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 (5) fabricada a partir de un apilado de telas de material compuesto que incluye una rampa (13) entre una primera zona (11 ) y una segunda zona (15) caracterizada porque, desde su cara exterior (21 ) a su cara interior (23), su estructura comprende: - una primera sección (31 ) formada por al menos dos telas continuas (41 ) que se extienden paralelamente a Ia cara exterior (21 ) de Ia pieza (5), estando comprendida Ia pendiente de Ia cara exterior (25) de Ia rampa (13) entre el 20% y el 50%; - una cuña (33) con forma de prisma triangular dispuesta sobre dicha primera sección (31 ) y con su cara mayor (27) dimensionada de manera que forme una rampa con una pendiente inferior al 20% terminando al comienzo de dicha segunda zona (15); - una segunda sección (35) formada por una pluralidad de telas continuas (45) que se extienden paralelamente a Ia superficie delimitada por dicha primera sección (31 ) con dicha cuña (33) dispuesta sobre ella. 2.- Una pieza (5) según Ia reivindicación 1 , caracterizada porque Ia pendiente de Ia cara exterior (25) de Ia rampa (13) está comprendida entre el 20% y el 35% y Ia pendiente de Ia cara mayor (27) de Ia cuña (33) es inferior al 15%. 3.- Una pieza (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, caracterizada porque dicha cuña (33) está realizada en un material compuesto que se cura en el mismo ciclo que Ia pieza (5). 4.- Una pieza (5) 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. 5.- Un procedimiento de fabricación de una pieza (5) según cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, que comprende el apilado de telas de material compuesto sobre un útil de apilado (39) con Ia forma de Ia cara exterior de Ia pieza (5) y su curado en un dispositivo apropiado, caracterizado porque: a) en una primera etapa se apilan las telas (41 ) de Ia primera sección (31 ) con una máquina ATL y se compactan manualmente; b) en una segunda etapa de se coloca Ia cuña (33); c) en una tercera etapa se apilan y compactan las telas (45) de Ia segunda sección (35) con una máquina ATL. |
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a Ia estructura del apilado de una pieza de material compuesto con una rampa entre dos zonas 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 las pendientes admisibles por dichas máquinas son pequeñas.
Sin embargo, hay estructuras aeronáuticas que incluyen rampas en las que si bien sería deseable, desde un punto de vista de diseño, que tengan pendientes superiores a las admisibles por las máquinas ATL, se diseñan finalmente con unas pendientes más suaves para adaptarse a los condicionantes de Ia fabricación con esas máquinas, Io que tiene diversos inconvenientes a cuya solución está orientada Ia presente invención.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Un objeto de Ia presente invención es proporcionar una estructura de apilado de una pieza realizada en material compuesto cuya configuración incluya una rampa entre dos zonas y que permita su fabricación utilizando una máquina ATL aunque Ia pendiente de Ia rampa sea superior a Ia requerida por Ia utilización de ese tipo de máquina.
Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar una estructura de apilado de una pieza realizada en material compuesto cuya configuración incluya una rampa entre dos zonas que facilite su fabricación utilizando una máquina ATL sin variaciones en Ia configuración de Ia rampa que impliquen aumentos de peso.
Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar una estructura de apilado de una pieza realizada en material compuesto cuya configuración incluya una rampa entre dos zonas que facilite su fabricación utilizando una máquina ATL sin variaciones en Ia configuración de Ia rampa que condicionen Ia unión a Ia pieza de elementos adicionales.
En un primer aspecto, esos y otros objetos se consiguen mediante una pieza fabricada a partir de un apilado de telas de material compuesto que incluye una rampa entre una primera zona y una segunda zona, generalmente de menor longitud que Ia primera zona, cuya estructura comprende desde su cara exterior a su cara interior:
- Una primera sección formada por al menos dos telas continuas que se extienden paralelamente a Ia cara exterior de Ia pieza estando comprendida Ia pendiente de Ia cara exterior de Ia rampa entre el 20% y el 50%.
- Una cuña con forma de prisma triangular dispuesta sobre dicha primera sección y con su cara mayor dimensionada de manera que forme una rampa con una pendiente inferior al 20% terminando al comienzo de dicha segunda zona.
