ES2398985B1 - Dispositivos de transferencia de carga en la terminación de un larguerillo. - Google Patents

Dispositivos de transferencia de carga en la terminación de un larguerillo. Download PDF

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Abstract

Dispositivos de transferencia de carga en la terminación de un larguerillo. El larguerillo (16) está configurado por un alma (31) y un pié (33) y los dispositivos de transferencia de carga comprenden dos abrazaderas (40, 40?) configuradas como piezas unitarias por unas almas (41, 41?) de unión a los dos lados del alma (31) del larguerillo en dicha zona de terminación y pies (43, 43?) con una primera sección (45, 45?) de unión a cada lado del pié (33) del larguerillo en dicha zona de terminación y una segunda sección (47, 47?) de unión al revestimiento. La invención también se refiere a un componente de una aeronave realizado con un material compuesto que usa dichos dispositivos en las zonas de terminación de los larguerillos.

Description

Dispositivos de transferencia de carga en la terminación de un larguerillo
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a dispositivos de transferencia de carga en la terminación de un larguerillo en piezas de material compuesto rigidizadas con larguerillos y, más particularmente, en piezas de material compuesto pertenecientes a superficies sustentadoras de aeronaves.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La estructura principal de las superficies sustentadoras de una aeronave está constituida por un borde de ataque, un cajón de torsión, un borde de salida, una raíz de unión y una punta. El cajón de torsión está constituido por varios elementos estructurales: revestimientos superior e inferior rigidizados por larguerillos por un lado, largueros y costillas por otro lado. Los elementos estructurales que forman un cajón de torsión se fabrican, típicamente, por separado y se unen con la ayuda de un utillaje complicado para alcanzar las tolerancias requeridas que vienen dadas por lo requerimientos aerodinámicos, estructurales y de ensamblaje.
En la actualidad y particularmente en la industria aeronáutica se utilizan de forma masiva materiales compuestos de matriz orgánica y fibras continuas, especialmente CFRP (Fibra de Carbono Reforzada con Plástico) en una gran diversidad de elementos estructurales. Por ejemplo, todos los elementos constituyentes de los cajones de torsión anteriormente citados (costillas, larguerillos, largueros y revestimientos) pueden ser fabricados usando CFRP.
Los revestimientos que forman parte de los cajones de torsión están reforzados mediante larguerillos longitudinales en sentido de la envergadura que mejoran tanto la resistencia como el comportamiento a pandeo de los revestimientos, teniendo diferentes secciones transversales tales como secciones transversales con forma de “T”, “I” o “J”. La altura completa del larguerillo favorece la estabilidad del panel gracias a la mayor inercia del elemento rigidizador.
Típicamente los larguerillos están dispuestos paralelamente entre ellos formando un cierto ángulo tanto con el largueros frontal como con el larguero posterior. Esta configuración permite orientar los larguerillos en la dirección principal de carga, así como incrementar su número en la zona de mayor responsabilidad estructural.
Esta configuración de larguerillos en paralelo, junto con el hecho de que ambos largueros no son paralelos entre sí provoca que cuando los larguerillos se acercan a un larguero son interrumpidos por la presencia de dicho larguero.
El fin de un larguerillo, bien por encontrarse con el larguero frontal o bien por cualquier otra razón, causa una redistribución de las cargas soportadas por el larguerillo y el revestimiento antes de su terminación en el panel del revestimiento (no rigidizado) posterior a su terminación. Esto tiene dos efectos principales:
-
Mientras que la flexión hacia arriba o hacia abajo del revestimiento rigidizado produce casos de tensión y compresión, este cambio discreto en la disposición estructural del revestimiento en la terminación del larguerillo (“runout”) causa un momento en la terminación del larguerillo que tiende a pelar la línea de unión entre el larguerillo y el revestimiento.
-
Al mismo tiempo, la redistribución de la carga tiene que tener lugar a través de la línea de unión para pasar la carga llevada por el larguerillo al revestimiento posterior a la terminación del larguerillo. En caso de altos niveles de carga (como los experimentados en un ala) esto ocasiona que la resistencia de la línea de unión resulta comprometida por tales altas cargas.
