Cuaderna de fuselaje de aeronave en material compuesto con costillas estabilizadoras.

Cuaderna (9) con alma estabilizada (10) para el fuselaje de una aeronave,

realizada en material compuesto, que en al menos un primer sector (31) de la cuaderna tiene una sección transversal (11) en forma de omega formada por una cabeza (23), dos almas (25, 25'), dos pies (27, 27'), caracterizada porque dicha cuaderna (9) incluye al menos una costilla interior (41) formada por una cabeza (43) unida a la cabeza (23) de la cuaderna (9), un alma (45), dos faldillas (49, 49') unidas a las almas (25, 25') de la cuaderna (9) y un pie (47) alineado con los pies (27, 27') de la cuaderna (9).

Cuaderna de fuselaje de aeronave en material compuesto con costillas estabilizadoras Campo de la invención

La presente Invención se refiere a cuadernas del fuselaje de una aeronave realizadas en material compuesto y, más en particular, a cuadernas con alma estabilizada.

Antecedentes de la invención

Las cuadernas de carga, además de dar forma y rigidez al fuselaje de una aeronave, son los elementos estructurales encargados de soportar y transferir las cargas provenientes de otros elementos estructurales de la aeronave, tales como las alas o los estabilizadores.

Varias almas reforzadas adecuadas para cuadernas de fuselaje de aeronave se describen en los documentos US 2009/0246531, US 5190803, US 2009/0026315 o WO 2009/030731.

Tradicionalmente las cuadernas de carga han sido realizadas con material metálico y con diferentes secciones, siendo las más habituales las secciones en C, en I y en J, que a través de procesos de mecanizado consiguen un entramado de nervios que estabilizan el alma de la cuaderna.

En la industria aeronáutica actual, la relación resistencia-peso es un aspecto de suma importancia, por lo que hay una demanda de cuadernas fabricadas u optimizadas con materiales compuestos, principalmente con fibra de carbono, en lugar de cuadernas metálicas.

En el caso de las cuadernas de carga resulta difícil competir con las cuadernas metálicas mecanizadas, pues, debido a las elevadas y diferentes solicitaciones que han de soportar, las cuadernas alternativas en materiales compuestos suelen plantear diversos problemas de fabricación al presentar un diseño bastante complejo. En todo caso, ya se conocen algunas propuestas al respecto como las descritas en las solicitudes de patentes WO 2008/092970, US 2009/0026315 y WO 2009/030731.

Uno de los puntos de la problemática mencionada está relacionado con el hecho de intentar conseguir un diseño de cuaderna cuyas almas estén estabilizadas lo que permite optimizarla en peso. Si bien en el caso de las cuadernas de forma ya se conocen algunas propuestas no sucede lo mismo en el caso de las cuadernas de carga a pesar de la demanda existente al respecto en la industria aeronáutica.

La presente invención está orientada a la atención de dicha demanda.

Sumario de la invención

Un objeto de la presente invención es proporcionar una cuaderna de fuselaje de aeronave con alma estabilizada realizada en material compuesto configurada de manera que se optimice la relación resistencia-peso no sólo de la propia cuaderna sino también del revestimiento.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una cuaderna de fuselaje de aeronave con alma estabilizada realizada en material compuesto cuya configuración facilite su fabricación.

En un primer aspecto, esos y otros objetos se consiguen mediante una cuaderna con alma estabilizada realizada en material compuesto que en, al menos, un primer sector tiene una sección transversal en forma de omega, formada por

una cabeza, dos almas y dos pies, e incluye al menos una costilla interior formada por una cabeza unida a la cabeza de la cuaderna, un alma, dos faldillas unidas a las almas de la cuaderna y un pie alineado con los pies de la cuaderna.

En una realización preferente, la cuaderna con alma estabilizada tiene la configuración mencionada en toda su longitud. Se consigue con ello cuadernas optimizadas que requieren almas estabilizadas en toda su longitud.