- Una segunda sección formada por una pluralidad de telas continuas que se extienden paralelamente a Ia superficie delimitada por dicha primera sección con dicha cuña dispuesta sobre ella.
En una realización preferente de Ia presente invención, Ia pendiente de Ia cara exterior de Ia rampa está comprendida entre el 20% y el 35% y Ia pendiente de Ia cara mayor de Ia cuña es inferior al 15%. Se consigue con ello una estructura de apilado aplicable a buena parte de las piezas de material compuesto de estructuras aeronáuticas diseñadas con rampas.
En una realización preferente de Ia presente invención, Ia pendiente de Ia cara exterior de Ia rampa está comprendida entre el 20% y el 35% y Ia pendiente de Ia cara mayor de Ia cuña es inferior al 15%. Se consigue con ello una estructura de apilado aplicable a buena parte de las piezas de material compuesto diseñadas con rampas.
En otra realización preferente de Ia presente invención, dicha cuña está realizada en un material compuesto que se cura en el mismo ciclo que Ia pieza. Se consigue con ello facilitar su fabricación.
En un segundo aspecto, se proporciona un procedimiento de fabricación de Ia pieza mencionada que comprende el apilado de telas de material compuesto sobre un útil de apilado con Ia forma de Ia cara exterior de Ia pieza y su curado en un dispositivo apropiado mediante el cual:
- En una primera etapa se apilan las telas de Ia primera sección con una máquina ATL y se compactan manualmente. - En una segunda etapa de se coloca Ia cuña.
- En una tercera etapa se apilan y compactan las telas de Ia segunda sección con una máquina ATL.
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 es una vista esquemática en sección de una pieza de material compuesto con una rampa entre dos zonas cuya parte superior ilustra Ia estructura deseable desde el punto de vista de diseño y su parte inferior ilustra
Ia estructura utilizada para adaptarse a los condicionantes exigidos por Ia utilización de una máquina ATL en Ia etapa de encintado de Ia pieza.
La Figura 2 es una vista esquemática en sección de Ia misma pieza de Ia Figura 1 con unos elementos rigidizadores para ilustrar uno de los problemas planteados por Ia técnica conocida en las piezas con rampas.
La Figura 3a es una vista de un estabilizador horizontal de cola de una aeronave con un cajón de torsión cuyo revestimiento es una pieza con una rampa entre dos zonas y Ia Figura 3b es una vista parcial de detalle de una zona de cogida de un componente del borde de salida. La Figura 4 es una vista esquemática en sección transversal de Ia estructura de una pieza con una rampa entre dos zonas según Ia presente invención.
Las Figuras 5a, 5b y 5c son vistas esquemáticas del proceso de encintado de una pieza con una rampa entre dos zonas según Ia presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención resulta aplicable a piezas fabricadas en material compuesto con una rampa como las piezas 3, 3' ilustradas en las Figuras 1 y 2 con una rampa 13 entre dos zonas 1 1 , 15. En esas Figuras también se representa una pieza 7, de menor espesor que las piezas 3, 3' que debe unirse a ellas en Ia zona 15 quedando su cara exterior alineada con Ia de Ia zona 1 1. 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 3a y 3b en los que Ia zona 11 de las piezas 3, 3' se correspondería con el revestimiento 5 del cajón propiamente dicho y Ia zona 15 Io haría con Ia faldilla 7 de cogida de componentes 9 del borde de ataque y del borde de salida que, a su vez, se corresponderían con Ia pieza 7. Las rampas 13, 13' vienen determinadas por Ia diferencia de espesor entre Ia pieza 7 y las piezas 3, 3' para que Ia cara exterior de Ia zona 11 de las piezas 3, 3' y Ia cara exterior de Ia pieza 7 tenga una continuidad aerodinámica apropiada.
Las piezas 3 y 3' de las Figuras 1 y 2 muestran, respectivamente, Ia estructura que resulta deseable desde el punto de vista de diseño y Ia estructura fabricable correspondiente siguiendo Ia técnica conocida. En el supuesto mostrado en Ia Figura 1 , puede observarse que un problema planteado por Ia pieza 3' cuya estructura incluye una rampa suavizada 13' respecto a Ia rampa 13 de Ia pieza 3, que tiene una pendiente mayor, es el aumento de peso correspondiente a Ia zona sombreada 19.
