METODO DE APILADO PARA COMPONENTES NO PLANOS DE MATERIAL COMPUESTO.

Método de apilado para componentes no planos de material compuesto.

Se refiere a un método de apilado de cintas de material compuesto preimpregnado en la dirección de 0º en un molde apropiado utilizando una máquina ATL que comprende pasos de: a) determinar las trayectorias de dichas cintas como trayectorias modificadas de trayectorias geodésicas cumpliendo las siguientes condiciones en sus proyecciones en un plano horizontal: que el radio de curvatura R2 de sus segmentos curvos sea mayor que un valor predeterminado Rmin; que la distancia G2p entre dos cintas contiguas esté comprendida entre 0 y un valor predeterminado Gmax; b) proporcionar dichas trayectorias modificadas a dicha máquina ATL. La invención también se refiere a un componente no plano de material compuesto tal como el revestimiento de un ala de aeronave en el que las cintas en la dirección de 0º siguen trayectorias que cumplen dichas condiciones.

Metodo de apilado para componentes no planos de material compuesto

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a la fabricación de componentes de materiales compuestos y más en particular a la fabricación de componentes no planos de materiales compuestos tales como el revestimiento del cajón de torsión de un ala de aeronave utilizando una máquina de Apilado Automático de Cinta.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la industria aeronáutica y así mismo en otras industrias son bien conocidos procesos de fabricación de componentes que comprenden una etapa de apilado en la que se colocan capas de un material compuesto en un formato de rollo en un molde de forma apropiada y una etapa de curado.

Los materiales compuestos más utilizados en la industria aeronáutica son los consistentes en fibras o haces de fibra embebidos en una matriz de resina termoestable o termoplástica, en forma de material preimpregnado ó "prepeg". Sus principales ventajas se refieren a:

- Su elevada resistencia específica respecto a los materiales metálicos. Se trata de la ecuación resistencia/peso.

- Su excelente comportamiento ante cargas de fatiga.

- Las posibilidades de optimización estructural debidas a la anisotropía del material y la posibilidad de combinar fibras con diferentes orientaciones, permitiendo el diseño de elementos con diferentes propiedades mecánicas, ajustadas a las diferentes necesidades en términos de cargas aplicadas.

Las capas de material compuesto no se colocan aleatoriamente sino que se disponen en cada zona en un número y con una orientación de su refuerzo fibroso, típicamente de fibra de carbono, determinados en función de la naturaleza y la magnitud de los esfuerzos que vaya a soportar la pieza en cada zona. Cada zona tiene pues una estructura propia de la disposición o apilado de las capas. La diferencia en espesor entre las diferentes zonas genera caídas en las capas, lo que requiere disponer de un modelo de telas para cada pieza que establezca claramente como debe llevarse a cabo su disposición sobre el molde durante el proceso de apilamiento.

La etapa de apilado se lleva a cabo normalmente usando máquinas de apilado automático de cintas (en adelante máquinas ATL) para apilar cintas unidireccionales (UD) o cintas de telas. Las cintas se colocan directamente sobre un molde siguiendo la forma del componente con sus fibras de refuerzo en la orientación establecida por el diseñador. Para ello se deben proporcionar a la máquina ATL las trayectorias a seguir para apilar las cintas de material compuesto (por lo general de un prepeg de CFRP) .

Las trayectorias de las cintas en la dirección de 0º en una superficie curvada deberán seguir deseablemente un "camino natural", entendiendo por tal un camino en el que la cinta, cuando se está apilando, recorre la superficie curvada sin estiramientos ni arrugas.

La determinación de dicho "camino natural" para superficies no planas es, sin embargo, difícil.

En un primer enfoque, se ha propuesto determinar las trayectorias de las cintas en la dirección de 0º como curvas geodésicas (es decir, curvas que son localmente rectas con respecto a la superficie debido a que su curvatura geodésica es igual a cero en cada punto) , pero se ha observado que estas trayectorias generan unas distancias excesivas entre cintas adyacentes con las dimensiones usadas generalmente en la industria.

US 2006/0073309 describe un método para calcular las trayectorias de las cintas en la dirección de 0º que evitan dichas distancias excesivas y también la producción de arrugas en la cinta como unas trayectorias definidas por una pluralidad de segmentos de “camino natural”, definiendo cada uno de ellos un ángulo no-natural en relación a los segmentos adyacentes del recorrido para que el borde transversal de cada cinta quede dispuesto dentro de un rango predeterminado de distancia de desplazamiento respecto a una cinta adyacente. La implementación de este método para grandes piezas de material compuesto de una geometría compleja, como los revestimientos de alas de aeronaves de doble curvatura, implica problemas computacionales y no asegura la ausencia de arrugas.

Sería por tanto deseable un método de apilado en el que dichas deseadas trayectorias puedan ser calculadas y proporcionadas a la máquina ATL fácilmente.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Es un objeto de la presente invención proporcionar un método de apilado de las cintas de material compuesto preimpregnado en la dirección de 0º de un componente no plano de material compuesto en un molde apropiado utilizando una máquina ATL determinando las trayectorias de dichas cintas de modo que puedan ser apiladas por la máquina ATL sin producir arrugas.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un método de apilado de las cintas de material compuesto preimpregnado en la dirección de 0º de un componente no plano de material compuesto en un molde apropiado utilizando una máquina ATL en el que las trayectorias de dichas cintas pueden ser fácilmente calculadas.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar un componente no-plano de material compuesto con las cintas del material compuesto debidamente apiladas para evitar defectos tales como arrugas, distancias excesivas entre cintas contiguas y solapamientos entre cintas contiguas.

