Estructura integrada de cajón de torsión (1) multilarguero de material compuesto para aeronave,

que comprende un revestimiento inferior (13), un revestimiento superior (12), varios largueros (9) que definen celdas (14), siendo la primera celda (19) la más próxima a la entrada de carga en el cajón (1), comprendiendo dicha estructura unos elementos unitarios en la primera celda (19) que proporcionan al cajón de torsión (1) la rigidez a torsión necesaria para evitar las deformaciones que aparecen a causa de cargas locales

Cajón de torsión multilarguero rigidizado.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una estructura de cajón de torsión multilarguero rigidizado para estructuras aeronáuticas de superficies sustentadoras.

Antecedentes de la invención

Es comúnmente conocido que 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 posibles. Una consecuencia de este requisito es el uso cada vez más extendido de los materiales compuestos en estructuras primarias, los cuales bien aplicados puede suponer un importante ahorro de peso frente al diseño metálico.

Especialmente las estructuras integradas han demostrado ser muy eficientes en este sentido. Se habla de estructura integrada cuando los distintos elementos estructurales sometidos a diferentes esfuerzos (cortantes, normales, etc.), están fabricados de una vez o parten de una misma pieza. Ésta es otra ventaja del uso de los materiales compuestos, que por su condición de capas independientes que se pueden ir apilando en la forma deseada, ofrecen la posibilidad de integrar más y más la estructura, lo que además provoca a menudo un ahorro de costes -igualmente esencial a la hora de competir en el mercado- al tener menos piezas individuales que ensamblar.

Por otra parte, una estructura muy integrada conlleva también una serie de problemas que han de ser resueltos para completar su eficacia. Uno de ellos es la poca accesibilidad con la que nos vamos a encontrar para montar elementos en el interior que no se puedan integrar, como pueden ser los soportes de sistemas, equipos, y elementos específicos para transmitir localmente cargas concentradas y optimizar la estructura.

En los últimos años se han dedicado grandes esfuerzos para conseguir un nivel cada vez más alto de integración en la producción de alas en material compuesto.

La estructura principal de las superficies sustentadoras de los aviones se compone de borde ataque, cajón de torsión y borde de salida. El cajón de torsión es una estructura típica compuesta por panel superior y panel inferior de paredes delgadas, y largueros anterior y posterior. Dentro del cajón de torsión podemos encontrar elementos estructurales como costillas, largueros adicionales y elementos rigidizadores longitudinales o transversales en algunos de estos componentes.

Dependiendo de los requerimientos estructurales, de fabricación, de mantenimiento, certificación, etc. todos estos elementos pueden ser o no imprescindibles, y resultar más o menos eficaces.

La estructura más utilizada actualmente para un cajón de torsión se compone, interiormente entre los largueros anterior y posterior, de varias costillas transversales, cuyas funciones principales son: dar rigidez a torsión, limitar longitudinalmente los revestimientos y los larguerillos para discretizar las cargas de pandeo, mantener la forma de la superficie aerodinámica y soportar introducciones locales de carga resultantes de herrajes de actuadores, rodamientos de apoyo y dispositivos similares que se sujetan directamente a la costilla.

Otro concepto estructural de un cajón de torsión es el "multilarguero", donde en un principio se prescinde de las costillas y se introducen varios largueros. Estos largueros interiores pueden cumplir algunas de las funciones que las costillas desempeñan en el primer concepto, sin embargo, la cuestión de transmitir cargas transversales muy concentradas en los puntos de apoyo prescindiendo de una costilla propiamente dicha queda por resolver, aspecto éste necesario dado que la estructura multilarguero pura tiende a deformarse como resultado de la torsión que estas cargas transversales producen.

Tal y como se ha mencionado, el concepto de cajón multilarguero como tal tiende a ser poco rígido a torsión. Es necesaria, por tanto, una optimización de la estructura en este sentido para que trabaje de manera eficaz, con la dificultad añadida de que la accesibilidad para realizar a posteriori las operaciones de montaje es escasa si la estructura ha sido altamente integrada.

Conceptos de diseño innovadores para solucionar esta cuestión son el objeto de la presente invención.

