Estructura de material compuesto con fibra óptica embebida en una de sus capas superficiales y procedimiento para su conexión y reparación.

La invención se refiere a una estructura (11) de material compuesto formada por una pluralidad de capas (13,

15, 17, 19, 21, 23) que incluye una fibra óptica (25) con fines de monitorización estructural que está, al menos en parte, embebida en una capa superficial (13) de dicha estructura (11), y medios de aislamiento de las zonas de la fibra óptica (25) susceptibles de reparación respecto de la capa superficial (13) en la que están integradas, en particular una cubierta protectora (27) y unas películas separadorassuperior e inferior (31, 33), y un procedimiento de reparación de dichas zonas que comprende los siguientes pasos: eliminación dela cubierta protectora (27) y la película separadora superior (31), extracción de la zona, reparación de la fibra óptica, reubicación de la zona y provisión de una nueva cubierta de protección (27).

Estructura de material compuesto con fibra óptica embebida en una de sus capas superficiales y procedimiento para su conexión y reparación Campo de la invención La presente invención se refiere a una estructura de material compuesto que lleva fibra óptica embebida con fines de monitorización estructural, y más en particular a una estructura de material compuesto de una aeronave, así como a un procedimiento para su conexión y reparación.

Antecedentes de la invención La introducción intensiva de los materiales compuestos avanzados en estructuras primarias se ha convertido en un procedimiento fundamental de optimización estructural (basado en el ahorro de peso y la mejora de propiedades mecánicas) , uno de los objetivos prioritarios en el diseño y la fabricación de una nueva generación de aeronaves. La introducción de un sistema de monitorización estructural efectivo, capaz de predecir el fallo de caminos de carga en una estructura diseñada según criterios de tolerancia al daño permitiría optimizar su diseño y, consecuentemente, reducir su peso.

Los sensores de fibra óptica pueden ser empleados de manera efectiva para medir deformación termomecánica, e incluso detectar eventos de daño operando tanto de forma individual en sistemas pasivos de monitorización estructural, como en combinación de otros dispositivos, formando sistema de monitorización activa. Una de sus principales ventajas es su capacidad para ser embebidos en estructuras de material compuesto, quedando íntimamente integrados en aquellas.

El documento US 5309533 A revela un material compuesto formado por una pluralidad de telas formando capas, un encapsulado que se forma entre dos de las hojas de la pluralidad de hojas que forman el material compuesto, teniendo el encapsulado un diámetro interior, teniendo una fibra óptica situada dentro del encapsulado y teniendo un diámetro exterior que es menor que el diámetro interior del encapsulado, teniendo también la fibra óptica un eje de propagación lento y uno rápido.

WO 2006/107278 A1 proporciona un sensor de presión de fibra óptica con una estructura de material compuesto, en el que una placa soporte de aluminio se usa como la base para el encintado. La placa soporte se envuelve con una capa de fibra de vidrio revestida con un tejido antiadherente de Teflón o una película separadora no porosa (Release Ease 234 TFNP) que ha sido limpiada con acetona para quitar cualquier contaminante que pudiera afectar a la calidad de la superficie de las láminas curadas antes de colocar las fibras de carbono preimpregnadas (prepreg) . La lámina de material compuesto se prepara apilando capas de prepreg en la película separadora no porosa sobre la placa soporte empleando un método de encintado manual. En esta etapa, la rejilla de fibra que contiene las dos rejillas de fibra de Bragg se introduce en las prepregs con los refuerzos orientados en paralelo. La lámina completada se cubre con una capa de fibra de vidrio revestida con tejido antiadherente de teflón o una película separadora porosa (Release Ease 234 TFNP) , seguido de un tejido transpirable (Airwaves Super) para absorber el exceso de resina. Finalmente una capa de película separadora no porosa se coloca sobre el tejido transpirable antes de que la configuración completa se transfiera a una mesa de curado de material compuesto (como por ejemplo Heatcon 9500) o un autoclave (como por ejemplo el autoclave Salvis Lab Vacucentener VC-20) .

