Método para sujetar componentes utilizando un sistema de sujeción de dos piezas de material compuesto, y la parte ensamblada relacionada.

Un método para fijar partes, comprendiendo el método:

colocar un componente (810) de sujetador macho de material compuesto a través de un primera parte (802) yuna segunda parte (804),

teniendo el componente (810) de sujetador macho de material compuesto unacaracterística (702) de bloqueo mecánico;

posicionar un componente (812) de sujetador hembra de material compuesto junto a la característica (702) debloqueo mecánico del componente (810) de sujetador macho de material compuesto;aplicar calor y presión al componente (812) de sujetador hembra de material compuesto para hacer que unaporción del componente (812) de sujetador hembra de material compuesto fluya alrededor de la característica(702) de bloqueo mecánico del componente (812) de sujetador macho de material compuesto; y

solidificar la porción del componente (812) de sujetador hembra de material compuesto que fluyó alrededor dela característica (702) de bloqueo mecánico del componente (810) de sujetador macho de material compuestode tal manera que el componente (812) de sujetador hembra de material compuesto se fije al componente(810) de sujetador macho de material compuesto;

cuyo método está caracterizado porque además comprende:

aplicar un revestimiento de un material orgánico a los componentes (810, 812) de sujetador macho yhembra de material compuesto para mejorar la compatibilidad de estos componentes con otrosmateriales compuestos y metálicos disimilares, y tratar térmicamente los componentes (810,812) desujetador macho y hembra de material compuesto con otros materiales compuestos y metálicosdisimilares, y

tratar térmicamente los componentes (810, 812) de sujetador macho y hembra de material compuestopara curar el revestimiento antes de colocar el componente (810) de sujetador macho de materialcompuesto a través de las partes primera y segunda (802, 804).

Método para sujetar componentes utilizando un sistema de sujeción de dos piezas de material compuesto, y la parte ensamblada relacionada.

INFORMACIÓN DE ANTECEDENTES

1. Campo: La presente descripción se refiere generalmente a componentes de material compuesto y, en particular, a un método y aparato para fabricar componentes de material compuesto. Aún más particularmente, la presente invención se refiere a un método y aparato para sujetar componentes de material compuesto entre ellos utilizando un sistema de sujeción de material compuesto.

2. Antecedentes: Las aeronaves se diseñan y fabrican con porcentajes cada vez mayores de materiales compuestos. Algunas aeronaves pueden tener más de un cincuenta por ciento de su estructura primaria fabricada de materiales compuestos. Los materiales compuestos se están utilizando en aeronaves para disminuir el peso de la aeronave. Este peso reducido mejora las capacidades de carga de pago y las eficiencias de combustible. Además, los materiales compuestos también pueden proporcionar una resistencia a la corrosión y fatiga mejorada para diversos componentes de una aeronave, contribuyendo así a la mejora global del rendimiento de la aeronave.

Los materiales compuestos son materiales ligeros tenaces creados por la combinación de dos o más componentes disimilares para crear unos componentes con propiedades más fuertes que los materiales originales. Los materiales compuestos también son típicamente materiales no metálicos. En estos ejemplos, un material multifase, en el que la distribución y geometría de fases se han controlado para optimizar una o más propiedades.

Una fase es típicamente continua y se denomina matriz. La matriz puede ser típicamente más dócil que otras fases y puede ser más tenaz que otras fases. Esta matriz soporta típicamente y aglutina el refuerzo conjuntamente y proporciona protección ambiental al refuerzo. La matriz puede transmitir la carga de una pieza de refuerzo al otro, usualmente por cizalladuradura, y puede soportar esfuerzos de cizalladuradura del material compuesto. Otras fases pueden distribuirse dentro de la matriz y son, a menudo, fibrosas o en partículas. Estas fases distribuidas son a menudo más rígidas y más fuertes que la matriz y pueden proporcionar al material compuesto sus propiedades de alta rigidez y resistencia. Por ejemplo, un material compuesto puede incluir fibras y resinas.

Fibras que pueden encontrarse en materiales compuestos incluyen, por ejemplo, grafito, boro, vidrio de alta tracción, cerámica y aramida utilizadas en conjunción con matrices de poliéster/ester de vinilo, epoxy, cerámica y metal. Las fibras y resinas pueden combinarse curando o calentando estos ingredientes para formar un material o producto curado para el componente de material compuesto.

