Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave, comprendiendo dicho fuselaje (2) un revestimiento (3) y unos larguerillos (20),

comprendiendo la citada cuaderna (1) un elemento estructural (4) y un elemento alveolar (5) cerrado, hueco en su interior, comprendiendo el elemento estructural (4) una base inferior (6) que va dispuesta sobre la cara interior del revestimiento (3) del fuselaje (2), y a través de la cual pasan los larguerillos (20) que unen las cuadernas (1) al resto de la estructura del fuselaje (2), y unos elementos de refuerzo superiores (7) sobre los que van dispuestos los citados elementos alveolares (5), tal que los elementos alveolares (5) aumentan la inercia y la rigidez de la cuaderna (1) sin añadir peso a la misma, teniendo la cuaderna (1) elevada rigidez en dirección transversal, además de ser estable intrínsecamente a pandeo local.

DISEÑO DE CUADERNAS DE AERONAVE

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere al diseño de cuadernas de refuerzo del fuselaje de una aeronave, estando dichas cuadernas en particular fabricadas en material compuesto.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

A lo largo de la historia de la aviación, los materiales empleados han ido evolucionando considerablemente para poder aumentar su resistencia, a la vez que disminuían su peso. Un material específico que cumple con estas exigencias es el material compuesto de fibra de carbono. Gracias a sus beneficios, el uso de los materiales compuestos llega a ser en la actualidad de hasta el 50% de la estructura de la aeronave.

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. La forma del fuselaje varía con la misión principal que vaya a tener la aeronave, de ahí que existan varios tipos de fuselaje, como el reticular, el monocasco, o el semi monocasco, siendo este último tipo de fuselaje el más comúnmente empleado en la actualidad.

El fuselaje de una aeronave comprende unos elementos en forma de armaduras perpendiculares con respecto al eje longitudinal de la aeronave, denominados cuadernas, que son los encargados de dar forma y rigidez a la estructura del fuselaje, situándose estas cuadernas a intervalos en la parte interior del tubo 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 o similar, para conseguir la optimización de la distribución de cargas y rigidez. Los larguerillos se sitúan uniendo las cuadernas a lo largo del eje longitudinal del fuselaje, permitiendo su presencia el adelgazamiento del revestimiento de la estructura del fuselaje, aligerándose así el peso del conjunto de la estructura. Los larguerillos, a su vez, cumplen una función secundaria de refuerzo, siendo los elementos que dan forma al fuselaje y constituyendo los puntos principales de unión del revestimiento. Así, todo el entramado de cuadernas, larguerillos y revestimiento se unen para formar una estructura completa y rígida.

En algunas zonas del fuselaje es necesario realizar aberturas, tales como puertas de pasajeros, de carga o ventanas. En estos casos, al debilitarse la estructura de la aeronave, es necesario reforzar localmente la zona de la abertura con otros elementos como pueden ser los marcos de puerta. Estos elementos se denominan, genéricamente, marcos de refuerzo.

El fuselaje de la aeronave está sometido a todo tipo de cargas estructurales, además de tener que aguantar también las cargas de presurización de la cabina. En conjunto, el fuselaje está sometido a cargas de flexión, de torsión y de inercia, estando soportadas principalmente las cargas de presurización por el revestimiento, soportando los larguerillos la flexión que experimenta el fuselaje en sentido longitudinal. Por otro lado, las cuadernas reparten uniformemente las cargas en cada uno de los tramos en los que dividen a la sección interna de la estructura del fuselaje, soportando finalmente el revestimiento, los larguerillos y las cuadernas, actuando como una viga única, las cargas de torsión y de inercia.

Así, sería deseable que el diseño de cuadernas de aeronave actuales, principalmente en el caso de estructuras o cuadernas muy cargadas, se realizase mediante un diseño que aportase una elevada rigidez e inercia a la estructura, al tiempo que no añadiera peso a la misma.

Para el caso de estructuras muy cargadas, los perfiles que conforman las cuadernas de la aeronave han de comprender nervios de refuerzo o rigidizadores que aumenten la rigidez de las cuadernas. Sin embargo, estos elementos elevan el peso total de la estructura, al tiempo que presentan las desventajas de que eliminan la diafanidad o espacio útil del interior de la estructura del fuselaje, siendo este espacio muy importante para temas de carga o de colocación de equipos en el interior de grandes aeronaves, al tiempo que dificultan enormemente el paso de los larguerillos a través de las cuadernas, para así realizar la unión de las mismas a lo largo del eje longitudinal del fuselaje.

La presente invención ofrece una solución a los problemas anteriormente mencionados.

SUMARIO DE LA INVENCION

Así, la invención se refiere al diseño de cuadernas de refuerzo del fuselaje de una aeronave, estando dichas cuadernas en particular fabricadas en material compuesto, comprendiendo dichas cuadernas un elemento estructural y un elemento alveolar cerrado, hueco en su interior, comprendiendo a su vez el citado elemento estructural una base inferior que va dispuesta sobre la cara interior del revestimiento del fuselaje de la aeronave, y a través de la cual pasan los larguerillos que unen las cuadernas al resto de la estructura del fuselaje, y unos elementos de refuerzo superiores sobre los que van dispuestos los elementos alveolares cerrados. Los elementos estructurales de las cuadernas de la invención tienen preferiblemente una forma de viga en H, de tal modo que la base inferior y el refuerzo superior se unen a través de un alma. El elemento alveolar cerrado proporciona la ventaja de aumentar la inercia y, consecuentemente, la rigidez de la cuaderna, pues separa la masa que contribuye al cálculo del momento de inercia del perfil de la cuaderna del centro de gravedad de la misma, al tiempo que, al ser dicho elemento alveolar hueco, no añade peso considerable a la estructura.