Un enfoque conocido para reducir la redistribución de la carga en la terminación de un larguerillo, descrito por ejemplo en US 4,606,961 y US 7,682,787 es reducir progresivamente la carga llevada por el larguerillo antes de su terminación mediante la reducción de su sección transversal (reduciendo la altura y/o el espesor) lo que compromete la estabilidad a pandeo del panel del revestimiento anterior a la terminación del larguerillo que solo puede ser contrarrestado por un incremento del espesor de este panel previo. Este incremento de peso es un inconveniente de este enfoque.
WO 2008/132498 describe una propuesta que, junto con el uso de un larguerillo con un alma recordada en su terminación, incluye una extensión embebida en un hueco del panel que sobresale inferiormente respecto a la base del larguerillo y se extiende más allá del final del alma y alas del larguerillo. El principal inconveniente de esta propuesta es que implica problemas serios de fabricación.
La presente invención está orientada a la solución de estos inconvenientes.
ES 2 398 985 Al
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar un montaje en la terminación de un larguerillo en un revestimiento rigidizado de un cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave, particularmente un ala, realizado en material compuesto, particularmente CFRP, que sea capaz de transferir las cargas al revestimiento evitando riesgos de pelado y desunión.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un montaje en la terminación de un larguerillo en un revestimiento rigidizado de un cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave, particularmente un ala, realizado en material compuesto, particularmente CFRP, que sea capaz de transferir las cargas al revestimiento evitando la pérdida de estabilidad al pandeo en los paneles circundantes.
En un aspecto, estos y otros objetos se consiguen con un dispositivo para transferir la carga de un larguerillo al revestimiento en la zona de terminación del larguerillo, estando configurado el larguerillo por un alma y un pié, que comprende dos abrazaderas configuradas como piezas unitarias por unas almas de unión a los dos lados del alma del larguerillo en dicha zona de terminación y pies con una primera sección de unión a cada lado del pié del larguerillo en dicha zona de terminación y una segunda sección de unión al revestimiento.
En realizaciones de la presente invención, en la sección final de dicha zona de terminación el larguerillo incluye un alma recortada y un pié ensanchado y las abrazaderas también incluyen almas recortadas y pies ensanchados. Es importante indicar que, debido a la función de las abrazaderas como dispositivos de transferencia de cargas, dicha sección final puede ser más corta que en la técnica anterior y ello más para responder a requerimientos de diseño, como los que deben tenerse en cuenta en una intersección con una costilla, que a requerimientos de transferencia de cargas.
En realizaciones de la presente invención, dichas abrazaderas están realizadas con un material metálico, particularmente, aluminio.
En otro aspecto, los objetos antes mencionados se consiguen con un componente de una aeronave realizado con un material compuesto que comprende un revestimiento rigidizado con una pluralidad de larguerillos configurados por un alma y un pié, teniendo el componente al menos un larguerillo que finaliza en la proximidad de otro elemento estructural en una zona de terminación, que también comprende dos abrazaderas para transferir la carga del larguerillo en dicha zona de terminación al revestimiento, estando configurada cada abrazadera como una pieza unitaria por un alma de unión a cada lado del alma del larguerillo en dicha zona de terminación y un pié con una primera sección de unión a cada lado del pié del larguerillo en dicha zona de terminación y una segunda sección de unión al revestimiento.
En realizaciones de la presente invención, en la sección final de dicha zona de terminación de dicho componente, el larguerillo incluye un alma recortada y un pié ensanchado y las abrazaderas también incluyen almas recortadas y pies ensanchados. Como puede comprenderse fácilmente la configuración de las abrazaderas de la invención es dependiente de la configuración de la terminación del larguerillo y es aplicable a cualquier configuración de la terminación del larguerillo.
Aunque la invención es aplicable a cualquier superficie sustentadora de una aeronave se considera que las alas de aeronaves son su campo preferente de aplicación debido a magnitud de las cargas a ser transferidas en las terminaciones de los larguerillos.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la 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 la configuración estructural típica de un cajón de torsión salvo el revestimiento interior que ha sido eliminado para mejorar la visibilidad del interior.
