Estructura de costilla para cajones de torsión de un ala o de un estabilizador de una aeronave.

Elemento de rigidización vertical para una estructura de costilla que comprende un larguero frontal (1a), un larguero trasero (1b), un alma (2) que se extiende entre los largueros (1a, 1b), larguerillos superiores (5) e inferiores (6) respectivamente unidos internamente a un revestimiento superior (4a) y a un revestimiento inferior (4b), y dispuestos en sentido sustancialmente perpendicular al alma (2) de la costilla; comprendiendo el elemento de rigidización vertical (3) un cuerpo vertical (3a) unido al alma (2) de la costilla, un primer ala lateral (3d) que se extiende en dirección del larguero frontal (1a) y un segundo lateral (3e) que se extiende en dirección del larguero trasero (1b), siendo susceptible al menos una de las partes extremas (3b, 3c) del cuerpo vertical (3a) del elemento de rigidización vertical (3) de quedar unida directamente a un larguerillo (5, 6)

Estructura de costilla para cajones de torsión de un ala o de un estabilizador de una aeronave.

Campo técnico de la invención

La presente invención pertenece al campo de la tecnología de la aeronáutica y, particularmente al sector de los cajones de torsión que forman parte de los estabilizadores y alas de las aeronaves.

Antecedentes de la técnica

Las alas y los estabilizadores de las aeronaves suelen comprender cajones de torsión. La estructura de un cajón de torsión está comprendida por un larguero frontal (en dirección de vuelo), un larguero trasero (en dirección de vuelo), costillas que se extienden entre el larguero frontal y el larguero trasero, una pluralidad de elementos rigidizadores verticales dispuestos entre un revestimiento superior y un revestimiento inferior, En el interior del cajón se encuentran, larguerillos espaciados entre sí que se extienden perpendicularmente a las costillas, así como elementos rigidizadores dispuestos entre los revestimientos superior e inferior. Cada larguerillo está unido por su base a uno de los revestimientos. Cada costilla comprende un alma que es un elemento plano que define el propio plano de la costilla. Este elemento constituye la unión de la costilla a los largueros y da soporte a los rigidizadores verticales y horizontales. El alma no se une a los revestimientos directamente.

Las costillas son elementos estructurales típicos de los cajones de torsión de alas y estabilizadores, y la principal función de las costillas en el cajón es la de mantener la sección geométrica del mismo al soportar cargas y sufrir consiguientes deformaciones y además, en el caso de superficies sustentadoras, la de transmitir las cargas que actúan sobre el revestimiento (concentradas o distribuidas) a los largueros.

Durante los últimos años, el uso de materiales compuestos en las superficies sustentadoras ha ido creciendo rápidamente en la fabricación de piezas aeronáuticas por las ventajas de ligereza que aporta su uso. Sin embargo, los conceptos convencionales de costillas no resuelven completamente todos los aspectos de las costillas de construcción metálica clásica. Esto hace que el potencial de reducción de peso que se espera por las mejores propiedades del material no se aproveche completamente. Así, existen numerosas configuraciones estructurales convencionales de los cajones de torsión, siendo un ejemplo típico la presencia de una costilla híbrida (alma de fibra de carbono, formeros de metal) dentro de un cajón de torsión metálico con revestimientos y largueros de aluminio. En esa configuración convencional, la unión de la costilla al revestimiento se realiza mediante formeros (elementos metálicos con forma de angular) con la consiguiente penalización en peso y coste, requiriendo la fabricación y montaje de estas piezas adicionales, cuya presencia implica que se dupliquen las necesidades de remachado puesto que se pasa de una única hilera de remaches necesaria en las costillas metálicas (revestimiento-costilla), a dos remachados (revestimiento-formero y formero-costilla). Estos formeros deben ser metálicos debido a que la fibra de carbono no es capaz de transmitir las elevadas cargas a través de los dobleces. Por lo tanto, las costillas que potencialmente podrían ser de fibra de carbono pasan a ser híbridas (aluminio-carbono) reduciendo así el beneficio que brinda el uso de fibra de carbono. Asimismo, en esta configuración convencional, la transmisión de las cargas verticales desde los revestimientos hacia los rigidizadores verticales no es directa por lo que, al alargarse el camino de carga, se debe dar resistencia estructural a mayor porción de la costilla y ésta se hace más flexible, empeorando la resistencia al pandeo de la misma. Al respecto, debe tenerse en cuenta que los rigidizadores verticales deben soportar una carga mecánica importante, que llega desde los revestimientos. Sin embargo esta carga no les llega directamente sino a través de los formeros y alma y se introduce de forma excéntrica.

