Ala para una aeronave con una estructura sustentadora configurada en modo de construcción de compuesto defibras,

deformándose el ala de forma elástica con la generación de sustentación para adoptar su forma de vuelo,caracterizada porque la estructura sustentadora (2), además de fibras de refuerzo (4) que tienen un recorridosiempre en línea recta, presenta localmente fibras de refuerzo (5), que presentan un recorrido ondulado singeneración de sustentación, para dividir la deformación elástica del ala (12) con la generación de sustentación en unprimer intervalo (15) de pequeñas sustentaciones totales y en un segundo intervalo (16) de sustentaciones totalesgrandes, estando las fibras de refuerzo onduladas (5) estiradas en el segundo intervalo y causando de esta maneraal menos una componente de deformación adicional con respecto al primer intervalo (15).

Ala para una aeronave con una estructura sustentadora configurada en modo de construcción de compuesto de fibras

Campo técnico de la invención

La invención se refiere a un ala para una aeronave con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Estado de la técnica

Las alas de los aviones comerciales actuales están la mayoría de las veces en flecha hacia atrás y se realizan en monocasco como tubos cerrados. Todavía se usan preferentemente materiales metálicos para proporcionar la estructura sustentadora de alas. Sin embargo, la aplicación del modo de construcción de compuesto de fibras para la estructura sustentadora de alas, por ejemplo, el uso de materiales compuestos de fibras de carbono anisótropos, promete ahorros de peso relevantes. De esta manera, la parte predominante de la estructura primaria del Boeing 787 que se encuentra en desarrollo incluyendo las alas se fabricará previsiblemente a partir de materiales compuestos de fibras. También Airbus planea un uso masivo de materiales compuestos de fibras con el desarrollo del nuevo A350XWB.

Por el documento US 6.419.187 B1 se conoce un perfil de pared delgada con variación de perfil con uso de la anisotropía del material de la estructura. Este perfil de pared delgada se puede usar como ala. La pared delgada del perfil está configurada en modo de construcción de compuesto de fibras. La anisotropía del material está prevista de forma local para dar lugar a cambios específicos del contorno del perfil. Se da lugar a la deformación básica del contorno que a este respecto sirve de base mediante accionadores. Con el modo de construcción de compuesto de fibras pueden estar previstas en el compuesto con estratos de fibras unidireccionales también aquellos con una orientación de +/- 45º.

Las propiedades mecánicas anisótropas, es decir, dependientes de la dirección de materiales compuestos de fibras, se usan de forma dirigida en los desarrollos actuales de aviones. En las alas en flecha de aviones comerciales habituales, las puntas del ala se retuercen bajo carga de vuelo, es decir, con generación de sustentación, hasta ángulos de incidencia reducidos. Esta propiedad aeroelástica generalmente desventajosa de alas en flecha se puede mitigar mediante un modo de construcción de compuesto de fibras y alabeo previo. El compuesto de fibras está estructurado a este respecto de tal modo que en el intervalo de las sustentaciones totales admisibles se comporta prácticamente con elasticidad lineal. Esto quiere decir que su deformación incluyendo su torsión depende de modo casi lineal de la sustentación total.

El diseño de la estructura sustentadora de un ala con rigideces dirigidas, por ejemplo, con materiales compuestos de fibras de carbono anisótropos, de manera que la geometría rodeada por flujo de aire bajo las cargas de aire para los rendimientos de vuelo así como las propiedades de vuelo, tales como, por ejemplo, la maniobrabilidad de una aeronave, se deforma de forma apropiada y en el intervalo de las sustentaciones totales que aparecen no aparece ningún esfuerzo de material inadmisible, se denomina generalmente "confección a medida aeroelástica". ("aeroelastic tailoring") . Así se retuercen las puntas del ala de alas en flecha de aviones comerciales habituales bajo carga de aire hasta menores ángulos de incidencia. El estado de deformación resultante de esto del ala se denomina forma de vuelo (flight-shape) . La llamada forma de plantilla para taladrar (jig-shape) sin carga de aire, particularmente el alabeo previo de ala, se configura por ello durante el diseño y la fabricación de las alas de tal manera que en el vuelo de crucero se ajusta una distribución de la sustentación de envergadura aerodinámicamente adecuada que va acompañada de una pequeña resistencia inducida. La rigidez a la torsión de las alas debe además ser tan grande que la eficacia de los alerones esté asegurada en la totalidad del alcance de vuelo. Si aparece el caso de carga de dimensionado de un llamado arco de enderezamiento con una aceleración por la gravedad de factor 2, 5 en la aeronave (2, 5 g de arco de enderezamiento) , las punta del ala de alas de elasticidad lineal en flecha hacia atrás giran hasta ángulos de incidencia todavía menores, de tal manera que el punto de ataque resultante de la distribución de la sustentación de la envergadura se desplaza a la raíz del ala y sirve para un aumento ligeramente decreciente del momento de flexión de la raíz del ala con la sustentación total. Este efecto deseable, sin embargo, está marcado solo escasamente debido a la rigidez a la torsión necesaria para la eficacia del alerón de las alas y el comportamiento de elasticidad lineal. Además, el mismo se reduce con flecha decreciente de las alas de una aeronave. En alas con flecha dirigida hacia atrás muy pequeña y extensión grande, el efecto de reducción de carga es correspondientemente en particular escaso. Algunas alas pueden ganar una importancia creciente en el futuro para la construcción de aviones comerciales, ya que una envoltura con flujo de aire del ala laminar de baja resistencia con ángulos de flecha pequeños se puede lograr más fácilmente que con alas en flecha.

