Marco de fuselaje de aeronave con sección evolutiva.

Elemento de estructura de marco de fuselaje de aeronave, que presenta una forma general de perfil alargado que comprende un alma (2) y al menos un ala (4,

6), caracterizado por que la citada al menos un ala (4) tiene una sección en forma de arco de círculo en la longitud del perfil, excepto en al menos una porción del extremo (46) del perfil en el que la citada sección evoluciona de tal manera que tenga una sección rectilínea perpendicular a la citada alma (2).

DESCRIPCION

Marco de fuselaje de aeronave con sección evolutiva El invento se refiere a un elemento de estructura de marco de fuselaje de aeronave. Tal elemento se muestra en el documento US 1 922 063 A. De manera general, las estructuras de fuselaje de aeronave están compuestas de un revestimiento al cual están fijados, entre otros, elementos de estructura llamados refuerzos o marcos.

De manera general, tales elementos de estructura se presentan bajo la forma de un perfil que se extiende según una curva definida por una sucesión de radios de curvatura, de tal manera que siga la propia curvatura del revestimiento del fuselaje.

La sección de estos perfiles, sensiblemente constante, presenta con mucha frecuencia una forma general en L, en U, en Z u otras formas más o menos complejas que constan siempre al menos de un alma y una o dos alas situadas en uno y/u otro extremos del alma.

Cuando están constituidos de materiales metálicos, (aleaciones de aluminio o de titanio) , los marcos están fabricados a partir de perfiles extruidos, y a continuación conformados mediante deformación plástica, por ejemplo mediante estiramiento o rodadura.

Estos procedimientos de fabricación, particularmente económicos, no son aplicables sin embargo más que a perfiles cuya sección es constante en toda su longitud.

Así pues, para reducir la masa del fuselaje, es deseable que las dimensiones de la sección sean lo más pequeñas posible fuera de ciertos puntos en donde los esfuerzos sufridos son localmente importantes.

Por eso, se sabe fabricar un producto intermedio por extrusión y conformación plástica, de sección y/o de espesor mayor que la pieza final, y a continuación mecanizar mediante arranque de material este producto de tal manera que se adapten localmente su sección y su espesor.

Alternativamente, se sabe igualmente obtener el elemento de estructura mediante desprendimiento de material en una placa de mayor espesor.

Estos procedimientos de obtención son sin embargo mucho menos económicos, pues necesitan reducir a virutas una gran cantidad de material.

Con el fin de reducir todavía más la masa de los fuselajes, se sabe igualmente sustituir materiales metálicos por materiales compuestos con refuerzos fibrosos.

Los perfiles se obtienen así especialmente a partir de fibras apiladas según orientaciones y una secuencia de apilado definidas.

Un ejemplo de un perfil tal se describe en el documento FR 2 970 753. Este último es fabricado colocando varias capas de fibras secas de orientación definida (pliegues) en un molde que tiene la forma de la sección y la curvatura de la pieza. Las fibras son empapadas a continuación con resina mediante transferencia o por infusión de resina.

Para perfiles curvos como los marcos de fuselaje, tal procedimiento de obtención necesita adaptar una sección curva con fibras que no presentan ninguna capacidad de deformación plástica, y que no deben arrugarse ni ondularse bajo riesgo de hacer disminuir las características mecánicas del producto así obtenido.

Esta operación, realizada de forma manual, necesita una cierta destreza por parte del operario y lleva de hecho a costes de producción elevados.

Alternativamente, los perfiles pueden ser fabricados a partir de fibras previamente impregnadas depositadas sobre un utillaje mediante colocación de fibras.

Tal operación consiste en realizar un alisado tridimensional por bandas delgadas, por ejemplo con la ayuda de un robot equipado de un cabezal de colocación de fibras.

Para aplicaciones aeronáuticas, las fibras están constituidas de carbono y la matriz de una resina termoendurecible.

Habitualmente, los perfiles realizados a partir de esta técnica de fabricación son dimensionados con un criterio en el que prepondera la tolerancia a los daños, dicho de otra manera, la resistencia mecánica residual después del impacto.

Esto es debido especialmente al hecho de que la geometría casi plana del ala en el sentido de extensión del perfil facilita el pandeo de este último, propagándose de esta manera la exfoliación del estratificado después del impacto y provocando su deterioro.

Teniendo en cuenta lo anterior, existe pues la necesidad de realizar elementos de estructura de fuselaje de aeronave de masa reducida, que tengan una resistencia residual en compresión después de un fuerte impacto.

A estos efectos, el invento se refiere a un elemento de estructura del marco de fuselaje de aeronave que presenta una forma general de perfil alargado que consta de un alma y al menos un ala que tiene una sección en forma de arco de círculo en toda la longitud del perfil excepto al menos en una porción del extremo del perfil cuya dicha sección evoluciona de tal manera que tiene una sección rectilínea perpendicular a la citada alma.

La geometría del ala definida por una forma curva tangente al alma permite reducir el pandeo del elemento de estructura, y disminuye así la propagación de la exfoliación del estratificado después del impacto.

La evolución de la sección del ala de una geometría curva a una geometría plana permite conservar un tamaño y una masa óptimos en las zonas de unión entre los elementos de estructura al nivel de los extremos de unión.

