CUADERNA DE AERONAVE EN MATERIAL COMPUESTO.

Cuaderna de aeronave en material compuesto que comprende dos segmentos (10,

20), siendo cada uno de estos segmentos (10, 20) un elemento unitario hecho de material compuesto y que comprende al menos un alma (2), una estructura de refuerzo y un elemento de unión (4), estando los dos segmentos (10, 20) unidos por los elementos de unión (4) con remaches, formando la cuaderna de aeronave (1). La invención también se refiere a un método de fabricación de una cuaderna de aeronave (1) tal.

CAMPO DE LA INVENCiÓN

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La presente invención se refiere a una cuaderna de aeronave fabricada

en material compuesto, así como a un método de fabricación de dicha

cuaderna.

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ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

El fuselaje de una aeronave comprende un cuerpo principal cuyo diseño

estructural da la forma y el comportamiento estructural de dicha aeronave. En la

15 actualidad, los materiales compuestos son ampliamente utilizados en el diseño

de aeronaves, siendo también utilizados para formar las cuadernas de las

aeronaves.

Mirando el fuselaje de un avión, una estructura típica incluye el

revestimiento y las cuadernas, cada uno de ellos con su función diferente y

20 actuación. Una cuaderna de interfaz, por ejemplo, se encuentra entre dos

secciones. Es un elemento con altos requerimientos respecto a tensiones y a

comportamiento estructural, por lo que ha de soportar cargas muy elevadas. Por

esta razón, la cuaderna de interfaz ha sido típicamente realizada en un material

metálico, con el fin de obtener una buena resistencia mecánica y apropiadas

25 tolerancias. La fabricación de estas cuadernas de interfaz de un material

metálico es costosa y exige mucho tiempo, requiriendo además un elevado

número de piezas para efectuar las uniones de los diferentes segmentos

metálicos, fabricados por separado. Además, la corrosión juega un papel

fundamental cuando se utilizan materiales metálicos.

3 O Por otra parte, un material metálico es un material isótropo, por lo que el

diseño de cuadernas de interfaz metálicas se hade de tal manera que el mismo

tipo de material con la misma resistencia se utiliza en toda la cuaderna de

interfaz. Por lo tanto, se necesita más material que en un caso en el que se

utiliza un material anisótropo, tal como un material compuesto: en tal caso, el material se distribuye a fin de proporcionar una mayor resistencia sólo donde es necesario.

Por último, ahora que los materiales compuestos son cada vez más utilizados, especialmente en los revestimientos, las estructuras híbridas que contienen materiales compuestos y materiales metálicos presentan muchos problemas de integración: diferencias de expansión térmica, corrosión galvánica, disparidad en los conceptos de tolerancia, análisis de procedimientos, etc.

Para un mejor uso de materiales compuestos, es preferible obtener una estructura completa de material compuesto.

El documento de EE.UU. 2009277994 describe un fuselaje híbrido, que comprende los componentes estructurales realizados en un material metálico y los componentes no estructurales realizados en material compuesto. El fuselaje también comprende cuadernas metálicas, reforzadas por medio de larguerillos longitudinales en material compuesto, elementos de unión metálicos y tirantes metálicos. La principal desventaja de dicha estructura es que el peso es mayor que en un caso en el que sólo se utilice material compuesto. Además, el proceso de fabricación y las uniones de estos elementos es costoso y consume tiempo.

El documento EP 1030807 describe una solución estructural en material compuesto para una cuaderna trasera de presión de una aeronave. Las cuadernas de presión con partes estructurales muy especiales, ya que son la interfaz entre las secciones del fuselaje presurizadas y no presurizadas, por lo que deben soportar cargas de presión muy específicas. Sin embargo, esta solución no puede aplicarse a otras cuadernas estructurales, donde no se necesita toda esta superficie cerrada en material compuesto, y significa demasiado peso innecesario.

El documento WO 2009/129007 describe un método para la fabricación 3 O de cuadernas de material compuesto para aeronaves que comprenden múltiples patas (almas) . Este método de fabricación cubre una forma más de lograr el

concepto tradicional estructural de una cuaderna, pero no n concepto estructural innovador.

El documento GB 2268461 describe una cuaderna híbrida para una aeronave, que comprende cubiertas externas e internas en material compuesto, junto con elementos de refuerzo realizados en un material metálico. Este documento ofrece una solución de fabricación para un fuselaje central y superficies de vuelo unidas al anterior de forma integrada. Las uniones de estos dos componentes son principalmente el objeto de la invención GB 2268461.

Por consiguiente, sería deseable proporcionar una solución estructural para una cuaderna del fuselaje de una aeronave, totalmente realizada en material compuesto y sin la necesidad de remachar piezas diferentes para proporcionar toda la estructura de la cuaderna, proporcionándose así un método de fabricación más eficaz para dicha cuaderna de interfaz.

La presente invención está orientada hacia estas necesidades.

SUMMARIO DE LA INVENCiÓN

Un objeto de la presente invención es proporcionar una cuaderna de aeronaves, preferiblemente una cuaderna de interfaz de aeronaves, hecha en material compuesto, de manera que esta cuaderna comprende dos segmentos, cada uno de ellos hecho de una única pieza en material compuesto, uniéndose posteriormente estos dos segmentos para formar la estructura completa de la cuaderna.

