GRANADO MACARRILLA, José Orencio (C/ Real 39, 2C Torrejón de la Calzada, Madrid, E-28991, ES)
MARTÍNEZ VALDEGRAMA, Vicente (C/ Rio de Narcea 18 2C, Collado Villalba, Madrid, E-28430, ES)
LOZANO GARCÍA, José Luis (C/ Manuel de Falla, 55 Getafe, Madrid, E-28905, ES)
GRANADO MACARRILLA, José Orencio (C/ Real 39, 2C Torrejón de la Calzada, Madrid, E-28991, ES)
MARTÍNEZ VALDEGRAMA, Vicente (C/ Rio de Narcea 18 2C, Collado Villalba, Madrid, E-28430, ES)
| REIVINDICACIONES 1.- Una pieza (10) de material compuesto que comprende una primera zona (11 ) de un espesor E1 y una segunda zona (15) de un espesor E2, caracterizada porque: a) está realizada como una pieza unitaria con una zona de transición (13) entre ambas zonas (11 , 15) cuyas superficies exteriores (17, 19) tienen unas pendientes de magnitudes P1 , P2; b) Ia estructura del apilado de Ia pieza (10) comprende: b1 ) una pluralidad de telas continuas (31 , 35, 39) que se extienden en las tres zonas mencionadas (11 , 13, 15); b2) una pluralidad de telas (33) que se extienden en Ia primera zona (11 ) y en Ia zona de transición (13), terminando escalonadamente en Ia zona de transición (13) para compensar Ia diferencia de espesor entre Ia primera y Ia segunda zonas (11 , 15) correspondiente a Ia pendiente P1 ; b3) una pluralidad de telas (37) que se extienden en Ia primera zona (11 ) y en Ia zona de transición (13), terminando escalonadamente en Ia zona de transición (13) para compensar Ia diferencia de espesor entre Ia primera y Ia segunda zonas (11 , 15) correspondiente a Ia pendiente P2. 2.- Una pieza (10) según Ia reivindicación 1 , caracterizada porque Ia estructura de su apilado comprende: d ) dos secciones exteriores (21 , 29) con telas continuas (31 , 39) que se extienden en las tres zonas mencionadas (11 , 13, 15) paralelamente a sus superficies; c2) una sección central (25) con telas continuas (35) que se extienden en las tres zonas mencionadas paralelamente a las superficies de Ia primera y Ia segunda zona (11 , 15); c3) dos secciones intermedias (23, 27) entre las secciones exteriores (21 , 31 ) y Ia sección central (25) con telas (33, 37) que extienden en Ia primera zona (11 ) y en Ia zona de transición (13) paralelamente a Ia superficies de Ia primera zona (11 ) y que terminan escalonadamente en Ia zona de transición (13). 3.- Una pieza (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, caracterizada porque Ia diferencia entre los espesores E1 , E2 de Ia primera y Ia segunda zonas (11 , 15) está comprendida en el rango 1.5 -15 mm, 4.- Una pieza (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, caracterizada porque dichas pendientes P1 , P2 son iguales o menores de 1/5. 5.- Una pieza (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, caracterizada porque forma parte del revestimiento de un cajón de torsión de un estabilizador horizontal de una aeronave. 6.- Un procedimiento de fabricación de una pieza (10) según Ia reivindicación 1 , que comprende el apilado de telas de material compuesto sobre un útil de apilado (49) con Ia forma de Ia superficie exterior de Ia pieza (10) y su curado en un dispositivo apropiado, caracterizado porque comprende etapas de apilado de telas continuas (31 , 35. 39) a Io largo de las tres secciones de Ia pieza (11 , 13, 15) y etapas de apilado de telas (33, 37) que terminan escalonadamente en Ia zona de transición (13). 7.- Un procedimiento de fabricación de una pieza (19) según Ia reivindicación 2, que comprende el apilado de telas de material compuesto sobre un útil de apilado (49) con Ia forma de Ia superficie exterior de Ia pieza (5) y su curado en un dispositivo apropiado, caracterizado porque: a) en una primera etapa se apilan las telas (31 ) de Ia sección exterior (21 ); b) en una segunda etapa se apilan las telas (33) de Ia sección intermedia (23); c) en una tercera etapa se apilan las telas (35) de sección central 25); d) en una cuarta etapa se apilan las telas (37) de Ia sección intermedia (27); e) en una quinta etapa se apilan las telas (39) de Ia sección exterior (29). |
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a Ia estructura del apilado de una pieza de material compuesto con un gran cambio de espesor que se fabrica curando en autoclave dicho apilado y, más en particular, a Ia estructura del apilado de una pieza de material compuesto de una estructura aeronáutica.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En Ia industria aeronáutica son bien conocidos procesos de fabricación de piezas que comprenden básicamente una primera etapa de apilado de telas por ATL "Automatic Tape Lay-Up" y una segunda etapa de curado en autoclave.