El elemento de estructura de marco presenta así un alma localmente lo suficiente mente alta como para resistir las 20 solicitaciones de recalcado y a la fatiga en los puntos de unión entre elementos.

En efecto, teniendo en cuenta la importante dimensión de los fuselajes de las aeronaves de transporte comerciales, un marco está constituido de varios elementos de estructura que forman sectores de circunferencia del fuselaje.

Estos elementos son ensamblados mediante embridado, dicho de otra manera, por medio de bridas fijadas a los marcos con la ayuda de remaches.

Tales uniones deben comportar suficientes fijaciones como para transmitir la carga mecánica que soportan de una pieza a la otra.

Así, además del criterio de tolerancia a los daños, el que los materiales elegidos no posean aptitudes para la deformación plástica, ni para la resistencia a los solicitaciones de recalcado (transmisiones de flujo de esfuerzos entre las superficies de dos piezas en contacto en las zonas de ensamblaje en el transcurso de choques) entra igualmente en juego.

Finalmente, para que las fijaciones resistan a la fatiga y al recalcado, se deben respetar las reglas de separación entre ellas.

Para poder instalar el número de fijaciones adaptado a la absorción de las diferentes cargas en las uniones respetando al propio tiempo las reglas de espaciado entre las citadas fijaciones, el alma del perfil debe ser suficientemente alta (es decir suficientemente larga cuando se coloca en el plano de la sección del perfil) .

Por otra parte, esta altura no debe ser demasiado importante, bajo riesgo de aumentar la masa de la estructura y reducir el volumen disponible en el interior del fuselaje, reservado a la carga comercial y a la instalación de sistemas.

La sección rectilínea perpendicular al alma en el extremo de unión permite así obtener el mejor compromiso, consistente en aumentar al máximo la altura del alma minimizando la altura total del perfil, es decir para minimizar los radios de curvatura entre la o las alas y el alma.

En la práctica, el elemento de estructura de marco tiene dos extremos de unión, la citada sección que evoluciona a lo largo del perfil de tal manera que tiene, en los dos extremos de unión, una sección rectilínea perpendicular a la citada alma.

Según una característica, el perfil tiene una altura constante a lo largo del perfil, siendo la altura de la parte del alma 55 en la sección de forma curva del perfil inferior a la altura de la parte del alma en la sección rectilínea perpendicular al alma.

Para reforzar el elemento de estructura en ciertos puntos en los que los esfuerzos sufridos son los más importantes, el grosor del elemento puede variar a lo largo del perfil.

La altura del elemento de estructura de marco puede variar igualmente a lo largo del perfil.

Con el fin de adaptarse a la curvatura local del fuselaje, el perfil se extiende según una curva de radio fijo o variable.

Para aligerar el elemento de estructura de marco, es realizado de un material compuesto con refuerzos fibrosos de fibras continuas.

Estas fibras son por ejemplo fibras de carbono, que aseguran así una gran resistencia mecánica frente a modos de deformación macroscópicos o primarios del fuselaje.

El invento se refiere igualmente a un conjunto de elementos de estructura de marco tales como los descritos anteriormente,... [Seguir leyendo]

1. Elemento de estructura de marco de fuselaje de aeronave, que presenta una forma general de perfil alargado que comprende un alma (2) y al menos un ala (4, 6) , caracterizado por que la citada al menos un ala (4) tiene una sección en forma de arco de círculo en la longitud del perfil, excepto en al menos una porción del extremo (46) del perfil en el que la citada sección evoluciona de tal manera que tenga una sección rectilínea perpendicular a la citada alma (2) .

2. Elemento de estructura de marco según la reivindicación 1, caracterizado por que consta de dos extremos de unión (44) , evolucionando la citada sección de forma curva, a lo largo del perfil, de tal manera que tenga, en los dos extremos de unión (44) , una sección rectilínea perpendicular a la citada alma (2) .

3. Elemento de estructura de marco según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que el perfil tiene una altura constante (H) a lo largo del perfil, siendo la altura (h) de la parte del alma (2a) , en la sección de forma 15 curva del perfil, inferior a la altura (H) de la parte del alma (2b) en la sección rectilínea perpendicular al alma (2) .

4. Elemento de estructura de marco según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que la altura (H) del elemento de estructura (1) varía a lo largo del perfil.

5. Elemento de estructura de marco según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el grosor del elemento de estructura (1) varía a lo largo del perfil.

6. Elemento de estructura de marco según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el perfil alargado se extiende según una curva de radio fijo o variable.

7. Elemento de estructura de marco según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que está realizado de un material compuesto con refuerzos fibrosos de fibras continuas.

8. Conjunto de elementos de estructura de marco de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones

precedentes, caracterizado por que los citados elementos de estructura (1) están ensamblados uno con otro por extremos de unión (44) respectivos, evolucionando la sección de forma curva de una o de las alas del perfil de los elementos de estructura a lo largo del perfil de tal manera que tenga, en los citados extremos de unión (44) respectivos, una sección rectilínea y perpendicular al alma (2) .

9. Aeronave que comprende un conjunto de elementos de estructura (1) de marco de fuselaje de aeronave según la reivindicación 8.