CUADERNA DE AERONAVE Y METODO DE OBTENCION DE LA MISMA.

Cuaderna de aeronave y método de obtención de la misma, estando realizada dicha cuaderna en material compuesto,

comprendiendo dicha cuaderna varias particiones (20) que conforman, al unirse, la citada cuaderna en su totalidad, comprendiendo dichas particiones (20) secciones (1) de longitud (2), estando dispuestas dichas secciones (1) sobre la parte interior del revestimiento (3) que conforma el fuselaje de la aeronave, estando dicho fuselaje realizado de forma integral en una sola pieza, siendo la longitud (2) de las secciones (1) es la máxima posible, de tal modo que la separación (5) máxima entre la sección (1) de cuaderna y el revestimiento (3), estando medida esta separación (5) por la parte interior del citado revestimiento (3), sea inferior al valor límite permitido para el uso de un sellante en estado líquido.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200930757.

Solicitante: AIRBUS OPERATIONS, S.L.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: VERA VILLARES,ENRIQUE, PINA LÓPEZ,JOSÉ MARÍA.

Fecha de Publicación: 21 de Junio de 2012.

Clasificación Internacional de Patentes:

B64C1/06 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B64 AERONAVES; AVIACION; ASTRONAUTICA. › B64C AEROPLANOS; HELICOPTEROS (vehículos de colchón de aire B60V). › B64C 1/00 Fuselajes; Características estructurales comunes a fuselajes, alas, superficies estabilizadoras o similares (características aerodinámicas comunes a fuselajes, alas, superficies estabilizadoras o similares B64C 23/00; instalaciones de la cabina de vuelo B64D). › Cuadernas; Larguerillos; Largueros.
B64F5/00 B64 […] › B64F INSTALACIONES EN TIERRA O INSTALACIONES EN CUBIERTA DE PORTAAVIONES ESPECIALMENTE ADAPTADAS PARA SU USO EN CONEXIÓN CON AERONAVES; DISEÑO, FABRICACIÓN, ENSAMBLAJE, LIMPIEZA, MANTENIMIENTO O REPARACIÓN DE AERONAVES, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR; MANIPULACIÓN, TRANSPORTE, ENSAYO O INSPECCIÓN DE COMPONENTES DE AERONAVES, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR. › Diseño, fabricación, ensamblado, limpieza, mantenimiento o reparación de aeronaves, no previstos en otro lugar; Manipulación, transporte, ensayo o inspección de componentes de aeronaves, no previstos en otro lugar.

CUADERNA DE AERONAVE Y METODO DE OBTENCION DE LA MISMA.

Fragmento de la descripción:

Cuaderna de aeronave y método de obtención de la misma.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un nuevo diseño de cuadernas de aeronave realizadas en material compuesto, en particular para fuselajes integrales en una sola pieza, así como a un método para la obtención de las mismas.

Antecedentes de la invención

El fuselaje es el conjunto principal de una aeronave, puesto que el resto de elementos que conforman la aeronave se unen, de forma directa o indirecta, al mismo. El revestimiento del fuselaje es el que le confiere al mismo su forma, la cual varía con la misión principal que vaya a tener la aeronave.

Además del revestimiento (el considerado es de CFRP - Carbon Fiber Reinforced Plastic), el fuselaje de una aeronave comprende unos elementos en forma de armaduras perpendiculares con respecto al eje longitudinal de la aeronave, denominados cuadernas (de CFRP o metálicas, con forma en C, Z, etc.), que son las encargadas de dar forma y rigidez a la estructura del fuselaje, situándose estas cuadernas a intervalos determinados en la parte interior del fuselaje de la aeronave. Además de las cuadernas, el fuselaje comprende otros elementos de refuerzo, como son los larguerillos (generalmente en forma de omega, de T o similar) para conseguir la optimización de la distribución de cargas y rigidez. Los larguerillos se sitúan longitudinalmente sobre el revestimiento del fuselaje, permitiendo la optimización del mismo, aligerándose así el peso del conjunto de la estructura. De este modo, todo el entramado de cuadernas, larguerillos y revestimiento se unen para formar una estructura completa.