En la fabricación de aeronaves, se han utilizado durante mucho tiempo diversos sistemas de sujeción metálicos de dos piezas para el ensamblaje de estructuras de componentes y aeronaves de todos los tipos de materiales metálicos y no metálicos. Típicamente, los componentes de un sujetador macho metálico se instalan con componentes conjugadas de un sujetador hembra metálico conjugado para mantener juntas las partes. Los componentes del sujetador macho metálico incluyen, por ejemplo, pasadores roscados o pernos de bloqueo. Los componentes conjugados hembra metálicos pueden adoptar la forma de collares roscados, tuercas y/o collares recalcados. El uso de componentes metálicos aumenta, sin embargo, el peso de la aeronave. Actualmente, la unión mecánica de componentes de la aeronave no metálicos o de materiales compuestos utilizando sujetadores metálicos ha sido la excepción en la industria.

El uso de materiales compuestos no metálicos o incluso un híbrido de materiales de materiales compuestos tanto metálicos como no metálicos en conjuntos de sujetador mecánico para unir componentes estructurales de material compuesto no metálico entre ellos ha sido muy limitado o inexistente. Los motivos de estos usos limitados incluyen, por ejemplo, limitaciones de las propiedades del material, tal como deformación plástica. Los aspectos o consideraciones de deformación pueden incluir deformabilidad en collares conjugados de sistemas de dos piezas, tales como pernos de bloqueo o pasadores roscados. Una menor resistencia a la cizalladuradura, corrosión galvánica y resistencia limitada a la compresión son ejemplos de otros factores que han limitado el uso de materiales compuestos en componentes de sujetador.

Incluso con el uso de grandes estructuras de material compuesto curado conjuntamente en la construcción de aeronaves la unión de componentes de material compuesto utilizando sistemas mecánicos es aún deseable especialmente en áreas de la aeronave en donde la necesidad de reparar y/o reemplazar componentes estructurales está prevista o es inevitable.

Como resultado, los fabricantes aún buscan mejorar la tecnología de sujeción para aumentar los niveles de

automatización, facilidad de ensamblaje y ahorros de coste y peso, así como otros factores. Por tanto, resultaría ventajoso tener sistemas de sujeción mejorados que usen materiales compuestos para disminuir el peso, al tiempo que mejoran el rendimiento de la aeronave.

Se proporciona una técnica anterior en el documento EP 0 203 748 A1, en el cual se describe un remache de material compuesto que comprende una porción de cabeza formada previamente, una porción de cizalladuradura, un mandril integral que se extiende desde dicha porción de cizalladura y que tiene en ella un rebajo anular, un anillo de bloqueo de plástico deformable alineado radialmente con el rebajo, y que llena el rebajo, de dicho mandril, y un collar telescópico alrededor y radialmente alineado con dicho anillo de bloqueo para controlar su deformación.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención es un método para fijar partes, según se define en la reivindicación 1 de las reivindicaciones anexas, y una estructura de aeronave de material compuesto según se define en la reivindicación 10.

Las realizaciones ventajosas diferentes de la presente descripción proporcionan un método y un aparato para fijar partes.

En una realización, se proporciona un método para ensamblar una estructura de material compuesto para una aeronave. Un componente de sujetador macho de material compuesto es posicionado a través de un par de partes de aeronave, teniendo el componente de sujetador macho de material compuesto un vástago y una característica de bloqueo mecánico. Un componente de sujetador hembra de material compuesto es posicionado alrededor del vástago y adyacente a la porción roscada del vástago, mientras que el componente de sujetador macho de material compuesto es posicionado a través del par de partes de aeronave, en donde el componente de sujetador hembra de material compuesto comprende fibra de carbono y resina y tiene una forma cilíndrica. Se aplican calor y fuerza al componente de sujetador hembra de material compuesto para hacer que una porción del componente de sujetador hembra de material compuesto se funda y fluya hacia dentro de la característica de bloqueo mecánico. El calor y la fuerza se retiran de tal manera que la porción del componente de sujetador hembra de material compuesto que fundió el collar se vuelva a solidificar, por lo cual el componente de sujetador hembra de material compuesto se fija al componente de sujetador macho de material compuesto y el par de partes de aeronave conjugados se unen mecánicamente entre ellas.

En otra realización ventajosa, se utiliza un método para fijar partes. Un componente de sujetador macho de material compuesto se coloca a través de una primera parte y una segunda parte, teniendo el componente de sujetador macho de material compuesto una característica de bloqueo mecánica. Un componente de sujetador hembra de material compuesto es posicionado adyacente a la porción roscada. Una porción del componente de sujetador hembra de material compuesto se hace fluir alrededor de la característica de bloqueo mecánico del componente de sujetador macho de material compuesto. La porción del componente de sujetador hembra de material compuesto que fluyó alrededor de la porción roscada del componente de sujetador macho de material compuesto se solidifica de tal manera que el componente de sujetador hembra de material compuesto sea fijado al componente de sujetador macho de material compuesto.

