento para su fabricación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Como es bien sabido la industria aeronáutica requiere estructuras que, por una parte, soporten las cargas a las que son sometidas, cumpliendo altas exigencias de resistencia y rigidez y, por otra parte, sean lo más ligeras posible. Una consecuencia de ello es el uso cada vez más extendido de los materiales compuestos, particularmente CFRP (Plástico Reforzado con Fibra de Carbono) , en estructuras primarias ya que se puede conseguir un importante ahorro de peso frente a los materiales metálicos.

Siguiendo esa tendencia se conocen, por ejemplo, superficies sustentadoras de aeronaves consistentes en dos cajones de torsión (en los lados izquierdo y derecho) unidos a un cajón central realizados íntegramente con paneles de CFRP utilizando como revestimientos de dichos cajones piezas unitarias, es decir, utilizando cuatro revestimientos completos (dos revestimientos superiores y dos inferiores) para fabricar los cajones de torsión izquierdo y derecho.

Esos revestimientos son piezas de geometría compleja y de espesor variable para hacer frente a los distintos requerimientos estructurales en las distintas zonas de la pieza. Incluyen en particular zonas locales de refuerzo de mayor espesor que las zonas circundantes que, utilizando los procedimientos de fabricación convencionales, dan lugar a unas zonas de refuerzo con bordes en forma de rampa.

Esas zonas de refuerzo con bordes en rampa suponen un volumen mayor del necesario desde el punto de vista estrictamente resistente que se traduce tanto en un exceso de peso como en un condicionante del diseño de la superficie sustentadora pues impiden que el espacio ocupado por dichos bordes puede ser utilizado, por ejemplo, como una zona de unión con otros componentes de la superficie sustentadora.

La presente invención está orientada a la solución de ese problema.

SUMARIO DE LA INVENCION

Un objeto de la presente invención es proporcionar una pieza de material compuesto con zonas de refuerzo de mayor espesor que las zonas circundantes minimizando el volumen de dichas áreas de refuerzo.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una pieza de material compuesto con zonas de refuerzo de mayor espesor que las zonas circundantes sin rampas en, al menos, uno de sus bordes para evitar interferencias con otros componentes de la pieza ubicados deseablemente en la proximidad de dichas zonas de refuerzo.

En un aspecto esos y otros objetos se consiguen con un procedimiento de fabricación de una pieza de material compuesto con, al menos, una zona de refuerzo de mayor espesor que las zonas circundantes, en el que en la etapa de encintado de dicha zona de refuerzo se utilizan unas telas cuyas dimensiones y cuya secuencia de apilado están previstas de manera que, al menos, una de dichas telas se cruce con la tela dispuesta bajo ella al efecto de reducir el volumen de dicha zona de refuerzo.

En una realización preferente, todas las telas de dicha zona de refuerzo, salvo la primera tela, se cruzan con la tela dispuesta bajo cada una de ellas en, al menos, uno de los bordes de la zona de refuerzo. Se consigue con ello una pieza de material compuesto con una zona de refuerzo sin rampa en al menos uno de sus bordes.

En otro aspecto, los objetos mencionados anteriormente se consiguen con una pieza de material compuesto con al menos una zona de refuerzo de mayor espesor que las zonas circundantes, que está fabricada según el procedimiento mencionado anteriormente.

En una realización preferente dicha pieza de material compuesto pertenece al revestimiento de una superficie sustentadora de una aeronave.

En otra realización preferente, al menos uno de los bordes de dicha zona de refuerzo de dicha superficie sustentadora de una aeronave está situado en la proximidad de un área deseable de unión con otro componente.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La Figura 1 es una vista esquemática en planta de la secuencia de apilado de las telas en una zona de refuerzo de una pieza de material compuesta según la técnica conocida y la Figura 1a es una vista esquemática de una sección transversal de la Figura 1 por el plano A-A.

La Figura 2 es una vista esquemática en planta de la secuencia de apilado de las telas en una zona de refuerzo de una pieza de material compuesta según una realización de la presente invención y la Figura 2a es una vista esquemática de de una sección transversal de la Figura 2 por el plano B-B.

La Figura 3 es una vista ilustrativa de la reducción de peso conseguida con la pieza mostrada en la Figura 2.

La Figuras 4 y 5 son vistas ilustrativas de la distinta posición relativa de la zona de refuerzo de las piezas mostradas en las Figuras 2 y 1 en relación a un área deseable de unión con otros elementos.

