Métodos para estimar el efecto de variaciones de variables de diseño en el peso de un componente de una aeronave.

Métodos para estimar el efecto de variaciones de variables de diseño en el peso de un componente de una aeronave que comprenden los siguientes pasos:

a) proporcionar los datos básicos de la estructura primaria principal del componente y los Factores de Reserva(RFij) asociados a sus criterios de diseño (i); b) obtener una distribución del peso del componente por dichos criterios de diseño (i) usando un peso ficticio (mefRfij) calculado teniendo en cuenta la importancia relativa de sus criterios de diseño críticos;c) Obtener el efecto en el peso de una variación de la variable de diseño recalculando, primero los nuevos Factores de Reserva (RFij) y recalculando después el peso del componente usando para ello unas funciones relacionando, respectivamente las variaciones dedichos Factores de Reserva (RFij) vs. la variable de diseño y las variaciones de las dimensiones de los elementos (j) vs. los Factores de Reserva (RFij).

Métodos para estimar el efecto de variaciones de variables de diseño en el peso de un componente de una aeronave Campo de la invención La presente invención se refiere a métodos para estimar el efecto de variaciones de variables de diseño en el peso de un componente de una aeronave y, más en particular, para estimar el efecto de variaciones de propiedades del material.

Antecedentes de la invención La estimación del impacto en el peso de una variación de una variable de diseño, particularmente una propiedad del material, es una tarea muy frecuente en la fase de diseño de una aeronave cuando el diseñador está buscando una estructura optimizada. Las mejoras de los materiales pueden reducir drásticamente el peso estructural y por tanto disminuir los costes operacionales de la aeronave. Así pues, la mejora de las propiedades mecánicas de los materiales con los que se fabrican las aeronaves, particularmente los materiales compuestos, es un objetivo permanente de los fabricantes de aeronaves. De hecho se invierten grandes cantidades de dinero en investigaciones de materiales.

Ahora bien, la mejora de los materiales no conlleva necesariamente reducciones de peso. El peso final de un componente es la suma de su peso estructural y de su peso no estructural. El peso estructural está determinado por el espesor final de sus elementos estructurales. Por una parte, este espesor está relacionado con los supuestos de fallo estructural que están determinados por las propiedades del material, pero también está determinado por otros requerimientos independientes de las propiedades del material por lo que es difícil establecer una relación directa entre las propiedades del material y el peso estructural final. Las interacciones entre diferentes modos de fallo, restricciones de diseño, fabricabilidad y otros factores hacen que sea difícil analizar la relación entre las propiedades del material y el peso. El documento EP0375435, que se considera el estado de la técnica más cercano y que divulga las características técnicas de la reivindicación 1, divulga un método para el desarrollo de un artículo que tiene un nivel de fiabilidad predeterminado. Por ejemplo, si una estructura de pared delgada está dimensionada con el mínimo espesor fabricable cualquier mejora del módulo de Young del material no tendrá ningún impacto en el peso estructural.

Por tanto antes de lanzar campañas de mejora de los materiales, sería deseable un análisis previo para evitar el gasto de mucho dinero sin que se obtengan las reducciones esperadas de peso. Sin embargo un análisis detallado de la estructura para cualquier posible configuración del material es tan cara que a veces resulta inaceptable la inversión. Consiguientemente las decisiones sobre los programas de mejora de los materiales no siempre están fundamentadas por razones técnicas.

La presente invención está orientada a la solución de este inconveniente.

Sumario de la invención Es un objeto de la presente invención proporcionar métodos para estimar el efecto de la variación de variables de diseño en el peso de un componente de una aeronave a costes razonables.

Es otro objeto de la presente invención proporcionar métodos para estimar el efecto de la variación de variables de diseño en el peso de un componente de una aeronave sin recalcular un nuevo dimensionamiento detallado.

Estos y otros objetos se consiguen proporcionando un método de diseño de un componente de una aeronave formado por j elementos que incluye una fase para estimar el efecto de una variación de una variable de diseño en el peso del componente que comprende los siguientes pasos:

a) Proporcionar los datos básicos de la estructura primaria principal del componente de la aeronave y los Factores de Reserva (RFij) asociados a sus criterios de diseño i.

b) Obtener una distribución del peso del componente por dichos criterios de diseño.

c) Obtener el efecto en el peso de una variación de la variable de diseño, donde dicho paso b) incluye un subpaso para asignar un peso ficticio (mefRFij) a cada criterio de diseño i como una función del peso del elemento j (meaj) y de un parámetro n capaz de determinar qué criterio a partir de RF>1 puede ser considerado que no tiene efecto en el

peso de acuerdo con la siguiente ecuación: mefRF ij = mea j 1 . Se consigue con ello una distribución n

RF

ij

RF

j min

del peso del componente que tiene en cuenta la importancia relativa de los criterios de diseño críticos facilitando el posterior cálculo del efecto de la variación de variables de diseño en el peso del componente de una aeronave.

En una realización preferente, dicho paso c) incluye un primer sub-paso para recalcular los Factores de Reserva (RFij)

usando unas funciones apropiadas para relacionar la variación de dichos Factores de Reserva (RFij) y la variación de dicha variable de diseño y un segundo sub-paso para recalcular el peso del componente usando unas funciones apropiadas para relacionar la variación de las dimensiones de los elementos con la variación de dichos Factores de Reserva (RFij) . Se consigue con ello facilitar la extrapolación de los pesos de los criterios de diseño para una variación de las variables de diseño usando dichas funciones, permitiendo con ello la estimación del efecto de la variación de variables de diseño en el peso de un componente de una aeronave sin recalcular un nuevo dimensionamiento detallado.

