Un método de fabricación de mástiles, largueros y vigas de fuselaje que tienen sección transversal variable en forma de H.

Un método de fabricación de una viga (A) de material compuesto que tiene una sección transversal variable en forma de H a lo largo de su longitud,

incluyendo la viga una pestaña (G) inferior, un alma (E) y una pestaña (F) 5 superior, teniendo al menos una (G) de las pestañas un perfil no rectilíneo cuando se ve en un plano vertical longitudinal, incluyendo el método las etapas de:

- ensamblar preliminarmente una viga (A) de material compuesto termoendurecible curable reforzado con fibra, en una condición de no curado;

- proporcionar un útil (10) de conformación inferior que tiene una superficie de conformación inferior conformada de modo que da a la pestaña (G) inferior una forma predeterminada;

- proporcionar un útil (11) de conformación superior que tiene una superficie de conformación superior conformada

de modo que da a la pestaña (F) superior una forma predeterminada, en el que al menos una de dichas superficies de conformación tiene un perfil no rectilíneo visto en un plano vertical longitudinal;

- proporcionar medios (24) de soporte liberables para soportar el útil superior por encima del útil inferior con las dos superficies de conformación sustancialmente alineadas una por encima de la otra;

- proporcionar un par de insertos (12, 13) rígidos longitudinalmente alargados que son axialmente simétricos en torno a un plano (P) vertical longitudinal, en el que cada uno de los dos insertos tiene una cara inferior con un perfil acorde con el, o correspondiente al, perfil de la superficie de conformación inferior, una cara superior con un perfil acorde con el, o correspondiente al, perfil de la superficie de conformación superior, y una cara lateral que une las

caras superior e inferior;

- encerrar cada inserto (12, 13) rígido en una respectiva bolsa (14, 15) tubular hermética al aire;

- extender la viga no curada sobre el útil (11) de conformación inferior, apoyando provisionalmente la pestaña (G) inferior sobre la superficie de conformación inferior;

- acoplar los dos insertos (12, 13) en respectivos espacios laterales en los dos lados opuestos del alma (E), entre las pestañas (F) superior y (G) inferior, con las caras laterales de los insertos enfrentándose al alma de la viga que va a ser curada, y soportando los insertos con medios (20) de soporte fijos con respecto al útil (10) inferior;

- posicionar el útil (11) de conformación superior por encima de la pestaña (F) superior de la viga, y soportar el útil de conformación superior con dichos medios (24) de soporte liberables;

- sellar lateralmente los espacios entre el útil (11) superior y el útil (10) inferior sobre los dos lados longitudinales opuestos de la viga;

- sellar los extremos opuestos abiertos de ambas bolsas (14, 15) tubulares de tal manera que la presión aplicada en un autoclave, en una etapa de curación posterior, provoque que las bolsas tubulares se hinchen, presionándolos contra las dos caras opuestas del alma y contra los pares de superficies mutuamente enfrentadas de las pestañas

superior e inferior;

- curar la viga (A) en un autoclave mediante aplicación de un ciclo programado de temperatura y presión;

-con la terminación del curado, liberar los medios (24) de soporte liberables del útil (11) de conformación superior, retirar este útil, y extraer los insertos (12, 13) por los laterales desde la viga;

en el que la etapa de sellar lateralmente los espacios por los dos lados longitudinales opuestos entre el útil (11) superior y el útil (10) inferior incluye la aplicación de dos respectivas películas (22, 23) laterales externas herméticas al aire, selladas cada una de ellas tanto al útil superior como al útil inferior; y

en el que la etapa de sellar los extremos opuestos abiertos de ambas bolsas (14, 15) tubulares incluye las etapas de:

- sellar un borde superior de cada uno de los extremos longitudinales de cada una de las dos bolsas (14, 15) al útil (11) superior;

- sellar el borde superior de cada uno de los extremos longitudinales de cada una de las dos bolsas (14, 15) al útil (10) inferior;

- sellar el borde central de cada uno de los extremos longitudinales de cada una de las bolsas (14, 15) al borde central de la bolsa (15, 14) adyacente; y

- sellar el borde lateral externo de cada uno de los extremos longitudinales de cada una de las dos bolsas (14, 15) a la respectiva película (22, 23) lateral externa hermética al aire.