Tradicionalmente, el fuselaje de una aeronave se realizaba de forma segmentada, de tal modo que el revestimiento lo conformaban varios paneles y secciones que, posteriormente, se unían para conformar el fuselaje típico en forma cilíndrica Las uniones entre estos segmentos o paneles se realizan mediante una serie de piezas de unión diseñadas para tal fin, que generalmente iban unidas mediante remaches. Las cuadernas en el caso de fuselajes tales iban generalmente dispuestas de forma segmentada, tal que se colocaban y ajustaban de forma manual sobre la estructura anterior. Este procedimiento de composición y colocación de las cuadernas es de fácil montaje, al tener abiertas por su interior las partes que conforman el revestimiento del fuselaje, de tal forma que permite un sencillo y correcto ajuste de las cuadernas, por segmentos. Sin embargo, este procedimiento obliga a realizar un número muy elevado de segmentación o partición de las cuadernas, lo cual conlleva que se tengan que utilizar también un gran número de piezas de unión entre las cuadernas y los revestimientos que componen el fuselaje. Esto hace que el procedimiento del montaje de dichas cuadernas sea largo y costoso, empleando gran cantidad de mano de obra de montaje.

En la actualidad, es cada vez más común la realización del revestimiento que conforma el fuselaje de una aeronave de forma integral, denominado fuselaje en 360º, full-barrel o one-shot. El revestimiento que forma el fuselaje se conforma de forma integral en una sola pieza cerrada realizada en un único molde. Con estos revestimientos integrales la segmentación de cuadernas se tiene que abordar de una manera diferente a la empleada hasta el momento, debiendo atender a las tolerancias intervinientes en los procesos de fabricación, limitaciones de montaje y acceso para la disposición de estas cuadernas segmentadas.

La presente invención ofrece una solución a las limitaciones anteriormente mencionadas.

Sumario de la invención

Así, según un primer aspecto, la presente invención se refiere a un nuevo diseño de cuadernas de aeronave realizadas en material compuesto, estando realizadas dichas cuadernas en particiones o segmentos de longitud determinada que se dispondrán sobre la parte interior del revestimiento que conforma el fuselaje de la aeronave. El fuselaje estará realizado de forma integral en una sola pieza (denominado fuselaje full-barrel o one-shot), pudiendo este fuselaje comprender larguerillos integrados desde el mismo proceso de fabricación del citado fuselaje. La longitud de las particiones o segmentos de las citadas cuadernas será la máxima posible (lo cual llevará al mínimo número de particiones por diámetro de sección del fuselaje) tal que la separación máxima entre estos segmentos de cuadernas y el revestimiento, estando medida esta separación por la parte interior del citado revestimiento, permita la utilización de un sellante líquido para la unión del segmento de cuaderna al revestimiento. La utilización de este tipo de sellante simplifica las operaciones y disminuye los tiempos de montaje, lo que permite disminuir los costes recurrentes por este concepto. La longitud máxima de los segmentos de cuaderna se calculará en base a las limitaciones de fabricación dadas por las tolerancias de fabricación del revestimiento y de los propios segmentos de cuadernas.

Además, en el diseño de las particiones o segmentos de estas cuadernas se deben tener en cuenta las siguientes consideraciones:

- efecto de contracción o spring-back durante la fabricación de los segmentos de cuaderna;

- proceso de montaje de las particiones o segmentos de cuadernas;

- geometría de la sección del fuselaje, dada por el revestimiento, donde se dispondrá la partición o segmento de la cuaderna;

- las cargas a las que se encuentra sometida la sección del fuselaje, dada por el revestimiento, donde se dispondrá la partición o segmento de la cuaderna.