Sumario de la invención

Así, la presente invención se refiere a varios conceptos de diseño de contra-herraje para reforzar estructuras de cajón de torsión multilarguero, donde la falta de costillas propiamente dichas dificulta las entradas locales de carga. El principal campo de aplicación de la invención es el de estructuras aeronáuticas de superficies sustentadoras, si bien la invención se puede aplicar igualmente a otras estructuras con características similares.

El objetivo de esta invención es la concepción de elementos estructurales en puntos de introducciones concentradas de carga para un cajón de torsión sin costillas. Estos elementos van a proporcionar la rigidez a torsión necesaria para evitar las deformaciones que aparecen a causa de cargas locales resultantes de la sujeción y apoyo de herrajes, soportes, etc.

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

Descripción de las figuras

La Figura 1 muestra el cajón de torsión del estabilizador horizontal de un avión de transporte con una estructura multicostilla típica conocida.

La Figura 2 muestra la configuración conocida de un cajón de torsión en el que los que soportes y herrajes están unidos directamente a las costillas, donde la rigidez de la estructura es máxima.

La Figura 3 muestra el interior del ala de un avión militar, con estructura de cajón de torsión multilarguero conocida.

La Figura 4 muestra esquemáticamente un corte transversal de la estructura multilarguero de un cajón de torsión y la deformación resultante debida a cargas típicas conocidas.

La Figura 5a muestra un conjunto de escuadras para rigidizar la estructura a torsión de un cajón de torsión multilarguero según una primera realización de la presente invención.

La Figura 5b muestra un conjunto de escuadras combinadas con barras en diagonal para rigidizar la estructura a torsión de un cajón de torsión multilarguero según una primera realización de la presente invención.

La Figura 6a muestra un ejemplo de contra herrajes con unión a dos caras para rigidizar la estructura a torsión de un cajón de torsión multilarguero según una segunda realización de la presente invención.

La Figura 6b muestra un ejemplo de contra herrajes con unión a una sola cara combinados con angulares para rigidizar la estructura a torsión de un cajón de torsión multilarguero según una primera realización de la presente invención.

La Figura 7 muestra la disposición del conjunto de escuadras para rigidizar la estructura a torsión de un cajón de torsión multilarguero según una primera realización de la presente invención.

La Figura 8 muestra la disposición del conjunto de escuadras combinadas con barras en diagonal para rigidizar la estructura a torsión de un cajón de torsión multilarguero según una primera realización de la presente invención.

La Figura 9 muestra la disposición de contra herrajes con unión a dos caras para rigidizar la estructura a torsión de un cajón de torsión multilarguero según una segunda realización de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

Según se observa en la Figura 1, la estructura más utilizada actualmente para un cajón de torsión 1 se compone, interiormente entre los largueros anterior 2 y posterior 3, de varias costillas transversales 4, cuyas funciones principales son: dar rigidez a torsión, limitar longitudinalmente los revestimientos y los larguerillos 5 para discretizar las cargas de pandeo, mantener la forma de la superficie aerodinámica y soportar introducciones locales de carga resultantes de dispositivos estabilizadores 6, soportes de articulación longitudinales 7 y tornillos de soporte 8, que se sujetan directamente a las costillas 4 (Figura 2).

Otro concepto estructural de un cajón de torsión es el "multilarguero", según se muestra en la Figura 3, donde en un principio se prescinde de las costillas 4 y se introducen varios largueros 9. Estos largueros interiores pueden cumplir algunas de las...

1. Estructura integrada de cajón de torsión (1) multilarguero de material compuesto para aeronave, que comprende un revestimiento inferior (13), un revestimiento superior (12), varios largueros (9) que definen celdas (14), siendo la primera celda (19) la más próxima a la entrada de carga en el cajón (1) caracterizada porque comprende una escuadra (20, 21, 22, 23) en cada esquina de la primera celda (19) que proporcionan al cajón de torsión (1) la rigidez a torsión necesaria para evitar las deformaciones que aparecen a causa de cargas locales.

2. Estructura integrada de cajón de torsión (1) multilarguero de material compuesto para aeronave según la reivindicación 1 caracterizada porque comprende dos barras (24, 25) que unen las escuadras (20, 21, 22, 23) en diagonal.

3. Estructura integrada de cajón de torsión (1) multilarguero de material compuesto para aeronave según la reivindicación 2 caracterizada porque las barras (24, 25) que unen las escuadras (20, 21, 22, 23) en diagonal están formadas por una sola pieza.