En un aspecto, esos y otros objetos se consiguen con un método de apilado de las cintas de material compuesto preimpregnado en la dirección de 0º de un componente no plano de material compuesto en un molde apropiado utilizando una máquina ATL que comprende pasos de: a) determinar las trayectorias de dichas cintas como trayectorias modificadas de trayectorias geodésicas cumpliendo las siguientes condiciones en sus proyecciones en un plano horizontal: que el radio de curvatura R2 de sus segmentos curvos sea mayor que un valor predeterminado Rmin; que la distancia G2p entre dos cintas contiguas esté comprendida entre 0 y un valor predeterminado Gmax; b) proporcionar dichas trayectorias modificadas a dicha máquina ATL.

En realizaciones de la presente invención, dicho paso a) comprende los siguientes sub-pasos: a1) proyectar las trayectorias geodésicas correspondientes a dichas cintas en un plano horizontal; a2) modificar las trayectorias proyectadas horizontalmente para el cumplimiento de las condiciones antes mencionadas; a3) obtener las trayectorias modificadas en las correspondientes superficies de apilado por medio de la intersección de dichas superficies con un plano vertical por las trayectorias horizontales modificadas. Se proporciona, por lo tanto, un método que puede ser implementado utilizando medios hardware y software que están normalmente disponibles en los procesos de apilado utilizando una máquina ATL.

En realizaciones de la presente invención dicho valor predeterminado Rmin es de 400mm para una cinta de un ancho de 300mm y dicho valor predeterminado Gmax es de 3, 5mm. Se proporciona, por lo tanto, un método donde las trayectorias en la dirección de 0º cumplen con los requisitos de calidad.

En realizaciones de la presente invención, dicho componente es el revestimiento de un ala de aeronave. Se proporciona, por lo tanto, un método para el apilado de las cintas en la dirección de 0º en un componente grande y de geometría compleja que permite un proceso de apilado automatizado.

En otro aspecto, los objetos antes mencionados se consiguen con un componente no plano de material compuesto (en particular el revestimiento de un ala de aeronave) que comprende cintas de un material compuesto en la dirección de 0º dispuestas siguiendo trayectorias que cumplen las siguientes condiciones en sus proyecciones en un plano horizontal: el radio de curvatura R2 de sus segmentos curvos es mayor que un valor predeterminado Rmin; la distancia G2p entre dos cintas contiguas esté comprendida entre 0 y un valor predeterminado Gmax

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista esquemática en planta de un revestimiento de un ala de aeronave.

La Figura 2 muestra una sección transversal típica de una zona de dicho revestimiento.

La Figura 3a muestra esquemáticamente la proyección sobre un plano horizontal de una zona de dicho revestimiento con tres cintas adyacentes dispuestas siguientes trayectorias geodésicas conocidas.

La Figura 3b muestra esquemáticamente secciones transversales de la Figura 3a por los planos A-A y B-B.

La Figura 4a...

1. Un método de apilado de las cintas de material compuesto preimpregnado en la dirección de 0º de un componente no plano de material compuesto en un molde apropiado utilizando una máquina ATL que comprende pasos de:

a) determinar las trayectorias de dichas cintas como trayectorias modificadas de trayectorias geodésicas cumpliendo las siguientes condiciones en sus proyecciones en un plano horizontal:

-que el radio de curvatura R2 de sus segmentos curvos sea mayor que un valor predeterminado Rmin;

- que la distancia G2p entre dos cintas contiguas esté comprendida entre 0 y un valor predeterminado Gmax; b) proporcionar dichas trayectorias modificadas a dicha máquina ATL. 2. Un método según la reivindicación 1, en el que dicho paso a) comprende los siguientes sub-pasos: a1) proyectar las trayectorias geodésicas correspondientes a dichas cintas en un plano horizontal; a2) modificar las trayectorias proyectadas horizontalmente para el cumplimiento de las condiciones antes

mencionadas; a3) obtener las trayectorias modificadas en las correspondientes superficies de apilado por medio de la intersección de dichas superficies con un plano vertical por las trayectorias horizontales modificadas.

3. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que

-dicho valor predeterminado Rmin es de 400mm para una cinta de un ancho de 300mm;

- dicho valor predeterminado Gmax es de 3, 5mm.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dicho componente es el revestimiento de un ala de aeronave.

5. Un componente no plano de material compuesto que comprende cintas de un material compuesto en la dirección de 0º dispuestas siguiendo trayectorias que cumplen las siguientes condiciones en sus proyecciones en un plano horizontal:

-el radio de curvatura R2 de sus segmentos curvos es mayor que un valor predeterminado Rmin;

- la distancia G2p entre dos cintas contiguas está comprendida entre 0 y un valor predeterminado Gma.

6. Un componente no plano de material compuesto según la reivindicación 5, en el que:

-dicho valor predeterminado Rmin es de 400mm para una cinta de un ancho de 300mm;

-dicho valor predeterminado Gmax es de 3, 5mm.

7. Un componente no plano de material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 5-6, en el que dicho componente es el revestimiento de un ala de aeronave.