COMPONENTES TUBULARES PARA FUSELAJES AERONáUTICOS Y PROCEDIMIENTOS Y úTILES PARA SU FABRICACIóN

CAMPO DE LA INVENCIóN

La presente invención se refiere a componentes tubulares de tipo cilindrico ó tronco-cónico de fuselajes aeronáuticos en materiales compuestos formados por un revestimiento exterior sin juntas, elementos rigidizadores longitudinales y cuadernas transversales y a procedimientos y útiles para su fabricación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIóN

En Ia industria aeronáutica el peso es un aspecto primordial, motivo por e! cual las estructuras optimizadas fabricadas con materiaies compuestos prevalecen sobre las metálicas.

La integración de piezas menores en un conjunto mayor empleando un menor número de operaciones y Ia simplificación del proceso de montaje de las siguientes piezas supone por Io general una gran reducción del número de piezas, del peso de Ia estructura, y de los tiempos y costes necesarios para !a fabricación.

Las máquinas de encintado automático de fibra de carbono representan un gran avance respecto a Ia operación manual y permiten encintar de manera precisa grandes superficies como las aeronáuticas. En todo caso, Ia fabricación de secciones completas de fuselajes de avión en materiales compuestos es problemática dadas sus dimensiones y por ello ha merecido Ia atención de Ia técnica, que ha hecho varias propuestas al respecto.

Una de ellas, descrita en Ia patente US 6,612,258 BI ₁ consiste en Ia fabricación de secciones completas de fuselajes con rigidizadores longitudinales y cuadernas transversales (y otros componentes) sin utilizar autoclave para poder fabricar secciones de dimensiones mayores de las que

podrían fabricarse utilizando autoclaves de dimensiones convencionales. Esta propuesta implica, por un lado, Ia utilización de técnicas de curado fuera de autoclave y, por otro, un utillaje complicado, que dificultan su aplicación.

Otra propuesta descrita en Ia solicitud de patente WO 2006/001860 A2 consiste en Ia fabricación en una primera fase de secciones de fuselajes integrando ios rigidizadores longitudinales y curando el material compuesto en autoclave, e incorporando las cuadernas transversales en una segunda fase.

Este procedimiento requiere mucho utillaje y tiene una larga duración.

SUMARIO DE LA INVENCIóN

Un objeto de Ia presente invención es proporcionar un componente tubular para un fuselaje aeronáutico que facilite Ia incorporación posterior de las cuadernas transversales, simplificando consiguientemente Ia fabricación del fuselaje.

Otro objeto de ia presente invención es proporcionar un procedimiento eficaz para Ia fabricación del componente mencionado.

Otro objeto de Ia presente invención es proporcionar un útii para llevar a cabo el procedimiento mencionado que no necesite desmontarse en cada ciclo de ejecución para poder retirar el componente tubular.

Esos y otros objetos de Ia presente invención se consiguen mediante un componente de forma tubular para un fuselaje aeronáutico realizado en materiales compuestos que comprende un revestimiento exterior sin juntas de forma cilindrica o tronco-cónica, una pluralidad de elementos rigidizadores dispuestos longitudinalmente en el interior de dicho revestimiento exterior y una pluralidad de elementos de amarre de otros elementos a incorporar ulteriormente, dispuestos transversalmente entre dichos elementos rigidizadores.

Ese componente se faorica mediante un procedimiento que comprende las siguientes etapas:

- Proporcionar un útil con una superficie exterior de forma similar a ¡a superficie interior del componente tubular incluyendo cajeados para albergar los elementos rigidizadores y los elementos de amarre.

- Proporcionar los elementos rigidizadores y los elementos de amarre y colocarlos en dichos cajeados.

- Laminar el revestimiento exterior sobre el útil.

- Aplicar un ciclo de curado en autoclave al conjunto del útil y el componente tubular conformado sobre él, provisto de una membrana de curado. - Extraer el componente tubular mediante un movimiento longitudinal tras el desplazamiento de aquellos elementos del útil que Io impiden.