En Ia etapa de apilado se colocan en un molde/útil de forma apropiada capas de un material compuesto tal como el preimpregnado que es una mezcla de refuerzo fibroso y matriz polimérica susceptible de almacenamiento.
Ese material se puede presentar en diversas formas y en particular en forma de tela. Para las matrices termoendurecibles Ia resina generalmente se cura parcialmente o se lleva mediante otro proceso a una viscosidad controlada, llamada B-etapa.
Las telas de material compuesto no se colocan aleatoriamente sino que se disponen en cada zona en un número y con una orientación de su refuerzo fibroso, típicamente de fibra de carbono, determinados en función de Ia naturaleza y Ia magnitud de los esfuerzos que vaya a soportar Ia pieza en cada zona. Se utilizan para ello generalmente máquinas ATL ("Automatic Tape Lay- up").
Las máquinas de encintado automático son muy eficientes para fabricar laminados planos o sustancialmente planos ya que las pendientes admisibles por dichas máquinas son pequeñas. Esa limitación tiene como consecuencia que en aquellas estructuras aeronáuticas con zonas de distinto espesor haya que extender mucho las rampas de cambio de espesor especialmente cuando las diferencias de espesor son muy acusadas, con el consiguiente impacto en peso.
La presente invención está orientada a Ia solución de ese problema.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un objeto de Ia presente invención es proporcionar una estructura de apilado de una pieza realizada en material compuesto con un gran cambio de espesor entre dos zonas que facilite su optimización en peso y dimensiones.
Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar una estructura de apilado de una pieza realizada en material compuesto con un gran cambio de espesor entre dos zonas que pueda ejecutarse con una máquina ATL.
En un primer aspecto, esos y otros objetos se consiguen proporcionando una pieza con una primera zona de un espesor E1 y una segunda zona de un espesor E2 que está realizada como una pieza unitaria con una zona de transición entre dichas zonas, cuyas superficies exteriores tienen unas pendientes de magnitudes P1 , P2, con un apilado estructurado con:
- Una pluralidad de telas continuas que se extienden en las tres zonas mencionadas.
- Una pluralidad de telas que se extienden en Ia primera zona y en Ia zona de transición, terminando escalonadamente en Ia zona de transición, para compensar Ia diferencia de espesor entre Ia primera y Ia segunda zonas correspondientes por un lado a Ia pendiente P1 y por otro lado a Ia pendiente P2.
En una realización preferente, Ia estructura del apilado comprende:
- Dos secciones exteriores con telas continuas que se extienden en las tres zonas mencionadas paralelamente a sus superficies.
- Una sección central con telas continuas que se extienden en las tres zonas mencionadas paralelamente a las superficies de Ia primera y Ia segunda zona. - Dos secciones intermedias entre las secciones exteriores y Ia sección central con telas que extienden en Ia primera zona y en Ia zona de transición paralelamente a Ia superficie de Ia primera zona y que terminan escalonadamente en Ia zona de transición. Se consigue con ello, una estructura de apilado optimizada para piezas con cambios de espesor como Ia correspondiente a Ia zona de cogida de componentes del borde de salida y/o de ataque en el revestimiento del cajón de torsión de un estabilizador horizontal de cola de una aeronave, al aprovechar Ia rampa que debe existir en Ia cuna de apilado de dicho revestimiento para que haya continuidad aerodinámica entre el revestimiento y el componente del borde de salida y/o de ataque, para configurar una zona de transición optimizada en peso y dimensiones.