En aún otra realización ventajosa,... [Seguir leyendo]

1. Un método para fijar partes, comprendiendo el método:

colocar un componente (810) de sujetador macho de material compuesto a través de un primera parte (802) y una segunda parte (804) , teniendo el componente (810) de sujetador macho de material compuesto una característica (702) de bloqueo mecánico; posicionar un componente (812) de sujetador hembra de material compuesto junto a la característica (702) de bloqueo mecánico del componente (810) de sujetador macho de material compuesto; aplicar calor y presión al componente (812) de sujetador hembra de material compuesto para hacer que una porción del componente (812) de sujetador hembra de material compuesto fluya alrededor de la característica

(702) de bloqueo mecánico del componente (812) de sujetador macho de material compuesto; y solidificar la porción del componente (812) de sujetador hembra de material compuesto que fluyó alrededor de la característica (702) de bloqueo mecánico del componente (810) de sujetador macho de material compuesto de tal manera que el componente (812) de sujetador hembra de material compuesto se fije al componente

(810) de sujetador macho de material compuesto; cuyo método está caracterizado porque además comprende:

aplicar un revestimiento de un material orgánico a los componentes (810, 812) de sujetador macho y hembra de material compuesto para mejorar la compatibilidad de estos componentes con otros materiales compuestos y metálicos disimilares, y tratar térmicamente los componentes (810, 812) de sujetador macho y hembra de material compuesto con otros materiales compuestos y metálicos disimilares, y tratar térmicamente los componentes (810, 812) de sujetador macho y hembra de material compuesto para curar el revestimiento antes de colocar el componente (810) de sujetador macho de material compuesto a través de las partes primera y segunda (802, 804) .

2. El método según la reivindicación 1, en el que el paso de solidificar comprende:

enfriar el componente (812) de sujetador hembra de material compuesto para hacer que el componente (812) de sujetador hembra de material compuesto se solidifique de tal manera que el componente (812) de sujetador hembra de material compuesto se fije al componente (810) de sujetador macho de material compuesto.

3. El método según la reivindicación 2, en el que el paso de enfriar comprende:

cesar la aplicación de calor al componente (812) de sujetador hembra de material compuesto.

4. El método según la reivindicación 1, en el que el componente (812) de sujetador hembra de material compuesto tiene una sección roscada en una porción interior (816) del componente (812) de sujetador hembra de material compuesto diseñada para interactuar mecánicamente con una porción roscada (814) del componente (810) de sujetador macho de material compuesto.

5. El método según la reivindicación 1, en el que el componente (812) de sujetador hembra de material compuesto incluye una resina que se selecciona de entre una resina polímera termoplástico o una resina polímera termoestable.

6. El método según la reivindicación 1, en el que la primera parte (802) y la segunda parte (804) son partes de material compuesto.

7. El método según la reivindicación 6, en el que las partes de material compuesto son partes de una aeronave.

8. El método según la reivindicación 6, en el que las partes de material compuesto son partes de un vehículo.

9. El método según la reivindicación 1, en el que la característica (702) de bloqueo mecánico es una de entre roscas

o ranuras concéntricas.

10. Una estructura (800) de aeronave de material compuesto que comprende:

una primera parte (802) de aeronave de material compuesto; una segunda parte (804) de aeronave de material compuesto; un componente (810) de sujetador macho de material compuesto colocado a través de la primera parte 8802) de aeronave de material compuesto y la segunda parte (804) de aeronave de material compuesto, en donde el componente (810) de sujetador macho de material compuesto tiene una característica (702) de bloqueo mecánico; y

un componente (812) de sujetador hembra de material compuesto fijado al componente (810) de sujetador macho de material compuesto como resultado de la aplicación de calor y presión al componente (812) de sujetador hembra de material compuesto de una manera que haga que una porción del componente (812) de sujetador hembra de material compuesto fluya alrededor de la característica (702) de bloqueo mecánico del

componente (810) de sujetador macho de material compuesto y se vuelva a solidificar alrededor de la característica (702) de bloqueo mecánico para unir el componente (812) de sujetador hembra de material compuesto al componente (810) de sujetador macho de material compuesto; caracterizada porque cada uno de los componentes (810, 812) de sujetador macho y hembra de material compuesto tiene un revestimiento de un material orgánico para mejorar la compatibilidad de estos

componente con otros materiales compuestos y metálicos disimilares.

11. La estructura de aeronave de material compuesto según la reivindicación 10, en la que la primera parte (802) de aeronave de material compuesto y la segunda parte (804) de aeronave de material compuesto son parte de un ala para una aeronave.

12. La estructura de aeronave de material compuesto según la reivindicación 10, en la que la primera parte (802) de aeronave de material compuesto y la segunda parte (804) de aeronave de material compuesto son componentes estructurales de una aeronave.