En otra realización preferente, la cuaderna con alma estabilizada puede comprender varios sectores teniendo uno de ellos la configuración mencionada y los otros una configuración diferente. Se consigue con ello cuadernas optimizadas para zonas con diferentes requerimientos.

En un segundo aspecto, esos y otros objetos se consiguen mediante un procedimiento de fabricación del mencionado primer sector de la cuaderna con alma estabilizada que comprende pasos para:

- Proporcionar una cuaderna y al menos una costilla interior.

- Unir al menos dicha costilla interior a la cuaderna.

En una realización preferente el procedimiento de fabricación del mencionado primer sector de la cuaderna con alma estabilizada comprende los siguientes pasos:

- Fabricación y curado, preferentemente mediante un procedimiento RTM, de una o más preformas de costillas interiores (también es factible hacerlo con material preimpregnado utilizando un utillaje adecuado).

- Fabricación de una preforma de la cuaderna, preferentemente mediante un procedimiento de "hot forming" de material preimpregnado.

- Co-pegado de dichas preformas en un ciclo de curado en autoclave.

Se consigue con ello, un procedimiento muy eficiente para la fabricación de cuadernas con alma estabilizada ya que, por una parte, se puede obtener una gran precisión dimensional de las costillas interiores lo que supone una ventaja importante particularmente en el caso de las cuadernas de carga en las que las costillas interiores tienen dimensiones diferentes en distintas zonas y, por otra parte, es un procedimiento eficiente para la fabricación de dichas cuadernas de carga (con altas solicitaciones) pues, al ser la preforma de la cuaderna de material preimpregnado mejora las características mecánicas de la misma al tener dicho material mejores propiedades mecánicas que el material de RTM.

En otra realización preferente el procedimiento de fabricación del mencionado primer sector de la cuaderna con alma estabilizada comprende los siguientes pasos:

- Fabricación y curado de una preforma de la cuaderna preferentemente mediante un procedimiento RTM, (también es factible hacerlo con material preimpregnado utilizando un utillaje adecuado).

- Fabricación de una o más preformas de costillas interiores, preferentemente mediante un procedimiento de "hot forming" de material preimpregnado.

- Co-pegado de dichas preformas en un ciclo de curado en autoclave.

Se consigue con ello un procedimiento muy eficiente para la fabricación de cuadernas con alma estabilizada ya que se consigue, por una parte, una gran precisión dimensional en la fabricación de la cuaderna mediante RTM, lo que supone una ventaja importante particularmente en el caso de las cuadernas de carga en las que dicha cuaderna tiene dimensiones diferentes en distintas zonas y, por otra parte, teniendo en cuenta las propiedades mecánicas del material

de RTM, es un procedimiento eficiente para la fabricación de sectores de la cuaderna con solicitaciones de carga medias.

En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del primer sector mencionado de la cuaderna con alma estabilizada comprende los siguientes pasos:

- Fabricación de preformas de la cuaderna y las costillas interiores en material preimpregnado.

- Co-curado de dichas preformas en un ciclo de curado en autoclave.

Se consigue con ello un procedimiento eficiente para la fabricación de sectores de la cuaderna con alma estabilizada con altas solicitaciones de carga y sin variaciones dimensionales importantes.

En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del primer sector mencionado de la cuaderna con alma estabilizada comprende los siguientes pasos:

- Fabricación de preformas secas de la cuaderna y las costillas interiores.

- Co-curado de dichas preformas mediante un proceso de RTM.

Se consigue con ello un procedimiento eficiente para la fabricación de sectores de la cuaderna con alma estabilizada con solicitaciones de carga medias y con variaciones dimensionales importantes.

En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del primer sector mencionado de la cuaderna con alma estabilizada comprende los siguientes pasos:

- Fabricación y curado por separado de la cuaderna y las costillas interiores.

- Unión de las costillas a la cuaderna mediante adhesivos.

Se consigue con ello un procedimiento eficiente para la fabricación de sectores de la cuaderna con alma estabilizada sometidos a menores requerimientos de carga.

