OPTIMIZACIÓN DE ESTRUCTURAS SOMETIDAS A CORRIENTES DE GASES CALIENTES.

Optimización de estructuras sometidas a corrientes de gases calientes.

El invento se refiere a un carenado (10) para el estabilizador horizontal (3) de un avión, que comprende una parte frontal (11) y una parte trasera (12), cubriendo la parte frontal (11) una extensión limitada de la superficie del carenado (10), la cual es la parte del carenado (10) que recibe la corriente de aire caliente (6) procedente de los motores (4) del avión, estando hecha esa parte frontal (11) de un material antierosión, cubriendo la parte trasera (12) el resto de la superficie del carenado (10), estando hecha esa parte trasera (12) de un material resistente a las cargas aerodinámicas existentes sobre el carenado (10). El invento se refiere también a un avión que comprende un estabilizador horizontal (3) con un carenado (10) tal como el que se describe.

Optimización de estructuras sometidas a corrientes de gases calientes.

CAMPO DEL INVENTO

El presente invento se refiere a la optimización de estructuras que están sometidas a corrientes de gases calientes, en particular al diseño de un carenado de avión y, más en particular, al diseño del carenado del estabilizador horizontal de un avión.

ANTECEDENTES DEL INVENTO

Un carenado de avión es una estructura cuya función principal es la de producir un contorno suave y reducir la resistencia aerodinámica. Estas estructuras son cubiertas de los espacios de separación y de los espacios entre las partes de un avión, reduciendo así la resistencia aerodinámica y la resistencia por interferencia en esas partes, mejorando también el aspecto del avión.

En los aviones, las carenas se usan corrientemente en el timón de profundidad y en las puntas del estabilizador horizontal, en los capós de los motores, en el estabilizador vertical y en las puntas del timón de dirección, y en la raíz del ala y en las puntas de ala. En particular, en el caso de carenas en el timón de profundidad y en las puntas del estabilizador horizontal, el carenado tiene como objetivo suavizar el flujo de aire en las puntas.

El carenado en los estabilizadores horizontales de un avión sufre erosión que lo degrada con el tiempo, como el resto de las carenas presentes en el avión, puesto que éstas son elementos que trabajan en ambientes particularmente erosivos. Sin embargo, estas carenas sufren también erosión producida por la corriente de aire caliente procedente de los motores (por condiciones de más alta temperatura y velocidad) , siendo por lo tanto el tema de la erosión un tema principal en el diseño de estos carenados de los estabilizadores horizontales, especialmente en los casos de pequeños aviones, con una distancia corta entre el ala y la cola. Este efecto debido a la corriente de aire caliente procedente de los motores es particularmente relevante en los casos del aterrizaje y el despegue de los aviones. Por consiguiente, estos carenados no se hacen tan ligeros y baratos como podrían hacerse, debido a la limitación que imponen los requisitos respecto a la erosión, siendo provistos por lo tanto de una protección específica antierosión. Otra consideración a ser tenida en cuenta es la complicada y retorcida superficie de estos carenados. Todas las consideraciones y requisitos antes mencionados obligan a la fabricación de carenados para los estabilizadores horizontales como partes completas, de un modo no óptimo, con objeto de que resistan a la degradación por erosión.

Por las razones mencionadas, los carenados para los estabilizadores horizontales se fabrican de un material metálico, comprendiendo además áreas de protección contra la erosión para evitar que el elemento base se deteriore.

Debido a la especial configuración y a la forma retorcida de los carenados en los estabilizadores horizontales, estos carenados se hacen en la actualidad principalmente de chapas metálicas, que son conformadas y unidas después, por soldadura o mediante remaches. Estos carenados conocidos tienen el problema de que exigen que se cumplan costosos y prolijos requisitos de inspección, tal como por rayos-x, teniendo además más altos costes de fabricación debido a los procesos manuales empleados. Además, estos elementos plantean problemas de calidad debido a su particular conformación, conocida típicamente como de "lata de aceite". Se entiende por "lata de aceite" una moderada deformación o pandeo del material de hoja plana hecha de metal, originado típicamente por esfuerzos desiguales en los puntos de sujeción. Además, está resultando cada vez más difícil hallar los tratamientos de protección de la superficie apropiados para esos elementos, teniendo en cuenta que en tales clases de elementos es obligatoria la protección especial de la superficie contra la erosión.

Las soluciones conocidas se enfocan en la actualidad en el uso de carenados metálicos: debido a las grandes dimensiones de estos elementos y a las consideraciones de peso asociadas, el metal más corrientemente usado es el aluminio (aunque un carenado hecho de material composite sería en todo caso más ligero) . Sin embargo, el material de aluminio no resistirá a largo y a medio plazo a la erosión originada por la corriente de aire caliente procedente de los motores. Además, una vez que haya sido conformada y unida una chapa metálica, se le ha de añadir una protección adicional contra la corrosión, juntamente con una protección específica contra la erosión, tal como la que se obtiene pintándola. Esto plantea el problema de que no se asegura una protección permanente del elemento, puesto que algunas partes de ese elemento pueden estar dañadas o no haber sido cubiertas debidamente con tales protecciones. En algunos casos, se usa acero inoxidable como cubierta adicional para proteger el carenado; en tales casos, esta protección va pegada o curada junto con el carenado, con lo cual se limita tanto el grosor del material como el proceso usado.

