ESCUDO PROTECTOR CONTRA IMPACTOS DE HIELO EN AERONAVES.

Escudo protector contra impactos de hielo en aeronaves, donde el escudo comprende láminas de material compuesto (1) que tiene microcápsulas (2),

cada microcápsulas (2) conteniendo un agente reparador (5).

Cuando una grieta (4) que se produce en el escudo alcanza al menos una microcápsula (2), el agente reparador (5) se derrama en el área delaminada. Se pueden incluir algunas partículas catalizadoras (3) en el material y, en ese caso, el agente reparador (5) se polimeriza reaccionando con las partículas catalizadoras (3). Si en el material no se incluyen partículas catalizadoras (3), el agente reparador (5) también puede activarse calentándolo manualmente.

Este tipo de materiales permite la recuperación, al menos parcialmente, de la resistencia al impacto de los escudos después de un impacto, lo que es particularmente importante en el caso de impactos por hielo que pueden ser repetitivos durante operaciones en condiciones de hielo.

Escudo protector contra impactos de hielo en aeronaves.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

Esta invención muestra un escudo protector contra impactos de hielo en aeronaves, especialmente en aeronaves con motores que disponen de hélices. Se incluye en el campo técnico de la industria aeronáutica.

PROBLEMA A RESOLVER Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las aeronaves con motores que disponen de hélices son muy habituales como medio de transporte, tanto en aplicación civil como militar (para el uso de transporte de mercancías o pasajeros) , para necesidades de transporte en distancias cortas y medias. En determinadas condiciones atmosféricas, las hélices pueden expeler fragmentos de hielo hacia el fuselaje de la aeronave; la invención divulga un escudo contra el impacto de hielo en el fuselaje de la aeronave empleando materiales auto-reparadores.

Los escudos para fuselajes de aeronaves se utilizan para proteger las estructuras de las aeronaves de los impactos de hielo u otros objetos sobre la superficie de la aeronave. Desgraciadamente, durante el vuelo se pueden producir varios impactos, dañando las características de protección de la aeronave; para garantizar las características de protección en vuelo, la presente invención divulga un escudo con material auto-reparador, que repara el material de protección en condiciones de vuelo (y también en tierra) , aumentando la seguridad en vuelo.

El tamaño de los fragmentos de hielo y el número de impactos de hielo puede depender del tiempo que la aeronave pase en condiciones de formación de hielo. La mayoría de las aeronaves modernas disponen de sistemas anti-hielo, incluyendo dispositivos para deshelar las hélices, que disminuyen la gravedad de los impactos de hielo durante el vuelo nominal. Sin embargo, también debe considerarse el caso de un fallo del sistema anti-hielo durante condiciones de vuelo (a pesar de que la probabilidad de que ello ocurra sea baja) . Ante dicho escenario, los impactos de hielo pueden ser más severos y la probabilidad de que se produzcan impactos repetitivos es real (ya que la aeronave puede permanecer mucho tiempo en condiciones de formación de hielo con los sistemas anti-hielo inoperativos) .

A continuación se presenta una descripción de los diferentes escenarios que pueden darse para la formación de hielo en hélices.

Escenario 1: configuración nominal. Todos los motores están operativos, así como los sistemas anti-hielo. La aeronave entra en condiciones de formación de hielo. El piloto puede activar los sistemas anti-hielo en poco tiempo (unos minutos) y al cabo de unos pocos segundos los sistemas anti-hielo están funcionando. La aeronave no estará durante mucho tiempo en condiciones de formación de hielo con los sistemas anti-hielo inactivos (el tiempo máximo estimado es de unos pocos minutos) . Se pueden formar fragmentos de hielo que las hélices expulsen, pero su tamaño no será muy grande. Estos impactos pueden calificarse como “impactos de baja energía” pero son “impactos muy probables” (se darán mucho ya que ésta es la configuración nominal) . Por lo tanto, sobre la aeronave habrá muchos impactos de baja energía.

