Protección de elementos de material compuesto.

Protección de elementos (1) de material compuesto protegidos en sus puntos de geometría compleja, tales como bordes, aristas, cantos y ángulos, frente a descargas eléctricas a las que están potencialmente expuestos, obteniéndose dichos elementos

(1) aplicandoun ciclo de temperatura y presión a un material compuesto dispuesto sobre un molde (2) diseñado de tal forma que, una vez conocidala geometría del elemento (1), el molde (2) comprende huecos (6)libres destinados a la acumulación de resina del proceso de fabricación de dicho elemento (1), resina que conformará la protección dieléctrica de los bordes, aristas, cantos o ángulos del elemento (1) al acumularse formando capas (3) que quedan dispuestas alrededor de los bordes libres del elemento (1), confiriéndole de este modo a estas superficies de bordes, aristas, cantos o ángulosuna protección dieléctrica de aislamiento eléctrico que evita posibles descargas y expulsión de partículas calientes en caso de descarga eléctrica sobre el citado elemento (1). La invención se refiere también a un proceso de fabricación de un elemento (1) de material compuesto tal.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/ES2009/070330.

Solicitante: AIRBUS OPERATIONS, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: LOPEZ-REINA TORRIJOS,JOSE IGNACIO, DESCALZO FERNÁNDEZ,LUIS MANUEL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/88 (caracterizados principalmente por poseer propiedades específicas, p. ej. conductores eléctricos, reforzados localmente)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > EQUIPAMIENTO INTERIOR O ACOPLABLE A AERONAVES; TRAJES... > Indicadores o dispositivos de protección de aeronaves... > B64D45/02 (protecciones contra rayos (pararrayos H01C 7/12, H01C 8/04, H01G 9/18, H01T; disposiciones de circuitos a este efecto H02H ); Descargadores de electricidad estática (en general H05F 3/00))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA > INSTALACIONES EN TIERRA O INSTALACIONES EN CUBIERTA... > B64F5/00 (Diseño, fabricación, ensamblado, limpieza, mantenimiento o reparación de aeronaves, no previstos en otro lugar)

PDF original: ES-2486016_T3.pdf

 

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Protección de elementos de material compuesto.

Fragmento de la descripción:

Protección de elementos de material compuesto Campo de la invención La presente invención se refiere a elementos realizados en material compuesto, en particular elementos de aeronave, protegidos frente a descargas eléctricas, así como a un método de fabricación de elementos tales.

Antecedentes de la invención En la actualidad, se emplean cada vez más en la industria tecnologías basadas en la utilización de materiales compuestos para la realización de componentes. Así, es de especial relevancia el incremento en la proporción de materiales compuestos que se aplican en el ámbito aeronáutico, constituyéndose las denominadas aero-estructuras. Sin embargo, esta evolución hacia materiales que son poco conductores con respecto a los tradicionales componentes en materiales metálicos, requiere de una exhaustiva protección de los mismos frente a agentes externos como son las descargas eléctricas, principalmente, para el caso de elementos que componen estructuras de aeronaves, para las descargas producidas por el impacto de un rayo. Esta protección resulta de suma importancia cuando el componente o elemento en cuestión contiene vapores de combustible o atmósferas potencialmente inflamables, como es el caso de los depósitos de combustible o de las alas en una aeronave, al cumplir estos últimos componentes además la función de depósitos de combustible. En estos casos, todas las zonas interiores deben estar protegidas para evitar descargas de partículas incandescentes o arcos eléctricos que pudieran suponer focos de ignición.

A pesar de los avances actuales en la protección frente a rayos y otros agentes externos que suponen una descarga eléctrica, en especial en el campo de las aeronaves, existen grandes dificultades en la aplicación a nivel de fabricación de los elementos de protección teóricos propuestos. Este problema se pone especialmente de manifiesto en el ámbito de la protección de bordes de geometrías complejas de aeronave, en las cuales se requiere un material dieléctrico (aislante eléctrico) a lo largo de todo el canto del borde, con el fin de evitar arcos y descargas. No obstante, resulta de gran complejidad, desde un punto de vista práctico, la aplicación de productos aislantes en estos bordes que ejerzan la función, tanto de barrera física como de barrera eléctrica, de forma robusta e íntegra y a lo largo de toda la vida útil del componente en cuestión.

Son conocidos en la técnica medios para la protección de los bordes de componentes realizados en material compuesto, por ejemplo, a partir del documento US 5292475, que se considera como el estado de la técnica más próximo que describe todas las características del preámbulo de la reivindicación 1. Sin embargo, estos medios son costosos, al tener que realizarse mayoritariamente de forma manual, al tiempo que dicha aplicación manual es muy difícil. Así, son conocidos actualmente elementos sellantes que se colocan en los bordes de los componentes de material compuesto, que plantean el problema de durabilidad con el paso del tiempo, pues pierden su integridad. También es conocida la aplicación de películas o capas de materiales aislantes en los bordes de los componentes compuestos (esta aplicación se produce posteriormente a la fabricación del componente realizado en material compuesto) , estando comúnmente constituidas estas películas o capas por fibra de vidrio u otra capa de material dieléctrico. Esta solución plantea el inconveniente de que requiere un proceso laborioso y costoso adicional, y no se adapta correctamente a superficies de difícil geometría, por ejemplo a aquellas que tienen curvaturas.

La presente invención está orientada a la solución de los inconvenientes que acaban de plantearse mediante las características de las reivindicaciones 1 y 7.