Sin embargo, uno de los inconvenientes de esta integración es la dificultad que presenta la integración de la fibra óptica en condiciones reales de fabricación del laminado, y la reparación de estas mismas fibras una vez embebidas. La fibra óptica tiene unas dimensiones extremadamente pequeñas, y debido a su fragilidad, su manipulación es difícil durante las operaciones de manipulación asociadas a los procesos de integración durante la fabricación del laminado, fabricación de la bolsa de vacío y curado en autoclave (o cualquier otro proceso de consolidación de laminados alternativo) , conectorización y posteriores operaciones de mantenimiento y/o reparación de la misma fibra óptica del laminado que lo aloja. En particular, las escasas posibilidades de acceder a la fibra óptica una vez embebida son muy pequeñas, y las de su reparación con éxito menores aún, extremo este que resulta incompatible con los requerimientos de reparabilidad obligados cuando los criterios de salud estructural y mantenimiento se encuentran ligados al correcto funcionamiento de la red de sensores integrada en la estructura.

La presente invención está dirigida a la solución de ese inconveniente.

Sumario de la invención En un primer aspecto, la presente invención propone una estructura de material compuesto que comprende:

a) una estructura laminar formada por una pluralidad de capas;

b) una fibra óptica con fines de monitorización estructural que está, al menos en parte, embebida en dicha estructura laminar, siendo susceptible de reparación en el caso de que se requiriera al estar embebida esta parte de fibra óptica en una capa superficial de la estructura laminar; y

c) medios de aislamiento localizados en las zonas de fibra óptica susceptibles de reparación respecto de la capa superficial en la que están integradas; estos medios de aislamiento incluyen:

-un película separadora inferior situada debajo de la fibra óptica entre la fibra óptica y la estructura laminar de forma que facilita la separación de la fibra óptica de la estructura 5 laminar,

- una película separadora superior situada sobre la fibra óptica, y

- una cubierta protectora laminar dispuesta sobre la película separadora superior.

Estos medios de aislamiento protegen la fibra óptica durante el proceso de fabricación de la estructura y permiten el acceso posterior a la misma para su mantenimiento (conexión, modificación de la línea o reparación de daño en servicio) sin afectar de manera significativa a la integridad de la estructura.

En un segundo aspecto, la presente invención propone un procedimiento de reparación de la fibra óptica embebida en dicha estructura de material compuesto que comprende los siguientes pasos:

- Eliminación de los medios de aislamiento de la zona de fibra óptica necesitada de reparación.

- Extracción de la zona de fibra óptica necesitada de reparación de la estructura de material compuesto.

- Reparación de la fibra óptica.

- Reubicación de la zona de fibra óptica reparada en la estructura de material compuesto.

- Provisión de una nueva cubierta de protección sobre la zona reparada de fibra óptica.

Las técnicas de integración de fibra óptica propuestas en esta invención permiten embeber fibra óptica en estructuras de material compuesto asegurando la supervivencia de aquella en los puntos de entrada en la estructura y permitiendo el acceso a la fibra en estos puntos de entrada o en puntos intermedios para su mantenimiento (conexión, modificación de la línea o reparación de daño en servicio) , todo ello sin afectar de manera significativa a la integridad estructural del laminado.

Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

Descripción de las figuras La Figura 1 muestra una vista esquemática en perspectiva de una estructura de material compuesto conocida en la técnica formada por seis capas con una fibra óptica embebida en una de sus caras en sentido longitudinal a las fibras de refuerzo y una vista en sección transversal de la zona A de dicha estructura.

La Figura 2 muestra una vista en sección transversal de la estructura de la Figura 1 en la que, empleando técnicas convencionales de reparación de estructuras de material compuesto, se han eliminado mediante lijado partes de la capa superficial y la segunda capa hasta alcanzar la fibra óptica embebida que ha resultado dañada durante el proceso.