Escenario 2: configuración de fallo. Todos los motores están operativos y los sistemas anti-hielo fallan. En esta situación pueden darse varias alternativas.

Escenario 2.1. Si se detecta el fallo en los sistemas anti-hielo, el piloto puede cambiar el plan de vuelo para reducir el tiempo que se está en condiciones de formación de hielo. Se estima que el orden de magnitud del tiempo máximo que se puede estar en condiciones de formación de hielo es alrededor de 15 minutos. Entonces en las hélices se pueden formar fragmentos de hielo más grandes que en la configuración nominal. Sin embargo, la probabilidad de que esto ocurra es mucho menor. El orden de magnitud de la probabilidad es 10-5 por hora de vuelo.

Escenario 2.2. Si no se detecta el fallo en los sistemas anti-hielo, el piloto no cambiará el plan de vuelo y la aeronave permanecerá más tiempo en condiciones de formación de hielo. El tiempo máximo que se pasa en condiciones de formación de hielo es mayor que en el escenario 2.1, pero el tamaño de los fragmentos no es mayor. El escenario 2.2 es idéntico al escenario 2.1 excepto en que pueden ocurrir más impactos. La probabilidad del escenario 2.2 es incluso menor que la probabilidad del escenario 2.1 (de hecho habitualmente hay una segregación entre los sistemas anti-hielo y los sistemas de detección de fallos) . El orden de magnitud de la probabilidad es 10-7 por hora de vuelo.

Por lo tanto, las hélices pueden expeler fragmentos de hielo que impacten sobre el fuselaje de la aeronave u otra parte relevante del avión (por ejemplo, los planos de cola vertical y horizontal) . Como consecuencia, se requiere un escudo de protección que minimice el daño en vuelo de dichas partes de la aeronave. Dado que el impacto de hielo puede ocurrir con frecuencia (incluso durante el mismo vuelo) , es necesario definir una protección robustacontra esa clase de amenazas con idea de reducir el coste de operación de la compañía. Éste es el objetivo de la invención.

Otros daños pueden producirse cuando la aeronave está en tierra, por ejemplo, durante el mantenimiento o en operaciones de revisión. Si al escudo de protección no le ocurre ningún accidente severo durante las operaciones de mantenimiento, las características auto-reparadoras hacen innecesarias más acciones de reparación.

El estado de la técnica presenta diversas propuestas de materiales auto- reparadores y materiales de protección de impactos para uso aeronáutico. El documento WO 2007/003879 A1 divulga una estructura autoreparadora que comprende un material de fibra sólida embebido en una matriz de resina, que proporciona facilidades de reparación mediante el uso de compuestos adhesivos curables en dos partes en algunas de las fibras de la estructura. El documento GB 2 288 441 A muestra una hélice que comprende una pala con un diseño de múltiples capas de fibras unidas y un contorno protector colocado a lo largo de la pala. Sin embargo, no se han encontrado evidencias sobre un escudo para fuselajes de aeronaves que emplee materiales auto-reparadores según la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para alcanzar los objetivos y resolver los inconvenientes previamente mencionados, la invención ha desarrollado un escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves. El escudo comprende láminas de material compuesto que tienen microcápsulas, conteniendo cada microcápsula un agente reparador. Las microcápsulas están hechas de urea formaldehido o de alcohol polivinílico.

En una forma de realización de la invención, el material compuesto del escudo también tiene otras microcápsulas que contienen partículas catalizadoras, y el agente reparador contenido en una microcápsula actúa cuando una grieta producida en el escudo alcanza:

-al menos una microcápsula con el agente reparador, y

-al menos una microcápsula con partículas catalizadoras.

Entonces, las partículas catalizadoras reaccionan con el agente reparador, convirtiéndose dicho agente reparador en un agente reparador polimerizado.