A la vista de lo anterior, el estado de la técnica ofrecía los problemas de la necesidad de tener que emplear formeros y de la dificultad de conseguir una correcta transmisión de las cargas verticales a los rigidizadores vertica- les.

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto resolver los problemas anteriormente descritos, y mediante una novedosa estructura de costilla para un cajón de torsión para un ala o estabilizador de una aeronave, y mediante un novedoso elemento de rigidización vertical para tal estructura de costilla.

La estructura de costilla de la presente invención comprende, de forma en sí convencional, un alma que se extiende entre el larguero frontal y el larguero trasero del cajón de torsión, una pluralidad de elementos de rigidización vertical dispuestos entre un revestimiento superior y un revestimiento inferior del cajón de torsión, comprendiendo cada elemento de rigidización vertical un cuerpo vertical, una parte extrema superior y una parte extrema inferior, y larguerillos superiores e inferiores respectivamente unidos internamente al revestimiento superior y al revestimiento inferior y dispuestos en sentido sustancialmente perpendicular al alma de la costilla, y presentando cada larguerillo una base con la que está unida al revestimiento correspondiente. El elemento de rigidización vertical comprende un primer ala lateral que se extiende en dirección de dicho larguero frontal y un segundo ala lateral que se extiende en dirección de dicho larguero trasero. Esas extensiones laterales emergen de respectivos laterales opuestos del cuerpo vertical y están adosada y unidas al alma de la costilla.

De acuerdo con la invención, al menos uno de los extremos de cada elemento de rigidización vertical está unido directamente a un larguerillo, de manera que se produce una unión de al menos uno de los revestimientos al alma de la costilla a través del elemento rigidizador.

La estructura de costilla de la presente invención hace posible aprovechar completamente el ahorro de peso que brinda el uso de fibra de carbono a la vista de que no se requiere el uso de partes metálicas tipo angular como los formeros más arriba descritos. Por otra parte, la costilla se une directamente al revestimiento sin necesidad de dobleces en el material (necesario a la vista de que la fibra de carbono no los puede soportar cuando las cargas son elevadas). Por lo tanto, la presente invención permite obtener diseños estructurales más eficientes y simplificar los procesos de montaje de las estructuras. Los elementos de rigidización horizontal de la presente invención son fácilmente fabricables, por ejemplo recanteando preformas estándar, empleándose en su montaje procesos de encolado en sí convencionales y compatibles con otros tipos de unión alternativos o complementarios si es necesario, como por ejemplo remachado. Finalmente, la implantación de la presente invención tiene la ventaja de no suponer un cambio radical en la forma de fabricación de las costillas, pudiéndose incorporar fácilmente a diseños existentes haciéndolos más eficientes.

En una realización de la invención, el cuerpo del elemento de rigidización vertical tiene una extensión vertical mayor que su segundo ala lateral. Según esta configuración, el extremo superior del elemento de rigidización vertical sobresale más allá del borde superior del alma de la costilla y/o el extremo inferior del elemento de rigidización vertical sobresale más allá del borde inferior del alma de la costilla. De esta manera, las partes extremas de los elementos de rigidización vertical pueden unirse a un nervio axial que emerge de su base al interior del cajón de torsión. En esta realización, preferentemente la parte extrema de cada elemento de rigidización vertical está unida frontalmente a dicho nervio axial, entendiéndose como "frontalmente" el lado del nervio que está en el mismo lado que el larguero frontal.

En aquellas costillas en las que el larguerillo superior y el larguerillo inferior coinciden en un mismo plano vertical, cada elemento de rigidización vertical puede estar unido por su parte extrema superior al larguerillo superior y por su parte extrema inferior al larguerillo inferior. Por otra parte y especialmente cuando los larguerillos superior e inferior no coinciden en un mismo plano vertical, los elementos de rigidización vertical pueden estar unidos sólo por uno de sus extremos, es decir por sus extremos superiores o por sus extremos inferiores, al larguerillo superior o inferior, respectivamente, mientras que su extremo opuesto queda adosado...