La Figura 2 muestra una porción de un revestimiento de un cajón de torsión en el que varios larguerillos terminan cerca del larguero frontal.
Las Figuras 3a y 3b son vistas esquemáticas en planta y en sección transversal de una primera configuración de una terminación de larguerillo con y sin las abrazaderas según la presente invención.
Las Figuras 4a y 4b son vistas esquemáticas en planta y en sección transversal de una segunda configuración de una terminación de larguerillo con y sin las abrazaderas según la presente invención.
La Figura 5 muestra vistas en perspectiva de dicha segunda configuración de una terminación de larguerillo con y sin las abrazaderas según la presente invención.
ES 2 398 985 Al
La Figura 6 es una vista esquemática en planta de una terminación de larguerillo con las abrazaderas según la presente invención en una intersección con una costilla.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La Figura 1 muestra un cajón de torsión típico formado por un revestimiento superior (no mostrado para facilitar la identificación de las distintas partes), un revestimiento inferior 11 reforzado con larguerillos longitudinales 13, un larguero frontal 15, un larguero trasero 17 y costillas 21.
La Figura 2 muestra una porción de un revestimiento 11 rigidizado con larguerillos 13 en forma de T con algunos de ellos terminando cerca del larguero frontal.
Las Figuras 3a y 3b muestran una terminación de larguerillo con y sin el dispositivo para transferir la carga del larguerillo 16 al revestimiento 11 según la invención. El larguerillo es un larguerillo con forma de T con un alma 31 y un pié 33 que se extiende a ambos lados del alma 31. La invención también es aplicable a cualquier otra configuración de larguerillo que incluya un alma y un pié.
El dispositivo comprende dos abrazaderas 40, 40’ a cada lado del alma 31 del larguerillo formadas por almas 41, 41’ y pies 43, 43’ integradas como piezas unitarias. Las almas 41, 41’ de las abrazaderas están unidas al alma 31 del larguerillo y los pies 43, 43’ de las abrazaderas están unidas al pié 33 del larguerillo en una primera sección 45, 45’ y al revestimiento 11 en una segunda sección 47, 47’. Unos pernos son medios apropiados para llevar a cabo dichas uniones.
Las Figuras 4a, 4b y 5 muestran realizaciones preferentes de una terminación de larguerillo con un alma recortada 51 y un pié ensanchado 53 en su zona final y unas almas 41, 41’ y pies 43, 43’ de abrazaderas con una configuración adaptada a la configuración de la terminación del larguerillo con zonas finales 55, 55’ y 57, 57’.
La diferencia principal entre esas realizaciones es que en el caso de la Figura 5 las primeras secciones 45, 45’ son más cortas que en las Figuras 4a, 4b para que no interfieran con los pernos 56 de la unión larguerillos-costillas. Con este diseño, las abrazaderas 40, 40’ pueden montarse en una etapa final del proceso de fabricación porque no interfieren con las costillas.
La Figura 5 también muestra unas abrazaderas 40, 40’ con un diseño en las áreas de transición entre las almas 41, 41’ y los pies 43, 43’ que incorpora unos nervios verticales 59, 59’ a los pies 43, 43’ para mejorar la transferencia de cargas.
La Figura 6 muestra una terminación de larguerillo en la intersección con una costilla siguiendo la línea 50, que es una terminación típica de larguerillo en alas de aeronave, delimitando tres paneles Pi, Pj, Pk que ayuda a entender los efectos del dispositivo según la invención:
-
Minimizar el efecto de pelado en el final del larguerillo por medio, principalmente, de los pies 43, 43’ de las abrazaderas atornillados al pié 33 del larguerillo.
-
Minimizar la transferencia de carga en la línea de unión por medio de la transferencia de una parte de la carga del alma 31 del larguerillo mediante las almas 41, 41’ y los pies 43, 43’ de las abrazaderas que transfieren la caga al panel Pk más allá de la terminación del larguerillo.
-
Minimizar la pérdida de estabilidad al pandeo en los paneles previos del revestimiento Pi, Pj ya que el larguerillo no necesita una reducción de altura antes de su terminación.
Una ventaja importante de la presente invención es que dichas abrazaderas 40, 40’ pueden ser usadas tanto en la etapa de diseño/fabricación del componente de la aeronave como en una etapa de reparación.
