Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicopter° (12) en el que dicha pala derotor (12) incluye un larguero (14) que se extiende paralelo al eje longitudinal (16,

94) de dicha pala de rotor (12),extendiendose dicho eje longitudinal (16, 94) desde la base de dicha pala de rotor (12) hasta la punta (18) de dichapala de rotor, teniendo dicho larguero (14) superficies interiores que definen una cavidad del larguero (20) quetambien se extiende longitudinalmente desde la base de dicha pala de rotor (12) hasta la punta (18) de dicha pala derotor, incluyendo dichas superficies interiores del larguero una superficie del borde de ataque (22) que comprendeuna parte del borde de ataque superior (30) y una parte del borde de ataque inferior (32), una superficie del borde desalida (24) que comprende una parte del borde de salida superior (34) y una parte del borde de salida inferior (36),una superficie superior (26) que se extiende entre dicha parte superior del borde de ataque (30) y dicha partesuperior del borde de salida (34) y una superficie inferior (28) que se extiende entre dicha parte inferior del borde deataque (32) y dicha parte inferior del borde de salida (36), comprendiendo dicho mandril (10):

un componente delantero (38) que comprende una superficie exterior que esta conformada para proporcionardicha superficie del borde de ataque (22) de dichas superficies interiores del larguero, comprendiendo dichocomponente delantero (38) un borde trasero superior que comprende una superficie externa que estaconformada para proporcionar dicha parte del borde de ataque superior (30) y un borde trasero inferior que estaconformado para proporcionar dicha parte del borde de ataque inferior (32);

un componente trasero (44) que esta conformado para proporcionar dicha superficie del borde de salida (24) dedichas superficies interiores del larguero, comprendiendo dicho componente trasero (44) un borde delanterosuperior que esta conformado para proporcionar dicha parte del borde de salida superior (34) y un bordedelantero inferior que esta conformado para proporcionar dicha parte del borde de salida inferior (36);un componente superior (50) que esta conformado para proporcionar dicha superficie superior (26) de dichassuperficies interiores del larguero, comprendiendo dicho componente superior (50) un borde delantero que estaconectado a dicho borde trasero superior de dicho componente delantero (38) y un borde trasero que estaconectado a dicho borde delantero superior de dicho componente trasero (44), extendiendose dicho componentesuperior (50) desde la base de dicha cavidad del larguero (20) hasta la punta de dicha cavidad del larguero;un componente inferior (56) que esta conformado para proporcionar dicha superficie inferior (28) de dichassuperficies interiores del larguero, comprendiendo dicho componente inferior un borde delantero que estaconectado a dicho borde trasero inferior de dicho componente delantero (28) y un borde trasero que estaconectado a dicho borde delantero inferior de dicho componente trasero (44), extendiendose dicho componenteinferior desde la base de dicha cavidad del larguero (20) hasta la punta de dicha cavidad del larguero; y

un conjunto de rodillos (62) situado entre dicho componente superior (50) y dicho componente inferior (56),comprendiendo dicho conjunto de rodillos (62) una pluralidad de rodillos superiores (82) que estan en contactocon dicho componente superior (50) y una pluralidad de rodillos inferiores (84) que estan en contacto con dichocomponente inferior (56).

Mandril de pala de helicóptero con conjunto de rodillos y métodos para fabricarlo y usarlo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, a palas de rotor de helicóptero que están hechas de materiales compuestos. Más particularmente, la presente invención se refiere a los procesos y aparatos que se usan en la fabricación de dichas palas de rotor compuestas.

2. Descripción de la técnica relacionada

Las palas de rotor son un componente crítico de cada helicóptero. Las palas de rotor están sometidas a una compleja serie de fuerzas aerodinámicas bastante extremas que varían continuamente durante el vuelo. Las palas de rotor funcionan como álabes o alas giratorias que están conformadas para proporcionar la sustentación aerodinámica requerida para una aeronave dada. Las palas de rotor típicamente incluyen un larguero que se extiende desde la base de la pala de rotor hasta su punta. El larguero es un elemento estructural fundamental de la pala de rotor que proporciona a la pala la resistencia estructural necesaria para soportar altas cargas operacionales.