Sumario de la invención Así, según un primer aspecto, la presente invención se refiere a elementos, particularmente de aeronave, realizados en material compuesto y protegidos frente a descargas eléctricas a las que están potencialmente expuestos, por ejemplo provenientes del impacto de un rayo. La invención es especialmente relevante en aquellas estructuras, en particular de aeronave, que, debido a su función de contener líquidos, gases o sólidos inflamables, deben estar convenientemente protegidas frente a focos de ignición que pudiesen suponer riesgo de explosión.

Como se ha descrito anteriormente, la presente invención se aplica particularmente al contexto aeronáutico, en el cual la realización de materiales compuestos es muy común en la actualidad cumpliendo además en determinados casos los citados componentes la función de depósitos de combustible, como es por ejemplo el caso de las alas y los estabilizadores horizontales (empenajes) .

Así, la invención desarrolla elementos realizados en material compuesto protegidos contra descargas eléctricas, comprendiendo dichos elementos una capa de resina aislante no conductora dispuesta en los bordes que requieran

protección, de tal forma que la citada capa de resina se produce en el propio proceso de fabricación del elemento de material compuesto, de una sola vez y sin necesidad de operaciones posteriores para la protección específica de los bordes. De este modo, la invención no presenta en su aplicación limitaciones técnicas importantes, dado que lo que se persigue es obtener la protección en los bordes de los elementos de material compuesto al mismo tiempo y en el mismo proceso de fabricación del citado elemento.

La invención cobra particular relevancia el lo que se refiere a la capacidad para aplicar la resina en geometrías especialmente complejas, debido a que no se requiere un proceso adicional y especifico para la aplicación de la barrera aislante, pues en el propio proceso de fabricación del elemento se encuentra ya integrada la aplicación de la resina no conductora.

Según un segundo aspecto, la invención desarrolla un proceso para la fabricación de elementos como los descritos anteriormente, particularmente elementos de aeronave, realizados en material compuesto y potencialmente expuestos a descargas eléctricas. Este proceso comprende las siguientes etapas:

a) Diseño del elemento o componente: se define la Geometría de dicho elemento o componente sin considerar el espesor de la protección en los bordes que sean de difícil aplicación.

b) Identificación de los bordes del elemento o componente en los que se requiere protección basada en el aislamiento de dichos bordes. Normalmente, para la invención, se consideran aquellos bordes en los que la 20 aplicación de protecciones dieléctricas comunes, tales como sellantes, fibras de vidrio, etc. es compleja, de difícil acceso o requiere un trabajo manual costoso.

c) Definición y diseño del molde en el que se fabrica el elemento o componente de aeronave, considerando las distancias para definir los huecos en los bordes identificados y que requieren de protección dieléctrica. En estos huecos dispuestos en los bordes quedará dispuesta, durante el propio proceso de fabricación del elemento o componente en material compuesto, una capa de resina aislante no conductora. d) Refrentado de los bordes para uniformizar las creces de resina al espesor requerido, de tal forma que quede garantizada la capacidad dieléctrica necesaria en dichos bordes.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de una 30 realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

Descripción de las figuras La Figura 1 muestra una vista en planta esquemática del elemento realizado en material compuesto protegido frente a descargas eléctricas en sus aristas (acumulación localizada de resina) , según la presente invención.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Elemento (1) de material compuesto protegido en sus puntos de geometría compleja, tales como diversos bordes y esquinas, frente a descargas eléctricas a las que está potencialmente expuesto, obteniéndose dicho elemento (1) 5 aplicando un ciclo de temperatura y presión a un material compuesto dispuesto sobre un molde (2) diseñado de tal forma que, una vez conocida la geometría del citado elemento (1) , el molde (2) comprende huecos (6) libres destinados a la acumulación de resina del proceso de fabricación del elemento (1) , resina que conformará la protección dieléctrica de los diversos bordes o esquinas del elemento (1) al acumularse formando capas (3) que quedan dispuestas alrededor de los bordes libres del elemento (1) , confiriéndole de este modo a estas superficies de diversos bordes o esquinas una protección dieléctrica de aislamiento eléctrico que evita posibles descargas y expulsión de partículas calientes en caso de descarga eléctrica sobre el citado elemento (1) , caracterizado porque las capas (3) de resina tienen un espesor comprendido entre 4 y 5 mm, de tal forma que aseguren una capacidad dieléctrica o de aislamiento suficiente en los diversos bordes y esquinas del citado elemento (1) .

2. Elemento (1) de material compuesto según la reivindicación 1 caracterizado porque cuanto mayor es la capacidad de aislamiento de la resina, menor es el espesor requerido en las capas (3) de resina para soportar diferencias de potencial en el elemento (1) .

3. Elemento (1) de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el 20 material compuesto es fibra de carbono con resina epoxy.

4. Elemento (1) de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el elemento (1) tiene la función de contener líquidos, gases o sólidos inflamables.

5. Elemento (1) de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el elemento (1) es un elemento de aeronave.

6. Aeronave que comprende un elemento (1) de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 30

7. Proceso de fabricación de un elemento (1) de material compuesto según la reivindicación 1 caracterizado porque el proceso comprende las siguientes etapas:

a) diseño del elemento (1) mediante definición de su geometría; 35 b) identificación de los diversos bordes o esquinas del elemento (1) en los que se requiere protección basada en el aislamiento de dichas superficies;

c) definición y diseño del molde (2) en el que se fabrica el elemento (1) , considerando las distancias para definir los huecos (6) en los diversos bordes o esquinas que requieren de protección dieléctrica, quedando dispuesta en estos huecos (6) , durante el propio proceso de fabricación del elemento (1) , capas (3) de resina aislante no conductora; d) refrentado de los diversos bordes o esquinas del elemento (1) para uniformizar las creces de resina de las capas (3) al espesor requerido, de tal forma que quede garantizada la capacidad dieléctrica necesaria en dichas superficies.