Otra ventaja importante de la presente invención es que la configuración de dichas abrazaderas 40, 40’ puede ser adaptada a necesidades particulares tales como la evitación de interferencias con uniones de costillas o el cumplimiento de requisitos especiales de transferencia de carga como se ha mencionado anteriormente.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Dispositivo para transferir en un revestimiento rigidizado de un componente de aeronave realizado en material compuesto la carga de un larguerillo (16) al revestimiento (11) en la zona de terminación del larguerillo, estando configurado el larguerillo (16) por un alma (31) y un pié (33), caracterizado porque comprende dos abrazaderas (40, 40’) configuradas como piezas unitarias por unas almas (41, 41’) de unión a los dos lados del alma (31) del larguerillo en dicha zona de terminación y pies (43, 43’) con una primera sección (45, 45’) de unión a cada lado del pié (33) del larguerillo en dicha zona de terminación y una segunda sección (47, 47’) de unión al revestimiento.
  2. 2.- Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la sección final de dicha zona de terminación el larguerillo
    (16) incluye un alma recortada (51) y un pie ensanchado (53) y las abrazaderas también incluyen almas recortadas (55, 55’) y pies ensanchados (57, 57’).
  3. 3.- Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que dichas abrazaderas están realizadas con un material metálico.
  4. 4.- Componente de una aeronave realizado con un material compuesto que comprende un revestimiento (11) rigidizado con una pluralidad de larguerillos configurados por un alma (31) y un pié (33), teniendo el componente al menos un larguerillo (16) que finaliza en la proximidad de otro elemento estructural en una zona de terminación, caracterizado porque también comprende dos abrazaderas (40, 40’) para transferir la carga del larguerillo en dicha zona de terminación al revestimiento (11), estando configurada cada abrazadera (40, 40’) como una pieza unitaria por un alma (41, 41’) de unión a cada lado del alma (31) del larguerillo en dicha zona de terminación y un pié (43, 43’) con una primera sección (45, 45’) de unión a cada lado del pié (33) del larguerillo en dicha zona de terminación y una segunda sección (47, 47’) de unión al revestimiento (11).
  5. 5.- Componente de una aeronave según la reivindicación 4, en el que en la sección final de dicha zona de terminación el larguerillo (16) incluye un alma recortada (51) y un pié ensanchado (53) y las abrazaderas (40, 40’) también incluyen almas recortadas (55, 55’) y pies ensanchados (57, 57’).
  6. 6.- Componente de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 4-5, en el que dichas uniones están realizadas con pernos.
  7. 7.- Componente de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 4-6, en el que dichas abrazaderas están realizadas con un material metálico.
  8. 8.- Componente de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 4-7, en el que el componente pertenece al cajón de torsión de un ala de la aeronave.
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201130344
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 14.03.2011
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : B64C3/18 (2006.01) B64C1/06 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    FR 2922517 A1 (AIRBUS FRANCE SAS -AIRBUS FRANCE) 24.04.2009, páginas 1-10; figuras 1-5. 1-8
    A
    WO 2009109438 A1 (AIRBUS OPERATIONS GMBH et al.) 11.09.2009, página 8, línea 25 – página 14, línea 34; figuras 1-6. 1-8
    A
    WO 2008132498 A1 (AIRBUS UK LTD et al.) 06.11.2008, página 4, línea 5 – página 8, línea 7; figuras 1-13. 1,4-7
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 08.03.2013
    Examinador O. Fernández Iglesias Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201130344
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) B64C Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de
    búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201130344
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 08.03.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201130344
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    FR 2922517 A1 (AIRBUS FRANCE SAS -AIRBUS FRANCE) 24.04.2009
    D02
    WO 2009109438 A1 (AIRBUS OPERATIONS GMBH et al.) 11.09.2009
    D03
    WO 2008132498 A1 (AIRBUS UK LTD et al.) 06.11.2008
  9. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El objeto de la invención es un dispositivo para transferir, en un revestimiento rigidizado de un componente de aeronave realizado en material compuesto, la carga de un larguerillo al revestimiento en la zona de terminación del larguerillo, estando configurado el larguerillo por un alma y un pie. El dispositivo comprende dos abrazaderas configuradas como piezas unitarias por unas almas de unión a los dos lados del alma del larguerillo en dicha zona de terminación, y pies con una primera sección de unión a cada lado del pie del larguerillo en dicha zona de terminación y una segunda sección de unión al revestimiento.