En otra realización preferente, el procedimiento de fabricación del primer sector mencionado de la cuaderna con alma estabilizada comprende los siguientes pasos:

- Fabricación y curado por separado de la cuaderna y las costillas interiores.

- Unión de las costillas a la cuaderna mediante remaches.

Se consigue con ello un procedimiento eficiente para la fabricación de sectores de la cuaderna con alma estabilizada sometidos a menores requerimientos de carga.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa del objeto de la invención con relación a las figuras adjuntas.

1.- Cuaderna (9) con alma estabilizada (10) para el fuselaje de una aeronave, realizada en material compuesto, que en al menos un primer sector (31) de la cuaderna tiene una sección transversal (11) en forma de omega formada por una cabeza (23), dos almas (25, 25), dos pies (27, 27), caracterizada porque dicha cuaderna (9) incluye al menos una costilla interior (41) formada por una cabeza (43) unida a la cabeza (23) de la cuaderna (9), un alma (45), dos faldillas (49, 49) unidas a las almas (25, 25) de la cuaderna (9) y un pie (47) alineado con los pies (27, 27) de la cuaderna (9).

2.- Cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 1, caracterizada porque dicho primer sector (31) se extiende a toda su longitud.

3 - Cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 1, caracterizada porque además del primer sector (31) comprende un segundo sector (33) en la zona prevista para la recepción de cargas externas, cuya sección transversal es una sección cerrada.

4 - Cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 3, caracterizada porque en dicho segundo sector (33) tiene una sección transversal (13) en forma de pi.

- Cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 3, caracterizada porque en dicho segundo sector (33) tiene una sección transversal (13) en forma de omega.

6 - Cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 1, caracterizada porque, además del primer sector (31), comprende un tercer sector (35) que tiene una sección transversal (13) en forma de omega.

7 - Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende pasos para:

a) proporcionar dicha cuaderna (9) y al menos dicha costilla interior (41);

b) unir al menos dicha costilla interior (41) a la cuaderna (9).

8.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 7, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos:

a) fabricación y curado de una o más preformas (41) de costillas (41);

b) fabricación de una preforma (9) de la cuaderna (9);

c) co-pegado de dichas preformas (41, 9) en un ciclo de curado en autoclave.

9.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 8, caracterizado porque la etapa a) se lleva a cabo mediante un procedimiento de RTM.

10.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según cualquiera de las reivindicaciones 8-9, caracterizado porque la etapa b) se lleva a cabo con material preimpregnado mediante un procedimiento de "hot forming".

11.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 7, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos:

a) fabricación de una o más preformas (41) de costillas (41);

b) fabricación y curado de una preforma (9) de la cuaderna (9);

c) co-pegado de dichas preformas (41, 9) en un ciclo de curado en autoclave.

12.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa a) se lleva a cabo con material preimpregnado mediante un procedimiento de "hotforming".

13.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según cualquiera de las reivindicaciones

11-12, caracterizado porque la etapa b) se lleva a cabo mediante un procedimiento de RTM.

14.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 7, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos:

a) fabricación de una o más preformas (41) de costillas (41) en material preimpregnado;

b) fabricación de una preforma (9) de la cuaderna (9) en material preimpregnado;

c) co-curado de dichas preformas (41, 9) en un ciclo de curado en autoclave.

15.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 7, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos:

a) fabricación de una o más preformas secas (41) de costillas (41);

b) fabricación de una preforma seca (9) de la cuaderna (9);

c) co-curado de dichas preformas (41, 9) mediante un proceso de RTM.

16.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 7, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos:

a) fabricación y curado de una o más costillas (41);

b) fabricación y curado de la cuaderna (9);

c) unión de las costillas (41) a la cuaderna (9) mediante adhesivos.

17.- Procedimiento de fabricación de una cuaderna con alma estabilizada (10) según la reivindicación 7, caracterizado porque la fabricación del primer sector (31) comprende los siguientes pasos:

a) fabricación y curado de una o más costillas (41);

b) fabricación y curado de la cuaderna (9);

c) unión de las costillas (41) a la cuaderna (9) mediante remaches.