En otra realización preferente, dicha variable de diseño es una de las siguientes: una propiedad del material, un mínimo espesor fabricable, una carga aplicada al componente de la aeronave. Se consiguen con ello métodos para estimar el efecto en el peso de un componente de una aeronave de variaciones de variables de diseño relevantes.

Otras características y ventajas de la presente invención se harán evidentes de la siguiente descripción detallada de realizaciones ilustrativas de su objeto junto con las figuras adjuntas.

Descripcion de las figuras La Figura 1 muestra un componente de una aeronave en el cajón de torsión de un estabilizador horizontal de cola que 20 se usa como ejemplo en la descripción de una realización preferente de esta invención.

La Figura 2 es una sección transversal del componente de aeronave de la Figura 1.

Las Figuras 3 y 4 son, respectivamente, una sección transversal y una vista en perspectiva de un panel individual rigidizado del componente de aeronave de la Figura 1.

La Figura 5 muestra la variación de los Factores de Reserva (RF) correspondientes a dos Criterios de Diseño versus la 25 variación del Módulo Elástico (Ex) del material.

Las Figuras 6, 7, 8 y 9 muestran curvas que representan la variación del espesor de los elementos versus la variación de los Factores de Reserva (RF) asociados a cuatro Criterios de Diseño.

Descripcion detallada de la invención El peso de un componente de una aeronave realizado con un determinado material tal como un material compuesto o un material metálico depende básicamente de las dimensiones de sus elementos estructurales.

Estas dimensiones vienen determinadas por diferentes criterios de diseño, algunos de cuales están relacionados con las propiedades mecánicas de los materiales tal como la máxima resistencia permitida, las deformaciones ó la estabilidad permitida. Otros criterios son independientes de las propiedades mecánicas del material tal como el mínimo espesor fabricable, la reparabilidad o la simplicidad de fabricación.

Como no hay una relación directa entre el peso y los principales criterios de diseño es difícil estimar el efecto en el peso de una variación de una determinada variable de diseño. Por ello, el objetivo de esta invención es el de proporcionar métodos simples para evaluar la influencia en el peso de un componente de una aeronave de una variación de una propiedad de material o de cualquier otra variable que pueda afectar a cualquier criterio de diseño o a un grupo de ellos, tal como un criterio en relación con el mínimo espesor fabricable o las cargas aplicadas al componente de la aeronave.

La descripción detallada de esta invención se referirá a un método para estimar en un componente de una aeronave el efecto en el peso del componente de una variación de las propiedades del material. Como bien comprenderá el experto en la materia, métodos similares proporcionarían los mismos resultados para variaciones de cualquier otra variable de 45 diseño.

Es importante señalar que este método es aplicable a variaciones de propiedades del material -ó de cualquier otra variable de diseño-en un rango que no modifique el... [Seguir leyendo]

1. Un método de diseño de un componente de una aeronave formado por (j) elementos, incluyendo una fase para estimar el efecto de una variación de una variable de diseño en el peso del componente que comprende los siguientes 5 pasos:

a) proporcionar los datos básicos de la estructura primaria principal del componente de la aeronave y los Factores de Reserva (RFij) asociados a sus criterios de diseño (i) ;

b) obtener una distribución del peso del componente por dichos criterios de diseño (i) ;

c) Obtener el efecto en el peso de una variación de la variable de diseño, caracterizado por que dicho paso b) incluye un sub-paso para asignar un peso ficticio (mefRFij) a cada criterio de diseño (i) como una función del peso (meaj) del elemento (j) y de un parámetro (n) capaz de determinar qué criterio a partir de RF>1 puede ser considerado que no tiene efecto en el peso de acuerdo con la siguiente ecuación:

mefRF ij = mea 1

j

n RF

ij

RF

j min

2. Un método de diseño de un componente de una aeronave según la reivindicación 1, caracterizado por que dicho paso c) incluye un primer sub-paso para recalcular los Factores de Reserva (RFij) usando unas funciones apropiadas para relacionar la variación de dichos Factores de Reserva (RFij) y la variación de dicha variable de diseño y un segundo sub-paso para recalcular el peso del componente usando unas funciones apropiadas para relacionar la variación de las dimensiones de los elementos (j) con la variación de dichos Factores de Reserva (RFij) .

3. Un método de diseño de un componente de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado por que dicha variable de diseño es una de las siguientes: una propiedad del material, un espesor mínimo, una carga aplicada al componente de aeronave.

4. Un método de diseño de un componente de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizado por que dichos criterios de diseño (i) incluyen criterios dependientes de propiedades del material.

5. Un método de diseño de un componente de una aeronave según la reivindicación 4, caracterizado por que dichos criterios de diseño (i) incluyen uno o más de los siguientes: tolerancia al daño, pandeo local, pandeo global.

6. Un método de diseño de un componente de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por que dichos criterios de diseño (i) incluyen criterios independientes de propiedades del material.

7. Un método de diseño de un componente de una aeronave según la reivindicación 6, caracterizado por que dichos 35 criterios de diseño (i) incluyen el mínimo espesor fabricable.