El agente reparador puede ser diciclopentadieno; para este agente reparador las partículas catalizadoras que con él reaccionan son partículas de hexacloruro de tungsteno y cloruro de dietilaluminio (WCl6-Et2AlCl) , o partículas de complejos de carbeno-rutenio, o partículas de complejos de carbeno-osmio. Otro agente reparador es cianoacrilato. Para este agente reparador las partículas catalizadoras son partículas de agua.

En otra forma de realización el agente reparador contenido en las microcápsulas es un polímero termoplástico, pero no hay otras microcápsulas con partículas catalizadoras. El agente reparador contenido en las microcápsulas se convierte en líquido al calentar los paneles del escudo, esparciéndose el agente reparador dentro de la grieta. Entonces, cuando la temperatura de los paneles del escudo disminuye el agente reparador vuelve a hacerse sólido, endureciendo la grieta. Los paneles del escudo están fabricados usando una resina epoxi, una resina bismaleimida (BMI) , o una resina termoplástica (como resina PEEK (poli-éter-éter-cetona) o resina PEKK (poli-éter-cetona-cetona) ) .

La invención también divulga un escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves en la que el escudo tiene paneles del escudo que están montados sobre marcos verticales y horizontales que están adjuntos a la estructura de la aeronave. Esta estructura de aeronave puede ser una parte de la sección del fuselaje, un plano de cola vertical, un plano...

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves, caracterizado por que el escudo comprende láminas de material compuesto (1) que tienen microcápsulas (2) , conteniendo cada microcápsula (2) un agente reparador (5) .

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según la reivindicación 1, caracterizado por que:

-el material compuesto (1) también tiene microcápsulas (2) que contienen partículas catalizadoras (3) ,

-el agente reparador (5) contenido en una microcápsula (2) actúa cuando una grieta (4) producida en el escudo alcanza:

o al menos una microcápsula (2) con el agente reparador (5) , y

o al menos una microcápsula (2) con partículas catalizadoras (3) ,

-y las partículas catalizadoras (3) reaccionan con el agente reparador (5) , convirtiéndose dicho agente reparador (5) en un agente reparador polimerizado (6) .

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que las microcápsulas (2) están hechas de urea formaldehido.

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que las microcápsulas (2) están hechas de alcohol polivinílico.

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el agente reparador (5) es diciclopentadieno.

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según la reivindicación 5, caracterizado por que las partículas catalizadoras (3) son partículas de hexacloruro de tungsteno y cloruro de dietilaluminio (WCl6-Et2AlCl) , o partículas de complejos de carbeno-rutenio, o partículas de complejos de carbenoosmio.

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el agente reparador (5) es cianoacrilato.

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según la reivindicación 7, caracterizado por que las partículas catalizadoras (3) son partículas de agua.

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según la reivindicación 1, caracterizado por que el agente reparador (5) contenido en una microcápsula (2) es un polímero termoplástico.

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según la reivindicación 9, caracterizado por que el agente reparador (5) contenido en las microcápsulas (2) se convierte en líquido al calentar los paneles del escudo (9) , esparciéndose el agente reparador (5) dentro de la grieta (4) , y cuando la temperatura de los paneles del escudo (9) disminuye el agente reparador (5) vuelve a hacerse sólido, endureciendo la grieta (4) .

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el escudo tiene paneles del escudo (9) que están montados sobre marcos (8) verticales y horizontales que están adjuntos a la estructura de la aeronave.

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según la reivindicación 11, caracterizado por que los paneles del escudo (9) están fabricados usando una resina epoxi, una resina bismaleimida (BMI) , o una resina termoplástica (como resina PEEK (poli-éter-éter-cetona) o resina PEKK (poli-étercetona-cetona) ) .

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que la estructura de aeronave es una parte de la sección del fuselaje (7, 10) .

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que la estructura de aeronave es un plano de cola vertical (12) o un plano de cola horizontal (13) .

– Escudo protector contra impactos de hielo en estructuras de aeronaves según las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que la estructura de aeronave es una góndola (15) del motor o un pilón (11) .