METODO PARA LA EVALUACION DEL EFECTO DE UNA DESCARGA ELECTRICA SOBRE UN MATERIAL COMPUESTO.
Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave a través de la evaluación del daño producido por efecto del calentamiento térmico originado por la citada descarga sobre la estructura,
que comprende las etapas de: aplicar una descarga eléctrica sobre el material de la estructura de la aeronave mediante un generador de intensidad; distribuir en una malla eléctrica con elementos eléctricos resistivos el material de la estructura de la aeronave; calcular las intensidades que recorren la malla eléctrica del material de la estructura de la aeronave a partir de la intensidad que se introduce en los generadores; calcular, con las intensidades anteriores, el calor que se disipa en cada uno de los elementos de la malla eléctrica del material de la estructura de la aeronave; calcular la distribución de temperaturas en cada uno de los elementos de la malla eléctrica del material de la estructura de la aeronave; determinar los elementos de la malla eléctrica del material de la estructura de la aeronave que, por efecto de la distribución de temperaturas, sufren un cambio de estado y se evaporan; y determinar el daño causado al material de la estructura de la aeronave por efecto de la descarga eléctrica
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200700858.
Solicitante: AIRBUS ESPAÑA S.L..
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: LOPEZ-REINA TORRIJOS,JOSE IGNACIO, GARCIA MARTINEZ,VALENTIN, FERNANDEZ RECIO,RAUL.
Fecha de Solicitud: 30 de Marzo de 2007.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 1 de Junio de 2011.
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01N25/72 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01N INVESTIGACION O ANALISIS DE MATERIALES POR DETERMINACION DE SUS PROPIEDADES QUIMICAS O FISICAS (procedimientos de medida, de investigación o de análisis diferentes de los ensayos inmunológicos, en los que intervienen enzimas o microorganismos C12M, C12Q). › G01N 25/00 Investigación o análisis de materiales mediante la utilización de medios térmicos (G01N 3/00 - G01N 23/00 tienen prioridad). › Investigación de la presencia de grietas.
- G01N27/62 G01N […] › G01N 27/00 Investigación o análisis de materiales mediante el empleo de medios eléctricos, electroquímicos o magnéticos (G01N 3/00 - G01N 25/00 tienen prioridad; medida o ensayo de variables eléctricas o magnéticas o de las propiedades eléctricas o magnéticas de los materiales G01R). › investigando la ionización del gas, p. ej. aerosoles; investigando la descarga eléctrica, p. ej. la emisión catódica.
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre un material compuesto.
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre un material compuesto a través del daño producido por efecto del calentamiento térmico.
Antecedentes de la invención
La evaluación del comportamiento térmico de un material frente a una descarga eléctrica severa es necesaria en el caso en el que este material esté en contacto con zonas donde haya un posible riesgo de ignición, por ejemplo, y para el campo aeronáutico, en zonas en contacto con el combustible de la aeronave y/o con sus gases. En este caso es necesaria una predicción de la temperatura alcanzada en el material con la intención de poder evitar los puntos Calientes ("Hot Spots"): la alta densidad de corriente en ciertas localizaciones puntuales de la estructura de la aeronave puede originar puntos de elevada temperatura. Si esta temperatura excede los 200ºC (punto de autoignición considerado por las autoridades FAA/JAA del combustible), el combustible puede alcanzar su punto de inflamación en caso de que presente las concentraciones adecuadas en el interior del depósito.
Debido a efectos térmicos, se producen también daños estructurales (agujeros, fundido del material, delaminaciones en el caso de materiales compuestos, etc.) que es necesario conocer para prever el comportamiento mecánico del material tras el impacto.
Las estructuras de una aeronave se han fabricado hasta ahora principalmente en materiales metálicos. Actualmente se tiende a usar materiales compuestos de fibra de carbono y resina para fabricar las estructuras de una aeronave. La principal diferencia entre ambos materiales es que el material metálico es mucho mejor conductor que el compuesto. Por lo tanto, cuando se produce el efecto de una descarga eléctrica en la estructura de una aeronave, si ésta es metálica, la corriente de esta descarga se distribuye rápidamente por toda la estructura, cosa que no ocurre cuando la estructura está fabricada con material compuesto. Esto implica que el daño local es menor con las estructuras metálicas que en el caso de emplear un material compuesto.
En el campo aeronáutico, para obtener la certificación de un material es necesario realizar ensayos sobre el material elegido en laboratorios certificados para tal fin. Estos ensayos son muy costosos y complejos para el caso de los materiales compuestos empleados actualmente en aeronáutica.