Según un segundo aspecto, la invención se refiere a un método para la obtención de este diseño de cuadernas de aeronave citado, estando realizadas dichas cuadernas en material compuesto, y comprendiendo particiones o segmentos de longitud determinada, de tal forma que dichos segmentos de cuadernas calculados mantengan una separación máxima con respecto al interior del revestimiento que sea tal que permita la utilización de un sellante líquido para la unión del segmento de cuaderna al revestimiento que conforma el fuselaje.

Así, el método de la invención comprende las siguientes etapas:

a) determinación de un primer segmento de cuaderna tipo para la parte superior del revestimiento del fuselaje, para una sección determinada del fuselaje, calculándose éste para el caso en el que la tolerancia aerodinámica sobre el revestimiento haga que éste tenga una dimensión efectiva exterior máxima, siendo la tolerancia de espesor del revestimiento lo menor posible, de tal modo que la dimensión interior del revestimiento es máxima, y siendo la tolerancia de fabricación de este segmento de cuaderna tipo mínima, que haga que la dimensión del citado segmento de cuaderna sea mínima;

b) determinación del punto de contacto del segmento de cuaderna tipo con el interior del revestimiento como resultado de la etapa a);

c) determinación de los puntos del segmento de cuaderna, a ambos lados del punto de contacto anterior, en los que la separación máxima entre dicho segmento de cuaderna y la parte interior del revestimiento es la máxima permitida para la utilización de un sellante de tipo líquido;

d) cálculo de la longitud del segmento de cuaderna máxima según las etapas a) a c) anteriores, y tal que los extremos del segmento de cuaderna queden dispuestos en mitad de un vano entre dos larguerillos consecutivos de la sección;

e) repetición de las etapas a) a d) anteriores para el resto de los segmentos que conformarán las particiones de la cuaderna en su totalidad;

f) determinación de un segundo segmento de cuaderna tipo para la parte superior del revestimiento del fuselaje, para la citada sección determinada del fuselaje, calculándose éste para el caso en el que la tolerancia aerodinámica sobre el revestimiento haga que éste tenga una dimensión efectiva exterior mínima, siendo la tolerancia de espesor del revestimiento máxima, de tal modo que la dimensión interior del revestimiento sea mínima, y siendo la tolerancia de fabricación de este segmento de cuaderna máxima, que haga que la dimensión del citado segmento de cuaderna sea máxima;

g) determinación de los puntos...

Reivindicaciones:

1. Cuaderna de aeronave realizada en material compuesto, comprendiendo dicha cuaderna varias particiones (20) que conforman, al unirse, la citada cuaderna en su totalidad, comprendiendo dichas particiones (20) secciones (1) de longitud (2), estando dispuestas dichas secciones (1) sobre la parte interior del revestimiento (3) que conforma el fuselaje de la aeronave, estando dicho fuselaje realizado de forma integral en una sola pieza, caracterizada porque la longitud (2) de las secciones (1) es la máxima posible, de tal modo que la separación (5) máxima entre la sección (1) de cuaderna y el revestimiento (3), estando medida esta separación (5) por la parte interior del citado revestimiento (3), sea inferior al valor límite permitido para el uso de un sellante en estado líquido.

2. Cuaderna de aeronave según la reivindicación 1, caracterizada porque la separación (5) máxima se calcula teniendo en cuenta las limitaciones de fabricación dadas por las tolerancias de fabricación del revestimiento (3) y de la sección (1) de cuaderna.

3. Cuaderna de aeronave según la reivindicación 2, caracterizada porque se tienen en cuenta las tolerancias de fabricación del revestimiento (3) (tolerancia aerodinámica que hace que el revestimiento (3) tenga un valor efectivo exterior de (11) y tolerancia del espesor del revestimiento (3) que hace que el revestimiento (3) tenga un valor efectivo interior de (12)) y de la sección (1) de cuaderna (tolerancia de fabricación de la sección (1) de la cuaderna que hace que la citada cuaderna tenga un valor efectivo exterior de (13)), para el cálculo de la separación (5) máxima.