La Figura 3 muestra vistas en alzado, planta y sección transversal de una estructura de material compuesto según una primera realización de la invención en la que la fibra óptica está embebida en una capa superficial.

La Figura 4 muestra vistas en alzado, planta y sección transversal de una estructura de material compuesto según una segunda realización de la invención en la que la fibra óptica está embebida en el interior de la estructura dejando solo una parte de ella en una capa superficial.

La Figura 5 muestra vistas similares a las de las Figuras 3 y 4 después del proceso de consolidación de la estructura en el que la fibra óptica, las películas... [Seguir leyendo]

1. Estructura de material compuesto (11) que comprende: a) Una estructura laminar formada por una pluralidad de capas (13, 15, 17, 19, 21, 23) ; b) una fibra óptica (25) con fines de monitorización estructural que está, al menos en parte, embebida en dicha estructura laminar, estando la parte embebida de la fibra óptica (25) susceptible de necesitar reparación integrada en una capa superficial (13) de la estructura laminar; y

c) medios de aislamiento (31, 33, 27) situados en las zonas de fibra óptica susceptibles de reparación con respecto a la capa superficial (13) en la que están integradas; incluyendo dichos medios de aislamiento (31, 33, 27) :

-una película separadora inferior (33) situada debajo de la fibra óptica (25) entre la fibra óptica (25) y estructura laminar de modo que facilita la separación de la fibra óptica (25) de la estructura laminar, -una película separadora superior (31) , situada sobre la fibra óptica (25) , y -una cubierta protectora laminar (27) dispuesta sobre la película separadora superior (31) .

2. Estructura de material compuesto según la reivindicación 1, caracterizada porque dicha cubierta protectora (27) 15 tiene unas dimensiones ligeramente mayores que las de las películas separadoras (31, 33) .

3. Estructura de material compuesto según las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada porque dicha cubierta protectora (27) está compuesta por un tejido de fibra de vidrio preimpregnada.

4. Estructura de material compuesto según la reivindicación 3, caracterizada porque la totalidad de la fibra óptica (25) está embebida en una capa superficial (13) de la estructura (11) .

5. Estructura de material compuesto según la reivindicación 3, caracterizada porque la parte de la fibra óptica (25) no embebida en la capa superficial (13) de la estructura (11) está embebida en la capa (15) contigua a ella o más profunda.

6. Procedimiento de reparación de la fibra óptica (25) embebida en una estructura de material compuesto (11) según las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: 25 a) Eliminación de la cubierta protectora (27) y la película separadora superior (31) de la zona de fibra óptica (25) necesitada de reparación; b) Extracción de la zona de fibra óptica (25) necesitada de reparación de la estructura de material compuesto (11) ; c) Reparación de la fibra óptica (25) ;

d) Reubicación de la zona de fibra óptica (25) reparada en la estructura de material compuesto (11) ; e) Provisión de una nueva cubierta protectora (27) sobre la zona reparada de fibra óptica (25) .

7. Procedimiento de reparación de la fibra óptica (25) embebida en una estructura de material compuesto (11) según la reivindicación 6, caracterizado porque el paso d) incluye los siguientes pasos adicionales:

d’) Provisión de una nueva película separadora superior (31) sobre la zona de fibra óptica (25) reparada; 35 d") Aportación de adhesivo (29) sobre la nueva película separadora (31) .

8. Procedimiento de reparación de la fibra óptica embebida en una estructura de material compuesto según las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque la zona de fibra óptica (25) reparada conecta extremos (41, 43) de fibra óptica (25) embebida en la estructura de material compuesto.

9. Procedimiento de reparación de la fibra óptica embebida en una estructura de material compuesto según las

reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque la zona de fibra óptica (25) reparada conecta un extremo (51) de fibra óptica (25) embebida en la estructura de material compuesto (11) con un extremo (53) de una fibra óptica (55) situada en el exterior de la estructura de material compuesto (11) .