1. Estructura de costilla para un cajón de torsión, de un ala o de un estabilizador horizontal de una aeronave que presenta un larguero frontal (1a) y un larguero trasero (1b), comprendiendo la costilla;

un alma (2) que se extiende entre el larguero frontal (1a) y el larguero trasero (1b) ;

una pluralidad de elementos de rigidización vertical verticales (3) dispuestos entre un revestimiento superior (4a) y un revestimiento inferior (4b) y unidos al alma (2) de la costilla, comprendiendo cada elemento de rigidización vertical (3) un cuerpo vertical (3a), una parte extrema superior (3b) y una parte extrema inferior (3c), un primer ala lateral (3d) que se extiende en dirección de dicho larguero frontal (1a) y un segundo ala lateral (3e) que se extiende en dirección de dicho larguero trasero (1b); emergiendo dichas alas laterales (3d,3e) de respectivos laterales opuestos del cuerpo vertical (3a) y están adosadas y unidas al alma (2) de la costilla;

larguerillos superiores (5) y larguerillos inferiores (6) respectivamente unidos internamente al revestimiento superior (4a) y al revestimiento inferior (4b), y dispuestos en sentido sustancialmente perpendicular al alma (2) de la costilla, presentando cada larguerillo (5,6) una base (5a,6a) con la que está unida al revestimiento (4a,4b) correspondiente;

estando caracterizada la estructura de costilla porque

al menos uno de los extremos (3b,3c) de cada elemento de rigidización vertical (3) está unido directamente a un larguerillo (5,6), y

al menos uno de los revestimientos (4a,4b) está unido al alma (2) de la costilla a través del elemento rigidizador (3).

2. Estructura de costilla según la reivindicación 1, caracterizada porque el cuerpo (3a) del elemento de rigidización vertical (3) tiene una extensión vertical mayor que al menos su segundo ala lateral (3e).

3. Estructura de costilla según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque cada elemento de rigidización vertical (3) está unido por su parte extrema superior (3b) a un larguerillo superior (5) y porque su parte extrema inferior (3c) está unida a un larguerillo inferior (6).

4. Estructura de costilla según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el cuerpo vertical de al menos un elemento de rigidización vertical (3) está unido por su extremo superior (3b) a un larguerillo superior (5) y porque su parte extrema inferior (3c) no está unido a un larguerillo inferior (6).

5. Estructura de costilla según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque el cuerpo vertical (3a) de al menos un elemento de rigidización vertical (3) está unido por su extremo inferior (3c) a un larguerillo inferior (6) y porque su parte extrema superior (3b) no está unida a un larguerillo superior (5).

6. Estructura de costilla según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el primer ala lateral (3d) del elemento de rigidización vertical (3) tiene una extensión vertical mayor que la extensión vertical del segundo ala lateral (3e) del elemento de rigidización vertical (3).

7. Estructura de costilla según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el primer ala lateral (3d) de al menos un elemento de rigidización vertical (3) tiene un ancho mayor que el ancho del segundo ala lateral (3e) del elemento de rigidización vertical (3).

8. Estructura de costilla según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque cada larguerillo (5,6) al que está unido una de las partes extremas (3b,3c) del elemento de rigidización vertical (3) comprende un nervio axial (5b,6b) que emerge de su base (5a,6a) hacia el interior del cajón de torsión, y porque los elementos de rigidización vertical (3) están unidos a dicho nervio axial (5b,6b).

9. Estructura de costilla según la reivindicación 8, caracterizada porque la parte extrema (3b,3c) de cada elemento de rigidización vertical (3) unido a un larguerillo (5,6), está unida frontalmente a dicho nervio axial (5b,6b).

10. Estructura de costilla según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la parte extrema (3b,3c) de cada elemento de rigidización vertical (3) unida a un larguerillo (5,6), topa con la base (5a,6a) del larguerillo (5,6).

11. Estructura de costilla según la reivindicación 10, caracterizada porque el elemento de rigidización vertical (3) comprende, en su parte extrema (3b,3c) unida al larguerillo, una placa de soporte (3f) unida a dicha base (5a, 6a) del larguerillo (5,6), y porque dicha placa de soporte (3f) se extiende horizontalmente entre el cuerpo (3a) del elemento de rigidización vertical (3) y el primer ala lateral (3d) del elemento de rigidización vertical (3), de manera que la placa de soporte (3f) queda adosada y unida a dicha base (5a,6a) del nervio axial (5b,6b) del larguerillo (5,6).