A su vez, Ia invención proporciona un útil para Ia puesta en práctica de dicho procedimiento que comprende un cuerpo soporte y una pluralidad de paneles desplazables entre una posición extendida y una posición retraída en ambos sentidos, que están configurados de manera que:

- La superficie exterior del útil con los paneles en posición extendida tiene una forma similar a Ia de la superficie interior del componente tubuíar inciuyendo cajeados para albergar los elementos rigidizadores y los elementos de amarre. - Los paneles puedan desplazarse desde Ia posición extendida hasta ia posición retraída sin interferir con ningún elemento del componente tubular.

Otras características y ventajas de Ia presente invención se desprenderán de Ia descripción detallada que sigue de realizaciones ilustrativas de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.

DESCRIPCIóN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista esquemática de una sección transversal αe un componente iuouiar según ¡a préseme invención íormaαo por un revestimiento, rigidizadores longitudinales y amarres transversales de cuadernas.

La Figura 2 muestra vistas laterales esquemáticas de componentes tubulares de tipo cilindrico ó tronco-cónico ilustrando las direcciones longitudinales y transversales que se mencionan en !a descripción de Ia presente invención. La Figura 3 muestra una vista en perspectiva de un sector de un componente tubular según Ia presente invención formado por un revestimiento, rigidizadores longitudinales y amarres transversales de cuadernas.

La Figura 4 muestra una vista en perspectiva de un sector de un panel del útil objeto de Ia presente invención en Ia que se pueden observar los cajeados en los que se introducen los hgϊdizadores longitudinales y los amarres transversales de cuadernas.

La Figura 5 muestra una vista esquemática del útil objeto de Ia presente invención donde se aprecian e! cuerpo soporte y los paneles integrantes de! mismo, tres de ellos en posición extendida y uno en posición retraída. La Figura 6 ilustra Ia colocación de los rigidizadores longitudinales, los amarres transversales de cuadernas y los machos auxiliares en ios correspondientes cajeados del útil objeto de Ia presente invención.

La Figura 7 ilustra un supuesto de incompatibiiidad entre ía forma del rigidizador longitudinal y Ia configuración de un panel del útil, ya que una parte del rigidizador intersecta Ia dirección de retracción del panel e impide este movimiento.

La Figura 8 muestra el proceso de encintado de! revestimiento sobre el útil objeto de Ia presente invención.

La Figura 9 muestra una vista esquemática del útil objeto de Ia presente invención sobre el cua! se sitúan el componente tubular y Ia membrana exterior de curado de materiales compuestos.

La Figura 10 muestra una vista esquemática de los paneles del útil objeto de Ia presente invención retraídos en una magnitud mayor que Ia altura de ios rigidizadores iongitudinaies y ¡os amarres transversaies de cuadernas. La Figura 11 muestra vistas esquemáticas del proceso de extracción de componentes tubulares de tipo cilindrico ó tronco-cónico del útil.

La Figura 12 muestra una vista esquemática del útil objeto de ¡a presente invención sobre el cuai se muestra una posible configuración de las zonas del cuerpo soporte en contacto con el componente tubular, su dirección de desmontaje y las regiones del útil que son ocupadas por los paneles retraíbles.

La Figura 13 muestra dos vistas de una sección esquemática del útil objeto de Ia presente invención ilustrativas de una posible configuración constructiva de! mismo. En Ia primera vista se muestra el útil con los paneles en posición extendida ilustrando Ia interfase donde se realiza Ia retención de resina y la zona donde se realiza ia estanqueidad al vacío. En ia segunda vista se muestra ei útil con ios paneles en posición retraída ilustrando el modo en el que se lleva a cabo Ia extracción del componente tubular evitando el obstáculo que representan ios amarres transversales de cuadernas.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN

Describiremos seguidamente una realización de Ia invención en relación a un componente de forma tubular 19 de tipo cilindrico o troncocónico en material compuesto formado por un revestimiento 1 , una pluralidad de elementos rigidizadores 2 en forma de omega dispuestos longitudinalmente y una pluralidad de elementos de amarre 3, con forma de perfiles en I, dispuestos transversalmente.