El larguero de la pala de rotor típico es una estructura tubular larga alrededor de la cual se forma el resto de la pala. El tubo del larguero tiene una sección transversal elíptica que está formada para proporcionar un borde delantero o de ataque y un borde trasero o de salida. Para proporcionar un rendimiento aerodinámico óptimo, muchos tubos de larguero incluyen un ligero giro alrededor del eje longitudinal. Los giros típicos en el larguero proporcionan rotaciones de la sección transversal elíptica de hasta 10 grados y más, a medida que nos desplazamos desde la base de la pala de rotor hasta su punta. Además, la forma elíptica de la sección transversal del larguero puede variar desde la base del larguero hasta la punta del larguero para cumplir con diversos parámetros de carga aerodinámica y estructural.

Los materiales de alta resistencia, tales como aleaciones de titanio y aluminio, se han usado típicamente para fabricar palas de rotor. Estos materiales metálicos de alta resistencia son particularmente muy adecuados para formar el larguero de la pala de rotor. El titanio se ha formado de forma rutinaria en la estructura del larguero tubular relativamente largo y se ha maquinado o fabricado de otro modo para proporcionar una compleja variedad de giros y variadas formas de sección transversal.

También se han usado materiales compuestos para formar largueros de pala de rotor. La combinación de peso ligero y resistencia estructural han hecho de los compuestos una elección popular para fabricar no solamente el larguero de la pala de rotor, sino toda la pala de rotor. Palas de rotor compuestas ejemplares y los procesos para fabricarlas se describen en las Patentes de Estados Unidos N° 4.892.462; 5.346.367; 5.755.558; 5.939.007;

4.169.749 Y 4.310.138 Y AU 490 628.

El larguero compuesto tlpico se fabrica aplicando el material compuesto no curado a la superficie de un molde o mandril cilíndrico largo que está conformado para proporcionar la superficie interior del tubo del larguero. Una vez que el material compuesto se ha aplicado al molde o mandril, se compacta y se cura a una temperatura elevada para proporcionar la estructura del larguero final. Un problema asociado con la fabricación de largueros compuestos gira en torno a qué hacer con el molde o mandril una vez que el se ha formado el larguero. La longitud del molde y las variaciones de la sección transversal elíptica del larguero, así como cualquier giro en el larguero, hacen muy difícil quitar el molde o mandril después de haber curado el larguero.

Un enfoque para resolver los problemas de retirada del molde/mandril ha sido fabricar un molde de un material que es lo suficientemente resistente para conservar su forma durante la fabricación previa al curado del larguero compuesto, pero que se desintegra o se contrae de otra manera durante el ciclo de curado, de modo que pueda retirarse de la cavidad del larguero o simplemente dejarlo en su lugar. Por ejemplo, diversas espumas se han usado en solitario o en combinación con una estructura de mandril duro subyacente para proporcionar un molde de larguero adecuado. La espuma se funde o se contrae de otra forma a una fracción de su tamaño inicial durante el curado a temperaturas elevadas. El molde contraído resultante es lo suficientemente pequeño para que pueda ser retirado de la cavidad del larguero o dejado en su lugar.

Aunque moldes de espuma se han usado con éxito en la fabricación de largueros compuestos para palas de rotor, muchas veces es difícil encontrar una espuma u otro material que tenga la resistencia estructural necesaria para conservar dimensiones de larguero críticas durante la formación del larguero, mientras que al mismo tiempo sea capaz de deteriorarse de forma relativamente rápida durante el curado. Además, el molde solamente puede usarse una vez, lo que aumenta considerablemente el coste de fabricación del larguero.