En el supuesto mostrado en Ia Figura 2, puede observarse que Ia problemática planteada por Ia pieza 3' cuya estructura incluye una rampa suavizada 13' respecto a rampa 13 de Ia pieza 3, que tiene una pendiente mayor, comprende, además del mismo problema de aumento de peso que en el caso anterior, el problema de que Ia ubicación de Ia parte final de Ia zona 15 entra en conflicto con el elemento rigidizador 17 con forma de T unido a Ia pieza 7 y el problema de que Ia extensión de Ia zona en rampa hacia Ia zona 15 de Ia pieza 3' dificulta el montaje en su cara interior de paneles o tapas mecanizadas ya que resulta problemático hacerlo en superficies inclinadas.
De Io anterior se deduce que resultaría deseable poder fabricar piezas en material compuesto con rampas que tengan una pendiente superior a Ia exigida por una máquina ATL en su cara exterior para evitar los inconvenientes mencionados.
Según Ia presente invención, ello se resuelve con una pieza 5 con una rampa 13 entre dos zonas 1 1 , 15 en Ia que Ia pendiente de Ia cara exterior 25 de Ia zona en rampa está comprendida, conforme a los requerimientos de diseño, entre el 20% y el 50% y cuya estructura comprende, como se muestra en Ia
Figura 4: - Una primera sección 31 formada por un número reducido de telas que se extienden paralelamente a Ia cara exterior 21 de Ia pieza 5.
- Una cuña 33 con forma de prisma triangular dispuesta sobre dicha primera sección 31 cuya cara mayor 27 forma una rampa con una pendiente menor de 20% y termina al comienzo de Ia segunda zona 15 de Ia pieza 5.
- Una segunda sección 35 formada por una pluralidad de telas continuas que se extienden paralelamente a Ia superficie delimitada por dicha primera sección 31 con dicha cuña 33 dispuesta sobre ella.
Como se puede observar en Ia Figura 4 las dos caras menores de Ia cuña 33 delimitan una superficie quebrada paralela a Ia de Ia cara externa 21 de Ia pieza 5 y su cara mayor 27 tiene un pendiente compatible con los requerimientos de Ia máquina de encintado para su correcto funcionamiento. Así pues, su función es transformar Ia pendiente muy inclinada de Ia cara 25 de Ia rampa en Ia pendiente más suave de Ia cara 27 de Ia cuña 33 para facilitar el apilado de las telas de Ia segunda sección 35 con una máquina ATL. Por otra parte, puede observarse que Ia cara interna 23 de Ia pieza 5 es una superficie óptima para el montaje de elementos que deben apoyarse en ella.
Preferentemente Ia cuña 33 se realiza con un "roving" de fibra de carbono que se cura en el mismo ciclo de Ia pieza. En otras realizaciones Ia cuña 33 puede estar realizar con materiales tales como por ejemplo fibra de vidrio.
En otra realización preferente de Ia presente invención Ia pendiente de Ia cara exterior 25 de Ia zona en rampa está comprendida entre el 20% y el 35% y Ia pendiente de Ia cara mayor de Ia cuña 33 es menor del 15%.
Siguiendo las Figuras 5a, 5b, 5c pueden observarse las tres etapas básicas que se siguen en el encintado de Ia pieza 5:
- En Ia primera etapa se encintan las telas 41 de Ia sección 31 que siguen Ia geometría exterior de Ia pieza 5 y de Ia cuna de apilado 39. Las telas pueden ser apiladas por una máquina ATL pero deben de ser compactadas manualmente ya Ia máquina no puede hacerlo correctamente dada Ia pendiente de Ia rampa. - En Ia segunda etapa se coloca Ia cuña 33. La ubicación de Ia cuña 33 en el interior de Ia pieza 5 evita problemas de acabado superficial y de agrietamiento que tendrían lugar si estuviera ubicada en el exterior de Ia pieza 5.
- En Ia tercera etapa se encintan las telas 45 de Ia sección 35 utilizando normalmente una máquina ATL.
En las realizaciones preferentes que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.