Cada uno de los segmentos de la cuaderna de la invención comprende los siguientes elementos: al menos un alma, una estructura de refuerzo y un elemento de unión.

La cuaderna de la invención proporciona las siguientes ventajas:

-la estructura obtenida es más ligera;

-los problemas de fatiga en la estructura se minimizan;

-se eliminan los problemas de corrosión;

-las tolerancias de fabricación son más altas;

- el efecto resorte se reduce al mínimo; -los costes de fabricación y los tiempos se reducen en gran medida.

La invención también se refiere a un método de fabricar una cuaderna de aeronave en material compuesto. En el proceso de fabricación de Moldeo por Transferencia de Resina (RTM) , se colocan fibras secas en un molde cerrado, a presión, inyectándose posteriormente la resina líquida. Con este proceso conocido, es factible realizar partes complejas hechas de material compuesto.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de realizaciones ilustrativas de su objeto en relación con las figuras adjuntas.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista esquemática de los elementos que forman una cuaderna de interfaz de aeronave hecha en material compuesto según la presente invención.

La Figura 2 muestra una vista en sección preferida del alma de una cuaderna de interfaz de aeronave hecha en material compuesto según la presente invención.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN

La invención se refiere así a una cuaderna de aeronave, preferiblemente a una cuaderna 1 de aeronave, preferiblemente una cuaderna de interfaz, realizada en material compuesto, de manera que esta cuaderna 1 comprende 3O dos segmentos, 10 Y 20, estando cada segmento, 10, 20, realizado como una única pieza en material compuesto.

Cada uno de los segmentos, 10, 20 de la cuaderna 1 según la invención comprende los siguientes elementos: al menos un alma 2, una estructura de refuerzo y un elemento de unión 4. La sección preferida del alma 2 de los segmentos 10, 20 de la cuaderna 1 tiene forma de "J", como se representa en la Figura 2. La estructura de refuerzo preferiblemente comprende varias barras de refuerzo 3, típicamente dos barras diagonales 32, 33 Y una barra horizontal 31 (véase la realización de la Figura 1) .

De acuerdo con la invención, un segmento típico 10 de una cuaderna 1, que comprende un alma 2, dos barras diagonales 32, 33, una barra horizontal 31, Y un elemento de unión 4, se obtiene de una sola pieza unitaria de un único elemento cocurado que tiene cinco proformas, 2, 31, 32, 33 Y 4. Una vez que los segmentos 10 Y 20 se obtienen, siendo cada uno de ellos unitario, se unen a través de los elementos de unión 4, uno presente en cada uno de los segmentos 10, 20. De esta manera, el proceso de fabricación de la cuaderna 1 se simplifica enormemente, reduciéndose altamente el remachado, ya que el único remachado ya necesario es el de los elementos de unión 4, que unen los segmentos 10, 20 para formar la cuaderna 1.

El método para fabricar esta cuaderna comprende las etapas de: a) colocar y cortar las capas de fibra b) pre-formar el laminado c) colocar las preformas en el molde d) aplicar vacío e) inyectar resina a presión f) curar la resina por aplicación de calor g) desmoldear

Las diferentes capas se...

1. Cuaderna de aeronave (1) en material compuesto que comprende dos segmentos (10, 20) , siendo cada uno de estos segmentos (10, 20) un elemento unitario hecho de material compuesto y que comprende al menos un alma (2) , una estructura de refuerzo y un elemento de unión (4) , estando los dos segmentos (10, 20) unidos por los elementos de unión (4) con remaches, formando la cuaderna de aeronave (1) .

2. Cuaderna de aeronave (1) según la reivindicación 1, en la que la estructura de refuerzo comprende al menos dos barras diagonales (32, 33) Y al menos una barra horizontal (31) .

3. Cuaderna de aeronave (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en la que el alma (2) de los segmentos (10, 20) de la cuaderna de aeronave (1) tiene una sección transversal en forma de "J".

4. Método para fabricar una cuaderna de aeronave (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que comprende los siguientes pasos:

i. colocar y cortar las capas de fibra ii. preformar el laminado iii. colocar las preformas en el molde

iv. aplicar vacío

c. inyectar resina a presión

vi. curar la resina por aplicación de calor

vii. desmoldear

5. Método para fabricar una cuaderna de aeronave (1) según la

reivindicación 4, en donde las capas de fibra se cortan antes

del paso i. según un patrón determinado de forma manual, por

medio de dispositivos eléctricos o por otros procesos

5 automatizados, tales como con chorro de agua, cuchillos

oscilantes o hojas de EE.UU.

6. Método para fabricar una cuaderna de aeronave (1) según

cualquiera de las reivindicaciones 4-5, en donde los elementos

10 que forman los segmentos (10, 20) se cocuran conjuntamente

en un sólo ciclo de curado, para formar la cuaderna de

aeronave (1) .

7. Método para fabricar una cuaderna de aeronave (1) según

15 cualquiera de las reivindicaciones 4-5, en donde los elementos

4

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FIG.1

2_J

FIG.2