A los efectos de la presente invención, el término elemento rigidizador comprende cualquier elemento integrado con el revestimiento 1 con función rigidizadora y dispuesto en Ia dirección indicada por Ia fecha 4 de Ia Figura 2, es decir en una dirección paralela al eje del componente tubular 19.

A los efectos de Ia presente invención, el término elemento de amarre 3 comprende cualquier elemento integrado con el revestimiento con función de soporte de un elemento estructural tal como una cuaderna a incorporar posteriormente y dispuesto, normalmente, en una dirección paralela a Ia dirección indicada por Ia flecha 5 de Ia Figura 2, aunque, como bien comprenderá el experto en ia materia, no necesariamente tendrían estar

dispuestos en una dirección estrictamente perpendicular a Ia de ios elementos rigidizadores sino que serían admisibles ciertas desviaciones.

En los efectos de Ia presente invención, se entiende por material compuesto cualquier material consistente en fibras o haces de fibra embebidos en una matriz de resina termoestable o termoplástica y en particular los basados en resinas epoxídicas y fibras de carbono.

El útil 18 consta, básicamente, de un cuerpo soporte 12 sobre el cual se sitúan varios paneles móviles 9 que, en posición extendida 10, presentan exteriormente Ia geometría interna del componente tubular 19 a fabricar. Los paneles 9 se pueden retraer en Ia dirección indicada por Ia fecha 11 a voluntad hasta una posición 10' en Ia cua! no hay obstáculos para Ia extracción del componente tubular 19 ya curado en Ia dirección de Ia flecha 17.

El proceso de fabricación se basa en situar los elementos rigidizadores

2 en los cajeados 7 y los elementos de amarre 3 en los cajeados 8 del útil 18. Si los elementos rigidizadores 2 tienen forma de omega como se muestra en las Figuras ú otra forma cerrada y el encintado del revestimiento 1 se hace con un máquina de cabezal presionante 13, en el interior de los elementos rigidizadores 2 se disponen unos machos auxiliares 14 para que Ia geometría resultante sea Ia superficie sobre Ia cual encintar el material compuesto que constituye el revestimiento 1. En esta fase del procedimiento, el útil 18 mantiene los paneles 9 en posición extendida 10.

A continuación se encinta el revestimiento 1 sobre Ia superficie resultante. Cuando en el proceso de encintado se emplea una máquina automática, se produce un movimiento relativo (flecha 15, Figura 8) entre eí útil 18 y el cabezal 13 para depositar el materia! compuesto 16 del revestimiento 1.

Para poder curar el componente tubular 19 sobre el útil 18 empleando presión y temperatura se sitúa una membrana 20 exteriormente y se sella al cuerpo de soporte 12 del útil 18.

Tras el proceso αe curado que se lleva a caoo αe forma convencional en un autoclave, hay que extraer e¡ componente tubular 19 del útil 18. Para esto se desplazan los paneles 9 a su posición retraída 10' de manera que los elementos rigidizadores 2 y los elementos de amarre queden fuera de sus

cajeados 7 y 8 y no obstaculicen Ia extracción en la dirección indicada por Ia fecha 17 en Ia Figura 11.

En Ia realización mostrada en las Figuras 5-10, el útil 18 comprende cuatro paneles 9 de forma sectorial que, en posición extendida, ocupan Ia mayor parte de Ia superficie exterior del útil 18 y un cuerpo soporte 12 con cuatro zonas cuyas partes extremas 31 ocupan el resto de Ia superficie exterior del útil 18. En esta realización, es posible extraer é! componente tubular 19 tras retraer los paneles 9 a pesar de estar en contacto con dichas zonas 31 porque, por ejemplo, dicho componente tubular tiene una forma cónica que ío hace posible o porque se puede llevar a cabo Ia extracción flexionando el componente tubular 19 en las zonas liberadas de contacto tras la retracción de los paneles 9.