Las Figuras 6 y 7 son vistas esquemáticas en planta de la secuencia de apilado de las telas en una zona de refuerzo de una pieza de material compuesta según otras realizaciones de la presente invención.

Las Figuras 6 y 7 son vistas esquemáticas en planta de la secuencia de apilado de las telas en una zona de refuerzo de una pieza de material compuesta según otras realizaciones de la presente invención.

Las Figuras 8 y 9 son vistas parciales en planta de un ala de aeronave de CFRP con zonas de refuerzo según la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

En la industria aeronáutica, en particular, son bien conocidos procesos de fabricación de piezas de material compuesto, y particularmente de CFRP, que comprenden básicamente una primera etapa de encintado y una segunda etapa de conformado en caliente.

En la etapa de encintado se colocan en un molde/útil de forma apropiada capas de un material compuesto tal como el preimpregnado que es una mezcla de refuerzo fibroso y matriz polimérica susceptible de almacenamiento.

Ese material se puede presentar en diversas formas y en particular en forma de tela. Para las matrices termoendurecibles la resina generalmente se cura parcialmente o se lleva mediante otro proceso a una viscosidad controlada, llamada B-etapa.

Las telas de material compuesto no se colocan aleatoriamente sino que se disponen en cada zona en un número y con una orientación de su refuerzo fibroso, típicamente de fibra de carbono, determinados en función de la naturaleza y la magnitud de los esfuerzos que vaya a soportar la pieza en cada zona.

Cada zona tiene pues una estructura propia de la disposición o apilado de las telas. La diferencia en espesor entre las diferentes zonas genera caídas de telas, lo que requiere disponer de un modelo de telas para cada pieza que establezca claramente como debe llevarse a cabo su disposición sobre el molde/útil durante el proceso de apilamiento. El resultado final es un laminado con zonas de distinto espesor.

Las Figuras 1 y 1a ilustran el apilado de una zona de refuerzo 13 según la técnica conocida. Las dimensiones y la secuencia de apilado de las telas 21, 21’, 21’’, 21’’’ están previstas para la formación de bordes en rampa en las zonas de refuerzo ó, dicho con otras palabras, para que las zonas de refuerzo tengan una forma tronco piramidal. En este sentido, se ha venido considerando necesario en la fabricación de piezas de material compuesto que la “muerte”

o “caída” de una tela en una rampa se produjera sobre otra tela ó, dicho en otras palabras, que no haya “cruces” de telas.

Ahora bien, los inventores de la presente solicitud han encontrado que, contra lo que se pensaba en el diseño de piezas de material compuesto, es factible fabricar una pieza 11 con unas telas 21, 21’, 21’’, 21’’’ para una zona de refuerzo 13 con las dimensiones y la secuencia de apilado ilustradas en las Figuras 2 y 2a en las que cada tela se “cruza” con la tela situada debajo de ella.

La presente invención permite por tanto conseguir una reducción de peso en dichas zonas de refuerzo como se ilustra en la Figura 3 en la que las áreas sombreadas 31, 31’ muestran las zonas...

1. Procedimiento para la fabricación de una pieza (11) de material compuesto con, al menos, una zona de refuerzo (13) de mayor espesor que las zonas circundantes, caracterizado porque en la etapa de encintado de dicha zona de refuerzo (13) se utilizan unas telas (21, 21’, 21’’, 21’’’) cuyas dimensiones y cuya secuencia de apilado están previstas de manera que al menos una de dichas telas (21’, 21’’, 21’’’) se cruce con la tela dispuesta bajo ella al efecto de reducir el volumen de dicha zona de refuerzo (13) .

2. Procedimiento para la fabricación de una pieza (11) de material compuesto según la reivindicación 1, en el que, salvo la primera tela (21) , todas las telas (21’, 21’’, 21’’’) de dicha zona de refuerzo (13) se cruzan con la tela dispuesta bajo cada una de ellas en, al menos, uno de los bordes de la zona de refuerzo (13) .

3. Pieza (11) de material compuesto con al menos una zona de refuerzo (13) de mayor espesor que las zonas circundantes, caracterizada porque está fabricada según el procedimiento objeto de una cualquiera de las reivindicaciones 1-2.

4. Pieza (11) de material compuesto según la reivindicación 3, que pertenece al revestimiento de una superficie sustentadora de una aeronave.

5. Pieza (11) de material compuesto según la reivindicación 4, en la que al menos uno de los bordes de dicha zona de refuerzo (13) está situado en la proximidad de un área deseable de unión (35) con otro componente.