4. Cuaderna de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el revestimiento (3) del fuselaje comprende larguerillos (4) integrados desde el proceso de fabricación del citado revestimiento (3).

5. Cuaderna de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque las particiones (20) de la cuaderna no se realizan en zonas en las que el fuselaje esté sometido a carga elevada.

6. Cuaderna de aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la separación (5) máxima entre la sección (1) de cuaderna y el revestimiento (3) es inferior al límite de aplicación de sellante líquido.

7. Aeronave que comprende cuaderna según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Método para la obtención de una cuaderna de aeronave realizada en material compuesto, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) determinación de un primer segmento (1) de cuaderna tipo para la parte superior del revestimiento (3) del fuselaje, para una sección determinada del fuselaje, calculándose este primer segmento (1) para el caso en el que la tolerancia aerodinámica sobre el revestimiento haga que éste tenga una dimensión efectiva exterior (11) máxima, siendo la tolerancia de espesor del revestimiento lo menor posible, de tal modo que la dimensión interior del revestimiento (12) es máxima, y siendo la tolerancia de fabricación de este segmento de cuaderna tipo mínima, que haga que la dimensión (13) del citado segmento (1) de cuaderna sea mínima;

b) determinación del punto de contacto del segmento (1) de cuaderna tipo con el interior del revestimiento (3), como resultado de la etapa a);

c) determinación de los puntos del segmento (1) de cuaderna, a ambos lados del punto de contacto anterior, en los que la separación máxima (5) entre dicho segmento (1) de cuaderna y la parte interior del revestimiento (3) es la máxima permitida para la utilización de un sellante de tipo líquido;

d) cálculo de la longitud (2) del segmento (1) de cuaderna máxima según las etapas a) a c) anteriores, y tal que los extremos del segmento (1) de cuaderna queden dispuestos en mitad de un vano entre dos larguerillos (4) consecutivos de la sección;

e) repetición de las etapas a) a d) anteriores para el resto de los segmentos (1) que conformarán las particiones de la cuaderna en su totalidad;

f) determinación de un segundo segmento (1) de cuaderna tipo para la parte superior del revestimiento (3) del fuselaje, para la citada sección determinada del fuselaje anterior, calculándose dicho segundo segmento (1) de cuaderna para el caso en el que la tolerancia aerodinámica sobre el revestimiento haga que éste tenga una dimensión efectiva exterior (11) mínima, siendo la tolerancia de espesor del revestimiento máxima, de tal modo que la dimensión interior del revestimiento (12) sea mínima, y siendo la tolerancia de fabricación de este segmento de cuaderna máxima, que haga que la dimensión (13) del citado segmento (1) de cuaderna sea máxima;

g) determinación de los puntos de contacto del segmento (1) de cuaderna tipo con el interior del revestimiento (3), como resultado de la etapa f);

h) determinación del punto del segmento (1) de cuaderna en el que la separación máxima entre dicho segmento 1 de cuaderna y la parte interior del revestimiento (3) es la máxima permitida para la utilización de un sellante de tipo líquido;

i) cálculo de la longitud (2) del segmento (1) de cuaderna máximo según las etapas f) a h) anteriores, y tal que los extremos del segmento (1) de cuaderna queden dispuestos en mitad de un vano entre dos larguerillos (4) consecutivos de la sección;

j) repetición de las etapas f) a i) anteriores para el resto de los segmentos (1) que conformarán las particiones de la cuaderna en su totalidad;

k) determinación de los segmentos (1) de cuaderna definitivos tal que dichos segmentos (1) verifiquen tanto las etapas a) a d) como las etapas f) a j) anteriormente citadas, conformando estos segmentos (1) las particiones definitivas de la totalidad de las cuadernas, para la sección concreta del fuselaje calculada;

l) determinación de los segmentos (1) de cuaderna de fuselaje para cada sección de fuselaje en concreto, siguiendo las etapas a) a k) anteriores.

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