En un segundo aspecto, los objetos mencionados se consiguen con procedimientos de fabricación de Ia pieza que comprenden el apilado de telas de material compuesto sobre un útil de apilado con Ia forma de Ia superficie exterior de Ia pieza en distintas etapas, dependientes de Ia estructura del apilado y su curado en un dispositivo apropiado.
Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa del objeto de Ia invención en relación a las figuras adjuntas.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La Figura 1 a es una vista del montaje del cajón de torsión y el borde de salida de un estabilizador horizontal de cola de una aeronave, con un cajón de torsión cuyo revestimiento es una pieza con un gran cambio de espesor y Ia Figura 1 b es una vista parcial de detalle de una zona de cogida del revestimiento del cajón a un componente del borde de salida.
La Figura 2 es una vista en sección transversal de una solución conocida en Ia técnica para montar piezas de material compuesto con grandes cambios de espesor. La Figura 3 es una vista esquemática en sección transversal del montaje de piezas de material compuesto en el que una de las partes es una pieza con grandes cambios de espesor según Ia presente invención.
Las Figuras 4a, 4b, 4c y 4d son vistas esquemáticas del proceso de encintado de una pieza con grandes cambios de espesor según Ia presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención resulta aplicable a piezas fabricadas en material compuesto con grandes cambios de espesor. Como ejemplo de piezas de ese tipo en Ia industria aeronáutica, cabe citar a los revestimientos de los cajones de torsión de los estabilizadores horizontales de cola mostrados en las Figuras 1 a y 1 b en los que hay un gran cambio de espesor entre el revestimiento 5 del cajón propiamente dicho y Ia faldilla 7 de cogida de un panel 9 del borde de salida. En ese caso Ia superficie externa del revestimiento 5 y Ia superficie del panel 9 del borde de salida deben quedar alineados para garantizar Ia continuidad aerodinámica.
Como ya hemos dicho, Ia solución convencional de Ia técnica anterior para poder fabricar unitariamente piezas con zonas de distintos espesor utilizando una máquina ATL es que las rampas de las zonas de transición entre las zonas con distinto espesor sean compatibles con los requerimientos de dichas máquinas.
En el caso que nos ocupa, una alternativa a Ia fabricación de una pieza unitaria con rampas demasiado largas es Ia ilustrada en Ia Figura 2 en Ia que se fabrica Ia faldilla de cogida 7 como una pieza separada del revestimiento 5 para su unión posterior a éste y al panel 9 del borde de salida.
En ese contexto, Ia idea básica de Ia presente invención para conseguir el objetivo de que dicha pieza pueda fabricarse como una pieza unitaria con una transición suave entre las zonas de distinto espesor y limitando al máximo Ia longitud de Ia zona de transición es utilizar el escalón existente en Ia cara externa de las zonas de distinto espesor, es decir en Ia superficie exterior de Ia pieza, para estructurar adecuadamente el apilado de Ia zona de transición.
Siguiendo Ia Figura 3 puede observarse que Ia pieza 10 según Ia presente invención comprende: una primera zona 11 de un espesor E1 , una segunda zona 15 de un espesor E2 y una zona de transición 13 entre ambas cuyas superficies 17, 19, de dimensiones longitudinales L1 , L2, tienen, respectivamente, pendientes P1 , P2.
La estructura del apilado de Ia pieza 10 en una realización preferente de Ia invención ilustrada en Ia Figura 4d es Ia siguiente
- Dos secciones exteriores 21 , 29 con telas continuas 31 , 39 que se extienden en las tres zonas mencionadas 11 , 13, 15 paralelamente a sus superficies, adaptándose pues a las rampas de Ia zona de transición 13.
- Una sección central 25 con telas continuas 35 horizontales que se extienden a Io largo de Ia pieza.
- Dos secciones intermedias 23, 27 entre las secciones exteriores 21 , 31 y Ia sección central 25 con telas 33, 37 horizontales que extienden en Ia primera zona 11 y en Ia zona de transición 13, terminando escalonadamente en Ia zona de transición 13.