RESUMEN DE LA INVENCiÓN

De acuerdo con la presente invención, se proporcionan métodos y aparatos para fabricar un larguero de pala de rotor de material compuesto, en el que se usa un mandril de múltiples componentes para formar el larguero compuesto. El mandril se fabrica usando una serie de componentes, que se ensamblan para proporcionar una estructura que sea lo suficientemente resistente para conservar la forma del larguero durante el almacenamiento previo al curado, la compactación y el curado del material compuesto. Los múltiples componentes usados para formar el mandril pueden separarse entre sr y retirarse fácilmente del larguero antes o después del curado del material compuesto. Los componentes del mandril pueden re-ensamblarse y reutilizarse a continuación para formar largueros compuestos adicionales.

Como caracteristica de la presente invención, se proporciona un mandril de múltiples componentes para su uso en el moldeo de una pala de helicóptero, en el que la pala de rotor incluye un larguero que se extiende paralelo al eje longitudinal de la pala de rotor. El larguero que se está formando incluye superficies interiores que forman una cavidad de larguero que también se extiende longitudinalmente desde la base de la pala hasta la punta. Las superficies interiores del larguero incluyen una superficie del borde de ataque que está compuesta por una parte del borde de ataque superior y una parte del borde de ataque inferior. Las superficies interiores del larguero incluyen, además, una superficie del borde de salida que está compuesta por una parte del borde de salida superior y una parte del borde de salida inferior. Las superficies interiores del larguero también incluyen una superficie superior que se extiende entre la parte superior del borde de ataque y la parte superior del borde de salida, asr como una superficie inferior que se extiende entre la parte inferior del borde de ataque y la parte inferior del borde de salida.

El mandril se fabrica a partir de un componente delantero que incluye una superficie exterior que está conformada para proporcionar la superficie del borde de ataque de la superficie interior del larguero. El componente delantero induye un borde trasero superior que tiene una superficie externa, que está conformada para proporcionar la parte del borde de ataque superior de las superficies interiores del larguero. El componente delantero también incluye un borde trasero inferior que está conformado para proporcionar la parte del borde de ataque inferior de las superficies interiores del larguero. El mandril también incluye un componente trasero que está conformado para proporcionar la superficie del borde de salida de las superficies interiores del larguero. El componente trasero incluye un borde delantero superior que está conformado para proporcionar la parte del borde de salida superior de las superficies interiores del larguero. El componente trasero también incluye un borde delantero inferior que está conformado para proporcionar la parte del borde de salida inferior o las superficies interiores del larguero.

Los componentes delantero y trasero del mandril están conectados juntos mediante un componente superior y un componente inferior. El componente superior está conformado para proporcionar la superficie superior de dichas superficies interiores del larguero. El componente superior incluye un borde delantero que está conectado al borde trasero superior del componente delantero y un borde trasero que... [Seguir leyendo]

1. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) en el que dicha pala de rotor (12) incluye un larguero (14) que se extiende paralelo al eje longitudinal (16, 94) de dicha pala de rotor (12) , extendiéndose dicho eje longitudinal (16, 94) desde la base de dicha pala de rotor (12) hasta la punta (18) de dicha pala de rotor, teniendo dicho larguero (14) superficies interiores que definen una cavidad del larguero (20) que también se extiende longitudinalmente desde la base de dicha pala de rotor (12) hasta la punta (18) de dicha pala de rotor, incluyendo dichas superficies interiores del larguero una superficie del borde de ataque (22) que comprende una parte del borde de ataque superior (30) y una parte del borde de ataque inferior (32) , una superficie del borde de salida (24) que comprende una parte del borde de salida superior (34) y una parte del borde de salida inferior (36) , una superficie superior (26) que se extiende entre dicha parte superior del borde de ataque (30) y dicha parte superior del borde de salida (34) y una superficie inferior (28) que se extiende entre dicha parte inferior del borde de ataque (32) y dicha parte inferior del borde de salida (36) , comprendiendo dicho mandril (10) :