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Un método de fabricación de mástiles, largueros y vigas de fuselaje que tienen sección transversal variable en forma de H

La presente invención se refiere al campo de la construcción de aeronaves en general, y más específicamente a un método para la fabricación de vigas de material compuesto, tal como mástiles de alas y empenaje y vigas de fuselaje, que tienen una sección en forma de H que es variable a lo largo de su longitud.

En muchas aplicaciones, los mástiles o vigas de una estructura de una aeronave tienen una sección transversal en forma de H. Para algunas aplicaciones específicas, la altura del mástil o de la viga varía en ciertas zonas a lo largo de su longitud, de tal modo que la pestaña superior o la inferior tiene un perfil no rectilíneo. Más típicamente, la pestaña inferior ha de ser elevada en una zona dada, y por consiguiente el alma es localmente más corta, mientras que la forma y las dimensiones de la pestaña superior se mantienen sin cambio.

Para algunas de esas aplicaciones, por ejemplo en el caso de las vigas de suelo para una aeronave de pasajeros, es particularmente importante asegurar la precisión geométrica de la viga. Por encima de todo, es necesario asegurar la planitud de la pestaña inferior de la sección en H, puesto que ésta se encuentra sujeta a los elementos de suelo y al alma por medio de la cual la viga está conectada a las estructuras del fuselaje.

Útiles de polimerización, conocidos también como “moldes emparejados”, se utilizan normalmente para la fabricación de mástiles a partir de materiales compuestos, siendo estas herramientas soportes que pueden dar al mástil su forma final por medio de la aplicación simultánea de presión y calor en un autoclave. El útil de curación tiene la tarea de soportar y contener el mástil durante esas etapas. La tecnología actual se basa en el uso de útiles metálicos de molde y contramolde, que circundan completamente el componente y que tienen proyecciones y rebajes para producir las variaciones locales mencionadas anteriormente. En general, esos útiles rígidos están hechos de Invar y comprenden un útil de conformación superior, un útil de conformación inferior, y dos útiles laterales. El mástil que va a ser curado se posiciona sobre uno de los elementos metálicos y es encerrado por los otros elementos móviles desmontables del equipo. Todos esos elementos están encerrados en lo que se conoce como “bolsa de vacío”, hecha de película de poliamida (nailon) a la que se ha aplicado un vacío. Este conjunto se dispone a continuación en un autoclave donde se aplica una combinación de calor y presión con una variación predeterminada en el tiempo. La presión aplicada a la bolsa de vacío se descarga sobre las partes metálicas de los útiles, los cuales transmiten a su vez la presión al mástil. Como resultado de esta compactación, la presión, combinada con el incremento simultáneo de la temperatura, consolida y cura la resina.

Si los componentes de los útiles de curado de la técnica anterior no están perfectamente conectados, o si su geometría no se empareja de manera precisa con la viga que va a ser fabricada, es posible que se apliquen presiones no uniformes al material compuesto no curado, más altas en determinadas zonas y más bajas en otras, Esto significa que las zonas de presión más alta contendrán menos resina, con una reducción del espesor local del mástil, mientras que las zonas de presión más baja pueden estar compactadas pobremente, conduciendo con ello posiblemente a la formación de porosidad en el mástil acabado. El problema es particularmente crítico en el caso de mástiles de espesor variable. Una junta imperfecta entre el borde del mástil que va a ser curado y el borde del útil crea también espacios vacíos, reduciendo con ello la cantidad de resina en el mástil y creando reducciones de espesor indeseables.

La patente de EE.UU. 5454895, a nombre de uno de los presentes inventores, describe un aparato y un método para fabricar una estructura de caja compuesta con un revestimiento superior unido a un revestimiento inferior por medio de una serie de mástiles paralelos, formados cada uno de ellos por la unión de dos elementos opuestos de sección en C. En este método, se proporcionan insertos alineados longitudinalmente y están envueltos en una serie de capas, en particular películas separadoras, y una o más capas de respiración. Una capa de revestimiento inferior, hecha de material termoendurecible curable reforzado con fibra (o “material compuesto”) , se dispone sobre una placa de base de un molde de conformación; los elementos en forma de C de los mástiles preformados del mismo material compuesto, se disponen alrededor de los insertos y son envueltos según se ha descrito con anterioridad, y el conjunto completo se dispone a continuación sobre el revestimiento inferior. Un revestimiento superior de material