Así, la presente invención está orientada a la resolución de estos inconvenientes en el caso de estructuras de aeronave de material compuesto.
Sumario de la invención
La presente invención propone un método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave realizada en material compuesto a través de la evaluación del daño producido por efecto del calentamiento térmico originado por la citada descarga sobre la estructura. El material compuesto que conforma la estructura de la aeronave tiene propiedades físicas y propiedades térmicas que varían según la dirección escogida del material. Este método es capaz de estimar de forma aproximada estos daños, y por tanto se podrán reducir drásticamente el número de ensayos realizados. Además, permitirá una mayor libertad a la hora de investigar nuevas configuraciones así como optimizar estas nuevas configuraciones y las ya ensayadas
Así, el método de la invención comprende las etapas de:
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 le acompañan.
Descripción de las figuras
La Figura 1 muestra la clasificación en zonas de una aeronave en función de la probabilidad de las mismas a sufrir un impacto de una descarga eléctrica.
La Figura 2 muestra la distribución de la estructura de la aeronave mediante una malla de elementos eléctricos resistivos.
La Figura 3 muestra el comportamiento térmico del material de la estructura de la aeronave.
Descripción detallada de la invención
La presente invención propone así un método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave realizada en material compuesto a través de la evaluación del daño por efecto del calentamiento térmico producido por la citada descarga sobre la estructura. La probabilidad de una aeronave comercial de sufrir un impacto de rayo es elevada, calculándose que una aeronave sufre de media casi 2 impactos de rayo por año. Por consiguiente, es necesario tomar medidas adecuadas que aseguren en primer lugar la seguridad de los pasajeros y en segundo lugar, que hagan que ese impacto de rayo tenga el menor efecto posible en la operación de la aeronave.
No todas las partes que componen la estructura de una aeronave tienen la misma probabilidad de sufrir el impacto de una descarga eléctrica ni tampoco que éste sea igual de severo. Según sea la probabilidad y severidad del rayo o descarga eléctrica, el avión se divide en distintas zonas desde el punto de vista del impacto directo, dependiendo así la protección de la estructura externa de la aeronave de en qué región esté situada la parte a proteger. La estructura de una aeronave se divide en las regiones siguientes:
De este modo, el método de la invención comprende las etapas siguientes, que se describirán más en detalle a continuación.
1. Aplicar una descarga eléctrica sobre el material de la estructura de la aeronave mediante un generador de intensidad
El fenómeno físico que se aplica sobre el material de la estructura de la aeronave es el de una descarga eléctrica o rayo. La descarga eléctrica se produce desde un foco que está a un potencial mucho mayor que el objeto sobre el que cae la descarga, que es el objeto en estudio. Cuando esta diferencia de potencial supera la capacidad dieléctrica...
Reivindicaciones:
1. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave a través de la evaluación del daño producido por efecto del calentamiento térmico originado por la citada descarga sobre la estructura, que comprende las etapas de:
2. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según la reivindicación 1 caracterizado porque la descarga eléctrica está caracterizada por el diámetro del arco eléctrico, la intensidad transferida por el arco, la curvatura del arco y el ángulo de incidencia del rayo.
3. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según la reivindicación 2 caracterizado porque el arco eléctrico es perpendicular al material de la estructura de la aeronave.
4. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la descarga eléctrica se representa mediante un generador de corriente continua, siendo la densidad de corriente constante en la sección transversal del arco eléctrico y no variando las propiedades del arco eléctrico con el tiempo.
5. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el material de la estructura de la aeronave se modela como una malla (8) que comprende celdas (7) , comprendiendo a su vez dichas celdas (7) entre cada una de las celdas (7) y las celdas adyacentes una resistencia (R), estando los extremos de la malla (8) unidos para que todos estén al mismo potencial.
6. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según la reivindicación 5 caracterizado porque en la malla eléctrica (8) el retorno de corriente se modela como tierra, estando así los extremos del material al mismo potencial.
7. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las condiciones de contorno del material son adiabáticas.
8. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la estructura de aeronave está realizada en material compuesto.
9. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la estructura de aeronave está realizada en material metálico homogéneo.
10. Método para la evaluación del efecto de una descarga eléctrica sobre una estructura de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la estructura de aeronave está realizada en material compuesto con una malla de material metálico sobre la superficie del mismo.
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