un componente delantero (38) que comprende una superficie exterior que está conformada para proporcionar dicha superficie del borde de ataque (22) de dichas superficies interiores del larguero, comprendiendo dicho componente delantero (38) un borde trasero superior que comprende una superficie externa que está conformada para proporcionar dicha parte del borde de ataque superior (30) y un borde trasero inferior que está conformado para proporcionar dicha parte del borde de ataque inferior (32) ;

un componente trasero (44) que está conformado para proporcionar dicha superficie del borde de salida (24) de dichas superficies interiores del larguero, comprendiendo dicho componente trasero (44) un borde delantero superior que está conformado para proporcionar dicha parte del borde de salida superior (34) y un borde delantero inferior que está conformado para proporcionar dicha parte del borde de salida inferior (36) ;

un componente superior (50) que está conformado para proporcionar dicha superficie superior (26) de dichas superficies interiores del larguero, comprendiendo dicho componente superior (50) un borde delantero que está conectado a dicho borde trasero superior de dicho componente delantero (38) y un borde trasero que está conectado a dicho borde delantero superior de dicho componente trasero (44) , extendiéndose dicho componente superior (50) desde la base de dicha cavidad del larguero (20) hasta la punta de dicha cavidad del larguero;

un componente inferior (56) que está conformado para proporcionar dicha superficie inferior (28) de dichas superficies interiores del larguero, comprendiendo dicho componente inferior un borde delantero que está conectado a dicho borde trasero inferior de dicho componente delantero (28) y un borde trasero que está conectado a dicho borde delantero inferior de dicho componente trasero (44) , extendiéndose dicho componente inferior desde la base de dicha cavidad del larguero (20) hasta la punta de dicha cavidad del larguero; y

un conjunto de rodillos (62) situado entre dicho componente superior (50) y dicho componente inferior (56) , comprendiendo dicho conjunto de rodillos (62) una pluralidad de rodillos superiores (82) que están en contacto con dicho componente superior (50) y una pluralidad de rodillos inferiores (84) que están en contacto con dicho componente inferior (56) .

2. Un mandril para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho conjunto de rodillos comprende una estructura constituida por una serie de costillas (80) a la que se fijan dichos rodillos superiores (82) y dichos rodillos inferiores (84) .

3. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada uno de dichos rodillos superiores (82) gira alrededor de un eje de rotación y cada uno de dichos rodillos inferiores (84) gira alrededor de un eje de rotación y en el que dicho eje de rotación de dichos rodillos superiores (82) y dicho eje de rotación de dichos rodillos inferiores (84) es sustancialmente perpendicular a dicho eje longitudinal (16, 94) de dicha pala de rotor (12) .

4. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicha estructura constituida por una serie de costillas (80) comprende un material compuesto.

5. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada uno de dichos rodillos superiores (82) gira alrededor de un eje de rotación y cada

1 O

3 O

4 O

O

uno de dichos rodillos inferiores (84) gira alrededor de un eje de rotación, en el que dichos rodillos superiores (82) comprenden una pluralidad de rodillos superiores delanteros (96) y una pluralidad de rodillos superiores traseros

(98) y en el que el eje de rotación de dichos rodillos superiores delanteros (96) es sustancialmente co-planar con el eje de rotación de dichos rodillos superiores traseros (98) para proporcionar una pluralidad de rodillos superiores coplanares.

6. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dichos rodillos inferiores (84) comprenden una pluralidad de rodillos inferiores delanteros y una pluralidad de rodillos inferiores traseros y en el que el eje de rotación de dichos rodillos inferiores delanteros es sustancialmente co-planar con el eje de rotación de dichos rodillos inferiores traseros para proporcionar una pluralidad de rodillos inferiores co-planares.

7. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el eje de rotación de dichos rodillos superiores co-planares es sustancialmente paralelo al eje de rotación de dichos rodillos inferiores co-planares.

8. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dichos rodillos superiores co-planares y dichos rodillos inferiores co-planares están situados en la base (63) de dicha cavidad del larguero (20) .

9. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada uno de dichos rodillos superiores (82) gira alrededor de un eje de rotación y cada uno de dichos rodillos inferiores (84) gira alrededor de un eje de rotación, en el que dichos rodillos superiores (82) comprenden una pluralidad de rodillos superiores delanteros (102) y una pluralidad de rodillos superiores traseros

(104) Y en el que el eje de rotación de dichos rodillos superiores delanteros (102) no es co-planar con el eje de rotación de dichos rodillos superiores traseros (104) para proporcionar una pluralidad de rodillos superiores no planares.

10. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que dichos rodillos inferiores (84) comprenden una pluralidad de rodillos inferiores delanteros y una pluralidad de rodillos inferiores traseros y en el que el eje de rotación de dichos rodillos inferiores delanteros no es planar con el eje de rotación de dichos rodillos inferiores traseros para proporcionar una pluralidad de rodillos inferiores no planares.

11. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el eje de rotación de dichos rodillos superiores traseros (104) y el eje de rotación de dichos rodillos inferiores traseros convergen uno hacia el otro.

12. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 11, en el que dichos rodillos superiores no planares y dichos rodillos inferiores no planares están situados en la punta de dicha cavidad del larguero (20) .

13. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las conexiones entre dicho componente trasero (44) y dichos componentes superior (50) y/o inferior (56) son conexiones liberables.

14. Un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichos rodillos superiores (82) y dichos rodillos inferiores (84) comprenden cilindros que tienen un diámetro y una longitud en los que la longitud de dichos cilindros es mayor que el diámetro de dichos cilindros.

2 O

3 O

15. Un método para fabricar un mandril (10) para su uso en el moldeo de una pala de rotor de helicóptero (12) en el que dicha pala de rotor (12) incluye un larguero (14) que se extiende paralelo al eje longitudinal (16, 94) de dicha pala de rotor (12) , extendiéndose dicho eje longitudinal (16, 94) desde la base de dicha pala de rotor (12) hasta la punta (18) de dicha pala de rotor, teniendo dicho larguero (14) superficies interiores que definen una cavidad del larguero (20) que también se extiende longitudinalmente desde la base de dicha pala de rotor (12) hasta la punta

(18) de dicha pala de rotor, incluyendo dichas superficies interiores del larguero una superficie del borde de ataque

(22) que comprende una parte del borde de ataque superior (30) y una parte del borde de ataque inferior (32) , una superficie del borde de salida (24) que comprende una parte del borde de salida superior (34) y una parte del borde de salida inferior (36) , una superficie superior (26) que se extiende entre dicha parte superior del borde de ataque

(30) y dicha parte superior del borde de salida (34) y una superficie inferior (28) que se extiende entre dicha parte inferior del borde de ataque (32) y dicha parte inferior del borde de salida (36) , comprendiendo dicho método las etapas de:

proporcionar un componente delantero (38) que comprende una superficie exterior que está conformada para proporcionar dicha superficie del borde de ataque (22) de dicha superficie interior del larguero, comprendiendo dicho componente delantero (38) un borde trasero superior que comprende una superficie externa que está conformada para proporcionar dicha parte del borde de ataque superior (30) y un borde trasero inferior que está conformado para proporcionar dicha parte del borde de ataque inferior (32) ;

proporcionar un componente trasero (44) que está conformado para proporcionar dicha superficie del borde de salida (24) de dicha superficie interior del larguero, comprendiendo dicho componente trasero (44) un borde delantero superior que está conformado para proporcionar dicha parte del borde de salida superior (34) y un borde delantero inferior que está conformado para proporcionar dicha parte del borde de salida inferior (36) ;

proporcionar un componente superior (50) que está conformado para proporcionar dicha superficie superior (26) de dicha superficie interior del larguero, comprendiendo dicho componente superior (50) un borde delantero y un borde trasero;