compuesto se aplica a continuación por encima de los mástiles preformados, y la placa superior del útil de conformación se dispone por encima del revestimiento superior. Todos esos elementos son encerrados en una bolsa de vacío. Durante la etapa de curación en un autoclave, se aplica presión a las superficies externas de los revestimientos superior e inferior y a las pestañas inferiores de los mástiles con el fin de compactarlos contra las correspondientes placas del útil, mientras que las almas de los mástiles son compactadas por medio de las bolsas internas adyacentes. De ese modo, los insertos imparten una configuración a las bolsas tubulares internas de tal modo que esa forma sea tan próxima como sea posible a la forma final de la cavidad que se desea obtener. Esto se hace a efectos de evitar la formación de enlaces que pudieran conducir a la rotura de la bolsa durante la presurización y que se pudieran crear de ese modo zonas de radio incrementado. En la configuración descrita en el documento US 5454895, los insertos sirven también para limitar la deformación del conjunto formado por cada uno 65 de los pares de bolsas tubulares internas adyacentes y las almas de los mástiles encerrados por las mismas. Esto se debe a que, cuando la resina fluidifica por medio del calor y el alma del mástil podría adoptar cualquier configuración, las paredes de los insertos adyacentes restringen la membrana formada por las bolsas adyacentes y fuerzan el alma del mástil a mantenerse plana.

Un método de fabricación de una viga de material compuesto que tiene una sección transversal constante en forma de H a lo largo de su longitud es conocido a partir del documento US 4816106. Un mandril flexible para larguerillos conformados de material compuesto es conocido a partir del documento US 2006/0108057 A1. Un método de fabricación de mástiles y similares de material compuesto se divulga en el documento US 5639535. Un método de fabricación de elementos estructurales curvados de material compuesto se divulga en el documento WO 2009/037647 A2.

El objeto de la presente invención consiste por lo tanto en subsanar los inconvenientes mencionados con anterioridad y, específicamente, permitir que se fabriquen vigas con sección en H con un alto grado de precisión geométrica. La invención se basa en un principio según el cual la presión en el autoclave se aplica uniformemente a todas las partes de la viga que va a ser curada, y no a través de partes metálicas rígidas. Estos y otros objetos y

ventajas, que aparecen de forma más clara en lo que sigue, han sido conseguidos de acuerdo con la invención mediante un método según se define en las reivindicaciones anexas.

Ahora se describirán unas pocas realizaciones preferidas, pero no limitativas, de la invención; se hará referencia a los dibujos anexos, en los que:

la figura 1 es una vista en perspectiva de un ejemplo de viga fabricada mediante el método de la presente invención;

la figura 2 es una vista esquemática, en sección transversal, de la viga de la figura 1 y de los útiles para conformarla;

la figura 3 es una vista esquemática, en perspectiva, de algunos útiles para conformación de la viga;

la figura 4 es una vista parcial en sección longitudinal vertical, tomada a lo largo de la línea IV-IV de la figura 2, en la que se han omitido algunas partes por motivos de ilustración;

la figura 5 es una sección transversal, similar a la de la figura 2, que muestra las presiones que actúan durante la etapa de polimerización en el autoclave;

la figura 6 es una vista esquemática del sellado de algunos elementos de los útiles de conformación por uno de los dos extremos de la viga;

la figura 7 es una vista en sección longitudinal tomada a lo largo de la línea VII-VII de la figura... [Seguir leyendo]

1. Un método de fabricación de una viga (A) de material compuesto que tiene una sección transversal variable en forma de H a lo largo de su longitud, incluyendo la viga una pestaña (G) inferior, un alma (E) y una pestaña (F) 5 superior, teniendo al menos una (G) de las pestañas un perfil no rectilíneo cuando se ve en un plano vertical longitudinal, incluyendo el método las etapas de:

- ensamblar preliminarmente una viga (A) de material compuesto termoendurecible curable reforzado con fibra, en una condición de no curado;

- proporcionar un útil (10) de conformación inferior que tiene una superficie de conformación inferior conformada de modo que da a la pestaña (G) inferior una forma predeterminada;