    El documento D01, al cual pertenecen las referencias que se indican a continuación, se considera el estado de la técnica más cercano a la invención, tal y como se recoge en la reivindicación 1. En este documento se describe un dispositivo para transferir, en un revestimiento rigidizado (7) de un componente de aeronave (1) realizado en material compuesto, la carga de un larguerillo (4) al revestimiento (7) en la zona de terminación (9) del larguerillo (4). El dispositivo comprende dos abrazaderas (15) configuradas como piezas unitarias por unas almas de unión (18) a los dos lados del larguerillo (4) en dicha zona de terminación (9), y pies (17, 20) con una primera sección de unión (17) a cada lado del pie del larguerillo en dicha zona de terminación y una segunda sección (20) de unión al revestimiento (7). (Ver páginas 1-10; figuras 1-5).
    El hecho de que en el documento D01 el elemento rigidizador o larguerillo tenga una sección en omega, en lugar de tener una sección en T como ocurre en la solicitud original, no implica la existencia de actividad inventiva, ya que estos dos tipos de secciones poseen zonas consideradas como de pie y de alma, a los que se acopla el dispositivo objeto de la invención, el cual posee las mismas características tanto en el documento D01 como en la solicitud. Estos dos tipos de perfiles son de uso frecuente en el campo técnico al que se refiere la solicitud.
    La presente solicitud, según la reivindicación independiente 4, divulga, a su vez, un componente de una aeronave realizado con material compuesto que comprende un revestimiento rigidizado con una pluralidad de larguerillos configurados por un alma y un pie, teniendo el componente al menos un larguerillo que finaliza en la proximidad de otro elemento estructural en una zona de terminación. Los larguerillos de este componente de aeronave comprenden dos abrazaderas como las definidas en la reivindicación 1.
    El documento D01 vuelve a ser el estado de la técnica más cercano a la invención, tal y como se recoge en esta reivindicación 4. En este documento se describe un componente de una aeronave (1) realizado con material compuesto que comprende un revestimiento (7) rigidizado con una pluralidad de larguerillos (4) configurados por un alma (12, 14) y un pie (10, 11), teniendo el componente (1) al menos un larguerillo que finaliza en la proximidad de otro elemento estructural (5) en una zona de terminación (9).
    Por tanto la invención definida en las reivindicaciones 1 y 4 de la solicitud no difiere de la técnica conocida descrita en el documento D01 en ninguna forma esencial, considerándose obvia para un experto en la materia. Por consiguiente, la invención según las reivindicaciones 1 y 4 no se considera que implique actividad inventiva en base a lo divulgado en el documento D01. (Art. 8.1 de la Ley 11/86).
    La reivindicación 2 dependiente de la reivindicación independiente 1 se encuentra anteriorizada en el documento D01, ya que el pie del rigidizador utilizado en este documento se haya modificado en su extensión y el alma está recortada, las abrazaderas también incluyen almas recortadas y pies ensanchados. Con respecto a la reivindicación 3, también dependiente, es comúnmente conocido en el estado de la técnica la utilización de elementos tipo abrazaderas de material metálico como se puede constatar en el documento D02.
    Las reivindicaciones 5-8 dependientes de la reivindicación 4 se encuentran anteriorizadas en el documento D01. El sistema de unión de las abrazaderas realizado por medio de pernos, que se detalla en la reivindicación 6, es conocido en el estado de la técnica como se puede constatar en el documento D03. La pertenencia del componente de la aeronave al cajón de torsión del ala, que describe la reivindicación 8, es una aplicación de la invención que cualquier experto en la materia estimaría adecuada en vista de la divulgación de la invención presente en el documento D01.
    Por tanto las reivindicaciones dependientes 2-3 y 5-8 carecen de actividad inventiva de acuerdo a lo establecido en el artículo 8.1 de la Ley 11/86.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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