Los materiales compuestos de fibras que están compuestos de fibras de refuerzo incluidas en una matriz están estructurados por norma general por capas. En la selección de los componentes individuales para un material compuesto de fibras hay que prestar atención a que el alargamiento a la rotura de la matriz sea mayor que el de las fibras de refuerzo. En las capas individuales de un material compuesto de fibras se pueden diferenciar las orientaciones de las fibras. En los materiales compuestos de fibras habituales, la dirección de fibras dentro de una capa sin embargo es constante. Nuevos modos de construcción de compuesto de fibras y procedimientos de

producción permiten variar la dirección de fibras dentro de una capa depositándose las fibras de refuerzo en forma de onda. De esta manera se consigue que la rigidez en la capa con las fibras seleccionadas en una dirección predominante dependa del lugar. Tales modos de construcción se denominan laminado de rigidez variable (variablestiffness (VS) laminate) . En una estructura sustentadora de laminados de rigidez variable, el comportamiento de deformación local puede predefinirse mediante la estructura los laminados de VS.

Objetivo de la invención

La invención se basa en el objetivo de indicar un ala con las características del preámbulo de la reivindicación 1, en la que las posibilidades de la confección a medida aeroelástica básicamente estén ampliadas.

Solución

El objetivo de la invención se resuelve mediante un ala con las características de la reivindicación independiente 1. Las formas de realización preferidas de la nueva ala están descritas en las reivindicaciones dependientes 2 a 9. La reivindicación 10 se refiere a una aeronave con un par de alas de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9. La reivindicación 11 se refiere a una aeronave todo ala compuesta de un ala de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9.

Descripción de la invención

En la nueva ala, la estructura sustentadora además de fibras de refuerzo, que siempre tienen un recorrido el línea recta, presenta fibras de refuerzo localmente que, sin la generación de sustentación, es decir, sin carga de aire, presentan un recorrido ondulado, para dividir la deformación elástica del ala en la generación de sustentación en un primer intervalo de sustentaciones totales pequeñas y en un segundo intervalo de sustentaciones totales grandes, estando las fibras de refuerzo onduladas estiradas en el segundo intervalo y causando de esta manera al menos una componente de deformación adicional con respecto al primer intervalo. Los procedimientos de producción ya disponibles para laminados de VS se usan de forma ampliada en la nueva ala. En las capas individuales de su estructura sustentadora configurada en modo de construcción de compuesto de fibras se colocan las fibras de refuerzo de forma ondulada, de tal manera que solo a partir de un alargamiento local determinado diseñado anteriormente contribuyen de manera relevante a la rigidez a la tracción. De esta manera se consigue un comportamiento de alargamiento a la tracción intensamente no lineal. En la nueva ala, con las fibras de refuerzo dispuestas de forma ondulada y una distribución de rigidez localmente distinta resultante de esto en conexión con el comportamiento de alargamiento a la tracción no lineal... [Seguir leyendo]

1. Ala para una aeronave con una estructura sustentadora configurada en modo de construcción de compuesto de fibras, deformándose el ala de forma elástica con la generación de sustentación para adoptar su forma de vuelo, caracterizada porque la estructura sustentadora (2) , además de fibras de refuerzo (4) que tienen un recorrido siempre en línea recta, presenta localmente fibras de refuerzo (5) , que presentan un recorrido ondulado sin generación de sustentación, para dividir la deformación elástica del ala (12) con la generación de sustentación en un primer intervalo (15) de pequeñas sustentaciones totales y en un segundo intervalo (16) de sustentaciones totales grandes, estando las fibras de refuerzo onduladas (5) estiradas en el segundo intervalo y causando de esta manera al menos una componente de deformación adicional con respecto al primer intervalo (15) .

2. Ala de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque el primer intervalo (15) comprende la sustentación total necesaria en el vuelo de crucero de la aeronave y el segundo intervalo (16) , la sustentación total que aparece en un arco de enderezamiento.

3. Ala de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque al menos una componente de deformación adicional en el segundo intervalo (16) de la sustentación total es una torsión alrededor de la dirección de extensión principal del ala (12) , que desplaza el centro de gravedad de la distribución de sustentación de envergadura a lo largo del ala (12) hacia su raíz de ala.

4. Ala de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque las fibras de refuerzo onduladas (5) en una subzona (3) del lado de presión ubicada aguas arriba de la estructura sustentadora tienen un recorrido esencialmente a lo largo de la dirección de extensión principal del ala (12) .

5. Ala de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, caracterizada porque las fibras de refuerzo onduladas (5) en una subzona (3) del lado de succión ubicada aguas arriba de la estructura sustentadora tienen un recorrido esencialmente en dirección de la profundidad del perfil del ala (12) .

6. Ala de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la estructura sustentadora (2) con las fibras de refuerzo onduladas (5) presenta una estructura de caja (1) del ala (2) .

7. Ala de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizada porque la estructura sustentadora (2) con las fibras de refuerzo onduladas (5) presenta una caja de ala del ala (12) .

8. Ala de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la estructura sustentadora (2) con las fibras de refuerzo onduladas (5) presenta un revestimiento externo sustentador del ala (12) .

9. Ala de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque está configurada como ala laminar.

10. Aeronave con un par de alas (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Aeronave todo ala compuesta de un ala (12) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9.