12. Estructura de costilla según la reivindicación 11, caracterizada porque el revestimiento (1a,1b), el larguerillo (5,6) y la placa de soporte (3f) están remachadas entre sí.

13. Estructura de costilla según la reivindicación 11, caracterizada porque el revestimiento (1a,1b), el larguerillo, (5,6) y la placa de soporte (3f) están pegadas entre sí.

14. Estructura de costilla según la reivindicación 11, caracterizada porque cada parte extrema (3b,3c) del elemento de rigidización vertical (3) unida a un larguerillo (5,6) está unida a dicho larguerillo (5,6) mediante pegado.

15. Estructura de costilla según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque las alas laterales (3d,3e) del elemento de rigidización vertical (3) están unidas al alma (2) de la costilla mediante remachado.

16. Estructura de costilla según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada porque las alas laterales (3d,3e) del elemento de rigidización vertical (3) están unidas al alma (2) de la costilla mediante pegado.

17. Estructura de costilla según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el elemento de rigidización vertical (3) tiene una sección transversal en T.

18. Elemento de rigidización vertical para una estructura de costilla para un cajón de torsión, donde la estructura de costilla comprende un larguero frontal (1a), un larguero trasero (1b), un alma (2) que se extiende entre el larguero frontal (1a) y el larguero trasero (1b), larguerillos superiores (5) y larguerillos inferiores (6) respectivamente unidos internamente a un revestimiento superior (4a) y a un revestimiento inferior (4b), y dispuestos en sentido sustancialmente perpendicular al alma (2) de la costilla, presentando cada larguerillo (5,6) una base (5a, 6a) con la que está unida al revestimiento (4a,4b) correspondiente;

y donde el elemento de rigidización vertical (3) comprende un cuerpo vertical (3a) unido al alma (2) de la costilla, una parte extrema superior (3b) y una parte extrema inferior (3c), un primer ala lateral (3d) que se extiende en dirección del larguero frontal (1a) del cajón de torsión y un segundo lateral (3e) que se extiende en dirección del larguero trasero (1b) del cajón de torsión, emergiendo dichas alas laterales (3d,3e) de respectivos laterales opuestos del cuerpo vertical (3a);

caracterizado porque

al menos una de las partes extremas (3b,3c) del cuerpo vertical (3a) del elemento de rigidización vertical (3) es susceptible de quedar unida directamente a un larguerillo (5,6).

19. Elemento de rigidización vertical según la reivindicación 18, caracterizado porque al menos una de sus alas laterales (3d,3e) tiene una extensión vertical menor que el cuerpo (3a), de manera que al menos una de sus partes extremas (3b,3c) sobresale verticalmente más allá del ala lateral (3e) que tiene dicha extensión vertical menor.

20. Elemento de rigidización vertical según la reivindicación 19, caracterizado porque la parte extrema superior (3b) del cuerpo vertical (3a) sobresale superiormente más allá del ala lateral (3e) que tiene dicha extensión vertical menor.

21. Elemento de rigidización vertical según la reivindicación 19, caracterizado porque la parte extrema (3c) inferior del cuerpo vertical (3a) sobresale interiormente más allá del ala lateral (3e) que tiene dicha extensión vertical menor.

22. Elemento de rigidización vertical según la reivindicación 19, 20 ó 21, caracterizado porque ambas alas laterales (3d,3e) tienen extensiones verticales menores que el cuerpo vertical (3a).

23. Elemento de rigidización vertical según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 22, caracterizada porque el primer ala lateral (3d) del elemento de rigidización vertical (3) tiene un ancho mayor que el ancho del segundo ala lateral (3e) del elemento de rigidización vertical (3).

24. Elemento de rigidización vertical según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23, caracterizada porque el elemento de rigidización vertical (3) comprende, en al menos una de sus partes extremas (3b,3c) unible a un larguerillo (5), una placa de soporte (3f) que se extiende horizontalmente entre el cuerpo (3a) del elemento de rigidización vertical (3) y el primer ala lateral (3d) del elemento de rigidización vertical (3).

25. Elemento de rigidización vertical según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 24, caracterizada porque tiene una sección transversal en T.

26. Elemento de rigidización vertical según la reivindicación 25, caracterizado porque la sección transversal en T es una sección transversal de T desigual.