Sería por tanto deseable proporcionar un carenado optimizado para el estabilizador horizontal de un avión, que resuelva los inconvenientes antes mencionados.

El presente invento está orientado hacia esa necesidad.

SUMARIO DEL INVENTO

Un objeto del presente invento es proporcionar un diseño de carenado de avión optimizado, en particular, un diseño de carenado optimizado para el estabilizador horizontal de un avión.

De acuerdo con el invento, el carenado comprende una parte frontal y una parte trasera, estando dispuesta la parte frontal de tal modo que cubre una extensión limitada del carenado, la cual es la parte del carenado que recibe la corriente de aire caliente procedente de los motores. La parte frontal del carenado se fabrica para que resista la degradación por erosión, mientras que la parte trasera del carenado debe cumplir los requisitos de proporcionar la configuración dimensional del carenado, haciendo esa parte trasera de una sola pieza unitaria.

Las partes frontal y trasera del carenado de acuerdo con el invento se solapan y se unen además, usando para ello remaches. Por esta razón, la parte trasera sobre la cual solapa la parte frontal, está ensanchada de modo que la parte frontal esté apoyada sobre la misma. Los requisitos más exigentes se han de imponer entonces en el diseño y la estructura de la parte frontal, la cual es la parte del carenado que resiste a la erosión.

Otras características y ventajas del presente invento quedarán claras a la vista de la descripción detallada que sigue de realizaciones ilustrativas del objeto en relación con las figuras que se acompañan.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBJOS

La Figura 1 ilustra una vista general del despegue de un avión, mostrando el área del estabilizador horizontal del avión que sufre los efectos de la corriente caliente procedente de los motores.

La Figura 2 ilustra una vista en planta de un avión en vuelo, en la que se muestran además las áreas del estabilizador horizontal que están sometidas a la corriente caliente procedente de los motores.

Las Figuras 3a, 3b y 3c ilustran diferentes vistas de la estructura del carenado de un estabilizador horizontal de un avión de acuerdo con el presente invento.

Las Figuras 4a y 4b ilustran otros detalles y vistas de la estructura de diseño del carenado de acuerdo con el presente invento.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DEL INVENTO

En un avión se usan corrientemente carenados 1 en el timón de profundidad y en las puntas del estabilizador horizontal, en los capós del motor, en el estabilizador vertical y en las puntas del timón de dirección, y en la raíz del ala y en las puntas de ala. En particular, en el caso de carenados en el timón de profundidad y en las puntas del estabilizador horizontal, el carenado tiene por objeto suavizar el flujo de aire en las puntas.

Como se ha ilustrado en las Figuras 1 y 2, los carenados 10 en los estabilizadores 3 horizontales del avión sufren particularmente erosión, puesto que soportan también una corriente de aire caliente 6 procedente de los motores 4, lo que es particularmente relevante para los casos en los cuales existe una corta distancia 5 entre el ala 1 y la cola 7, como se ha ilustrado en la Figura 2 (donde se ha rayado el área del estabilizador horizontal 3 que puede sufrir erosión originada por la corriente de aire caliente 6 procedente de los motores 4 del avión) . Como referencia, la distancia 5 entre el ala y la cola 7 se considera corta cuando es de 20 metros o menos, lo que ocurre en los aviones para distancias cortas, que tienen una capacidad media de alrededor de 150 pasajeros. Este efecto de la corriente de aire caliente...

1. Carenado (10) para el estabilizador horizontal de un avión (3) que comprende una parte frontal (11) y una parte trasera (12) , cubriendo la parte frontal (11) una extensión limitada de la superficie del carenado (10) , la cual es la parte del carenado (10) que recibe la corriente de aire caliente (6) procedente de los motores del avión (4) , estando hecha esa parte frontal (11) de un material antierosión, cubriendo la parte trasera (12) el resto de la superficie del carenado (10) , estando hecha esa parte trasera (12) de un material que resista las cargas aerodinámicas existentes sobre el carenado (10) .

2. Carenado (10) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la parte frontal (11) cubre un 10% o menos de la longitud total del carenado (10) .

3. Carenado (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que la parte trasera (12) es de una sola pieza unitaria, agrandada con objeto de permitir que la parte frontal (11) solape sobre dicha parte (12) .

4. Carenado (10) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la parte frontal (11) , y la parte trasera (12) están además unidas por remaches.

5. Carenado (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la parte frontal

(11) está hecha de metal.

6. Carenado (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la parte frontal (11) comprende una metalización externa.

7. Carenado (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la parte frontal (11) comprende nanotubos.

8. Carenado (10) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la parte frontal (11) está hecha de acero inoxidable, de un grosor de aproximadamente 0, 4 mm.

9. Carenado (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la parte trasera

(12) está hecha de material de composite.

10. Carenado (10) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la parte trasera (12) está hecha de CFRP (Polímero Reforzado con Fibra de Carbono) .

11. Carenado (10) de acuerdo con la reivindicación 9, en el que la parte trasera (12) está hecha de GFRP (Polímero Reforzado con Fibra de Vidrio) .

12. Avión que comprende un estabilizador horizontal (3) con un carenado (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-11.

13. Avión de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la distancia entre el ala (1) y la cola (7) es menor que 20 metros.