Siguiendo las Figuras 4a, 4b, 4c, 4d pueden observarse las etapas básicas que se siguen en el encintado de Ia pieza 10 sobre una cuna de apilado 49 cuya superficie se corresponde con Ia superficie aerodinámica de Ia pieza 10:
- En Ia primera etapa se encintan las telas 31 de Ia sección 21 que siguen Ia geometría exterior de Ia pieza 10 y de Ia cuna de apilado 49. Las telas pueden ser apiladas por una máquina ATL puesto que Ia pendiente P1 es compatible con sus requerimientos.
- En Ia segunda etapa se encintan las telas 33 de Ia sección 23. Como se ilustra en las Figuras 4a, 4b se van "matando" telas 33 en Ia zona de transición 13 provocando una primera disminución de espesor en Ia pieza 10 correspondiente al escalón conformado en Ia cuna 49.
- En Ia tercera etapa se encintan las telas 35 de Ia sección central 25. - En Ia cuarta etapa se encintan las telas 37 de Ia sección 27. Como se ilustra en las Figuras 4c, 4d se van "matando" telas 37 en Ia zona de transición 13 conformando un escalón y provocando una segunda disminución de espesor en Ia pieza 10. El perímetro de estas telas no coincide en planta con el perímetro de las telas "muertas" en Ia segunda etapa. La "muerte" de estas telas se intercala por tanto entre Ia "muerte" de las telas de Ia segunda etapa.
- En Ia quinta etapa se encintan las telas 39 de Ia sección 29. Las telas pueden ser apiladas por una máquina ATL.
En otras realizaciones del apilado podría haber telas continuas 31 , 35, 39 continuas intercaladas entre las telas 33, 37 que mueren en Ia zona de transición 13 en cuyo caso Ia máquina ATL irá apilando sucesivamente sobre Ia cuna de apilado 49 tanto las telas continuas 31 , 35, 39 a Io largo de las tres zonas 11 , 13, 15 como las telas 33, 37 que "mueren" en Ia zona de transición 13. Como ya hemos dicho, en Ia ejecución del apilado se procedería en primer término a ir matando telas contra Ia rampa 17 y una vez que el apilado haya superado el espesor de Ia segunda parte 15 continuar matando telas por el otro lado (el de Ia rampa 19) hasta conseguir el espesor de Ia primera pieza 11.
Las pendientes P1 , P2 de las superficies 17, 19 de Ia zona de transición 13 deben ser iguales o menores de Ia máxima pendiente admisible para un encintado con una máquina ATL que actualmente puede cifrarse en 1/5.
En el caso de que Ia pieza 10 se corresponda con Ia zona de cogida del revestimiento del cajón de torsión de un estabilizador horizontal de cola a un componente del borde de ataque o del borde de salida ilustrada en Ia Figura 2, si el panel 9 tiene, por ejemplo, un espesor de 3,5 mm, eso determina que, considerando como máxima pendiente admisible para una máquina ATL una pendiente de 1/5 Ia longitud L1 de Ia superficie 17 de Ia zona de transición 13 sea de 17,5 mm. A partir de ahí, Ia longitud L2 y pendiente P2 de Ia superficie 19 vienen determinadas por Ia diferencia de espesores del revestimiento 5 y Ia zona de cogida 7.
En el tipo de piezas que estamos considerando, Ia zona de transición 13 tiene normalmente Ia forma representada en las Figuras 4a-4b con sus dos superficies en rampa 17, 19 dentro de una zona de transición de longitud L porque Ia diferencia de espesores del revestimiento 5 y Ia zona de cogida 7 permite que Ia pendiente P2 sea igual o menor que P1. Ello es deseable porque se optimiza Ia longitud de Ia zona de transición ya que las rampas no son aptas para Ia unión de otras piezas como por ejemplo largueros en el caso que nos ocupa. Ahora bien, si Ia diferencia de espesores Io exigiera Ia rampa 19 podría tener una mayor extensión longitudinal que Ia rampa 17.
Se considera que Ia presente invención es aplicable para piezas en las que Ia diferencia entre el espesor E1 de Ia primera zona 11 y el espesor E2 de Ia segunda zona 15 está comprendido en el rango 1.5 - 15 mm.
En las realizaciones preferentes que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.