proporcionar un componente inferior (56) que está conformado para proporcionar dicha superficie inferior (28) de dicha superficie interior del larguero, comprendiendo dicho componente inferior (56) un borde delantero que está conectado a dicho y un borde trasero que está conectado a dicho borde delantero inferior de dicho componente trasero (44) ;

proporcionar un conjunto de rodillos (62) que comprende una pluralidad de rodillos superiores (82) y una pluralidad de rodillos inferiores (84) ;

conectar dicho borde delantero de dicho componente superior (50) al borde trasero superior de dicho componente delantero (38) ;

conectar dicho borde trasero de dicho componente superior (50) al borde delantero superior de dicho componente trasero (44) ;

conectar dicho borde delantero de dicho componente inferior (56) al borde trasero inferior de dicho componente delantero (38) ; y

conectar dicho borde trasero de dicho componente inferior (56) al borde delantero inferior de dicho componente trasero (44) en el que dichos componentes superior, inferior, delantero y trasero están conectados conjuntamente de modo que dicho conjunto de rodillos (62) está situado entre dicho componente superior (50) y dicho componente inferior (56) y en el que dicha pluralidad de rodillos superiores (82) están en contacto con dicho componente superior (50) y dicha pluralidad de rodillos inferiores (84) están en contacto con dicho componente inferior (56) .

16. Un método para moldear una pala de rotor de helicóptero (12) en el que dicha pala de rotor (12) incluye un larguero (14) que se extiende paralelo al eje longitudinal (16, 94) de dicha pala de rotor (12) , extendiéndose dicho eje longitudinal (16, 94) desde la base de dicha pala de rotor (12) hasta la punta (18) de dicha pala de rotor, teniendo dicho larguero (14) superficies interiores que definen una cavidad del larguero (20) que también se extiende longitudinalmente desde la base de dicha pala de rotor (12) hasta la punta (18) de dicha pala de rotor, incluyendo dichas superficies interiores del larguero una superficie del borde de ataque (22) que comprende una parte del borde de ataque superior (30) y una parte del borde de ataque inferior (32) , una superficie del borde de salida (24) que comprende una parte del borde de salida superior (34) y una parte del borde de salida inferior (36) , una superficie superior (26) que se extiende entre dicha parte superior del borde de ataque (30) y dicha parte superior del borde de salida (34) y una superficie inferior (28) que se extiende entre dicha parte inferior del borde de ataque (32) y dicha parte inferior del borde de salida (36) , comprendiendo dicho método las etapas de:

proporcionar un mandril (10) de acuerdo con la reivindicación 1;

aplicar material compuesto no curado a la superficie exterior de dicho mandril (10) para formar un larguero no curado;

retirar dicho conjunto de rodillos (62) de dicho mandril;

retirar dichos componente delantero (38) , componente trasero (44) , componente superior (50) y componente inferior (56) de dicha cavidad del larguero (20) ; y

curar dicho larguero no curado.

17. Un método para moldear una pala de rotor de helicóptero de acuerdo con la reivindicación 16, en el que dicho

conjunto de rodillos (62) comprende una estructura constituida por una serie de costillas (80) a las que están fijados dichos rodillos superiores (82) y dichos rodillos inferiores (84) .

18. Un método para moldear una pala de rotor de helicóptero de acuerdo con la reivindicación 16, en el que cada uno de dichos rodillos superiores (82) gira alrededor de un eje de rotación y cada uno de dichos rodillos inferiores

(84) gira alrededor de un eje de rotación y en el que dicho eje de rotación de dichos rodillos superiores (82) y dicho eje de rotación de dichos rodillos inferiores (84) es sustancialmente perpendicular a dicho eje longitudinal (16, 94) de dicha pala de rotor.

19. Un método para moldear una pala de rotor de helicóptero (12) de acuerdo con la reivindicación 17, en el que 2 O dicha estructura constituida por una serie de costillas (80) comprende un material compuesto.