Así, la forma final obtenida mediante el diseño de la cuaderna de la invención es semejante a una omega, la cual aporta a la estructura la ventaja de un aumento de rigidez sin aumentar el peso. Estructuras de este tipo no se han empleado hasta la actualidad en cuadernas de aeronave.

Las cuadernas de la invención no se emplean para la unión con los elementos de refuerzo de los marcos de refuerzo necesarios alrededor de las puertas de pasajeros o de carga, o bien de las ventanas de la aeronave.

El elemento estructural de la cuaderna objeto de la invención está fabricado en material compuesto mediante un procedimiento de moldeo por transferencia de resina (Resin Transfer Moulding, RTM) , mediante el cual se inyecta resina catalizada en el interior de un molde matriz en el cual se ha dispuesto previamente un refuerzo, pudiendo ser, tanto el molde como la resina, calentados o no. El elemento alveolar cerrado está fabricado igualmente en material compuesto, pudiéndose unir en estado fresco a los elementos de refuerzo superiores del elemento estructural de la cuaderna. De este modo, al ser flexible el elemento estructural, es capaz de adaptarse y ajustarse de forma sencilla a la cara interior del revestimiento del fuselaje sobre el que irá dispuesta la cuaderna, pudiéndose colocar posteriormente el elemento alveolar cerrado en estado fresco, encima del elemento estructural anterior, una vez que esté dispuesto este último sobre el revestimiento.

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.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra en esquema una sección del fuselaje de una aeronave que comprende un marco de refuerzo, larguerillos, cuadernas estándares y una cuaderna de refuerzo del fuselaje según la presente invención.

La Figura 2 muestra en detalle los elementos que componen una cuaderna de refuerzo del fuselaje de una aeronave según la presente invención.

La Figura 3 muestra el desarrollo de los elementos que componen una cuaderna de refuerzo del fuselaje de una aeronave según la presente invención.

La Figura 4 muestra un detalle en sección de los elementos alveolares cerrados de una cuaderna de refuerzo del fuselaje de una aeronave según la presente invención.

La Figura 5 muestra una vista en detalle de la cuaderna de refuerzo del fuselaje de una aeronave según la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION

La invención se refiere al diseño de una cuaderna 1 de refuerzo del fuselaje 2 de una aeronave, estando dicha cuaderna 1 fabricada preferiblemente en material compuesto, si bien esta cuaderna 1 puede estar también realizada en metal. La cuaderna 1 comprende un elemento estructural 4 y un elemento alveolar 5 cerrado, hueco en su interior, cuya geometría puede ser variable. El elemento estructural...

1. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave, comprendiendo dicho fuselaje (2) un revestimiento (3) y unos larguerillos (20) , caracterizada porque comprende un elemento estructural (4) y un elemento alveolar (5) cerrado, hueco en su interior, comprendiendo el elemento estructural (4) una base inferior

(6) que va dispuesta sobre la cara interior del revestimiento (3) del fuselaje (2) , y a través de la cual pasan los larguerillos (20) que unen las cuadernas (1) al resto de la estructura del fuselaje (2) , y unos elementos de refuerzo superiores (7) sobre los que van dispuestos los citados elementos alveolares (5) , tal que los elementos alveolares

(5) aumentan la inercia y la rigidez de la cuaderna (1) sin añadir peso a la misma, teniendo la cuaderna (1) elevada rigidez en dirección transversal, además de ser estable intrínsecamente a pandeo local.

2. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según la reivindicación 1 en la que el elemento alveolar (5) cerrado se une en estado fresco no curado al elemento de refuerzo superior (7) del elemento estructural (4) , una vez que dicho elemento estructural (4) se ha colocado sobre la cara interior del revestimiento (3) , curándose posteriormente el conjunto formado por el elemento estructural (4) , el elemento alveolar (5) y el revestimiento (3) .

3. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que los larguerillos

(20) pasan a través de unas paredes (40) del elemento estructural (4) de la cuaderna (1) dispuestas para tal fin, uniéndose a dicha cuaderna (1) mediante encolado a las citadas paredes (40) .

4. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según la reivindicación 3 en la que las tolerancias de las paredes (40) del elemento estructural (4) a través de las cuales pasan los larguerillos

(20) son estrechas.

5. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que los larguerillos

(20) son de sección variable.

6. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-4 en la que los larguerillos (20) son de sección constante.

7. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que las paredes laterales (10) de los elementos alveolares (5) comprenden capas de refuerzo de fibra de carbono que aumentan la rigidez de la cuaderna (1) .

8. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el elemento estructural (4) está realizado en material compuesto.

9. Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el elemento alveolar (5) está realizado en material compuesto.

10.Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 en la que el elemento estructural (4) es metálico.

11.Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-7 en la que el elemento alveolar (5) es metálico.

12.Cuaderna (1) de refuerzo del fuselaje (2) de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones anteriores en la que el elemento estructural (4) tiene la forma en sección de una viga en H.