- proporcionar un útil (11) de conformación superior que tiene una superficie de conformación superior conformada

de modo que da a la pestaña (F) superior una forma predeterminada, en el que al menos una de dichas superficies de conformación tiene un perfil no rectilíneo visto en un plano vertical longitudinal;

- proporcionar medios (24) de soporte liberables para soportar el útil superior por encima del útil inferior con las dos superficies de conformación sustancialmente alineadas una por encima de la otra;

- proporcionar un par de insertos (12, 13) rígidos longitudinalmente alargados que son axialmente simétricos en torno a un plano (P) vertical longitudinal, en el que cada uno de los dos insertos tiene una cara inferior con un perfil acorde con el, o correspondiente al, perfil de la superficie de conformación inferior, una cara superior con un perfil acorde con el, o correspondiente al, perfil de la superficie de conformación superior, y una cara lateral que une las

caras superior e inferior;

- encerrar cada inserto (12, 13) rígido en una respectiva bolsa (14, 15) tubular hermética al aire;

- extender la viga no curada sobre el útil (11) de conformación inferior, apoyando provisionalmente la pestaña (G) inferior sobre la superficie de conformación inferior;

- acoplar los dos insertos (12, 13) en respectivos espacios laterales en los dos lados opuestos del alma (E) , entre las pestañas (F) superior y (G) inferior, con las caras laterales de los insertos enfrentándose al alma de la viga que va a ser curada, y soportando los insertos con medios (20) de soporte fijos con respecto al útil (10) inferior;

- posicionar el útil (11) de conformación superior por encima de la pestaña (F) superior de la viga, y soportar el útil de conformación superior con dichos medios (24) de soporte liberables;

- sellar lateralmente los espacios entre el útil (11) superior y el útil (10) inferior sobre los dos lados longitudinales opuestos de la viga;

- sellar los extremos opuestos abiertos de ambas bolsas (14, 15) tubulares de tal manera que la presión aplicada en un autoclave, en una etapa de curación posterior, provoque que las bolsas tubulares se hinchen, presionándolos contra las dos caras opuestas del alma y contra los pares de superficies mutuamente enfrentadas de las pestañas

superior e inferior;

- curar la viga (A) en un autoclave mediante aplicación de un ciclo programado de temperatura y presión;

-con la terminación del curado, liberar los medios (24) de soporte liberables del útil (11) de conformación superior, retirar este útil, y extraer los insertos (12, 13) por los laterales desde la viga;

en el que la etapa de sellar lateralmente los espacios por los dos lados longitudinales opuestos entre el útil (11) superior y el útil (10) inferior incluye la aplicación de dos respectivas películas (22, 23) laterales externas herméticas al aire, selladas cada una de ellas tanto al útil superior como al útil inferior; y

en el que la etapa de sellar los extremos opuestos abiertos de ambas bolsas (14, 15) tubulares incluye las etapas de:

- sellar un borde superior de cada uno de los extremos longitudinales de cada una de las dos bolsas (14, 15) al útil

(11) superior;

- sellar el borde superior de cada uno de los extremos longitudinales de cada una de las dos bolsas (14, 15) al útil

(10) inferior;

- sellar el borde central de cada uno de los extremos longitudinales de cada una de las bolsas (14, 15) al borde central de la bolsa (15, 14) adyacente; y

- sellar el borde lateral externo de cada uno de los extremos longitudinales de cada una de las dos bolsas (14, 15) a la respectiva película (22, 23) lateral externa hermética al aire.

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2. Un método según la reivindicación 1, en el que la etapa de curación va precedida por la etapa de:

- aplicar un vacío al espacio entre cada bolsa (14, 15) tubular y los otros elementos a los que se sella esta bolsa.

3. Un método según la reivindicación 1 ó 2, en el que los insertos (12, 13) son soportados por sus extremos 10 mediante soportes (20) extremos en una condición de suspendidos por encima de la superficie de conformación inferior.

4. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el útil (11) superior es soportado por una pluralidad de soportes (24) discretos, separados longitudinalmente unos de otros. 1.

5. Un método según la reivindicación 4, en el que los soportes para el útil superior incluyen columnas de soporte (24) verticales laterales, espaciadas longitudinalmente unas de otras.

6. Un método según la reivindicación 5, en el que las columnas de soporte (24) se asocian a medios (25) de 20 centrado para permitir el centrado preciso del útil superior con respecto al útil inferior.