En Ia realización mostrada en Ia Figura 12, el cuerpo soporte 12 del útil 18 comprende tramos desmontables 25 entre cada dos paneles 9. En este caso, los paneles móviles 9 en posición extendida 10 junto con Ia totalidad de los tramos desmontables 25 presentan exteriormente Ia geometría interna del componente tubular 19 a fabricar. Al igual que en la realización descrita anteriormente los paneles 9 se pueden retraer en Ia dirección indicada por Ia fecha 11 a voluntad hasta una posición 10' en Ia cual no hay obstáculos para Ia extracción del componente tubular 19 ya curado en la dirección de Ia flecha 17 y, a diferencia de ella, los tramos desmontables 25 se pueden desplazar respecto a! cuerpo soporte 12 en Ia dirección indicada por Ia fecha 26 hasta una posición donde no representan un obstáculo para Ia extracción del componente tubular 19. En ambas realizaciones los cajeados 8 de ¡os elementos de amarre solo pueden estar situados en los paneles 9.

El movimiento de retracción de los paneles 9 en el sentido indicado por Ia flecha 11 (ver Figura 5) debe ser guiado por elementos fijos en el cuerpo sopoπe 12 para asegurar una correcta posición üe encintado y un movimiento libre de colisiones. La dirección de retracción 11 de los paneles 9 condiciona el diseño de los cajeados 7 y 8 y a su vez el diseño de los elementos rigidizadores 2 y los elementos de amarre 3. Como se ilustra en Ia Figura 7, Ia

forma del elemento rigidizador 23 representado en esa figura interferiría con el movimiento de retracción de los paneles 9 en Ia dirección indicada por Ia fecha 11 e impediría Ia extracción del componente tubular 19. En términos positivos, las formas admisibles de los rigidizadores 2 serían todas aquellas que, tomando una dirección de retracción radial 24 coincidente en una realización de ¡a presente invención con la bisectriz del sector ocupado por cada panel 9 y perpendicular al eje de rotación 15 del útil 18, tuvieran una superficie que quedara completamente iluminada por un hipotético foco situado en el infinito según dicha dirección 24 que proyectara luz hacia el elemento rigidizador 2 contra el panel 1.

Por su parte, Ia dirección de retracción 11 de los paneles 9 viene condicionada por su número y el sector angular que cubre cada uno.

El cuerpo soporte 12 del útil 18 es el elemento que sujeta los paneles 9 en posición correcta durante el curado. Ei sellado de las interfases 29 entre los paneles 9 y el cuerpo soporte 12 ó los tramos desmontables 25, o entre éstos y el cuerpo soporte 12 no es crítico para el proceso de curado de! material compuesto y tan sólo requiere limitar el flujo de Ia resina líquida al interior de los vanos 27 del cuerpo soporte 12 para no bloquear la movilidad de las partes durante e! proceso. El cuerpo soporte 12 sí debe ser estanco al aire en condiciones de curado de materiales compuestos y por ello Ia membrana de curado 20 se sella contra el soporte 12 en zonas 28 manteniendo confinados todos los demás elementos móviles en contacto con el material compuesto. Puesto que el cuerpo soporte 12 no es un elemento con partes móviles, no hay que reponer juntas de estanqueidad con cada ciclo de fabricación. En cuanto al desplazamiento de los paneles 9 entre Ia posición extendida 10 -en ¡a que se llevan a cabo ías operaciones de encintado y curado del componente tubular 19- y Ia posición retraída 10' -en Ia que se extrae el componente tubular- puede realizarse por ejemplo neumáticamente conectanαo unos coicnones neumáticos 21 a unas conducciones 22 interiores al cuerpo soporte 12 a través de juntas de estanqueidad permanentes.

En una realización preferente, ei encintado se hace con una máquina de "fibre placement" y moviendo giratoriamente el útil 18 en torno a su eje en el sentido indicado por Ia flecha 15.

En esta etapa hay que mantener bien sujetos y posicionados los rigidizadores 2 y los amarres de cuadernas 3 mientras se producen los giros y antes de que estén unidos al revestimiento 1 mediante, por ejemplo, varias bandas abrazando al útil 18. Si los elementos rigidizadores 2 tuvieran formas cerradas que, como se ha mencionado anteriormente, requirieran Ia utilización de machos auxiliares 14 estos elementos también deberían ser sujetos por dichas bandas.

En las realizaciones de Ia invención que acabamos de describir pueden introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido por las siguientes reivindicaciones.