ES2898866T3 - Herramienta de formación para la fabricación de un marco circundante de apertura para el fuselaje de una aeronave - Google Patents

Herramienta de formación para la fabricación de un marco circundante de apertura para el fuselaje de una aeronave Download PDF

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Abstract

Una herramienta de formación para la fabricación de un marco circundante de apertura (1) para el fuselaje de una aeronave, comprendiendo la herramienta de formación: - un molde interior (4) que tiene forma anular y que comprende una superficie exterior (5) con una sección central (9) situada entre una sección superior (10) y una sección inferior (11), sobresaliendo la sección central (9) de la sección superior (10) y la sección inferior (11), - una membrana (8), y reborde inferior (6) y un reborde superior (7), en la que ambos rebordes (6, 7) tienen un diámetro mayor que el diámetro del molde interior (4), caracterizada porque la membrana (8) tiene un perfil en forma de sombrero que comprende una parte central elevada, dos bandas y bridas laterales, en las que la parte central tiene un diámetro mayor que el diámetro de uno de los rebordes (6, 7), en la que las bandas tienen una longitud que se extiende a lo largo de la superficie (5) del molde interior (4) con la forma deseada, y en la que las bridas laterales se proyectan ortogonalmente con respecto a las bandas para permitir la fijación de la membrana a uno de los rebordes (6, 7) para asegurar así su posición.

Description

DESCRIPCIÓN
Herramienta de formación para la fabricación de un marco circundante de apertura para el fuselaje de una aeronave Objeto de la invención
La invención se refiere a una herramienta de formación para la fabricación de un marco circundante de apertura para el fuselaje de una aeronave.
La divulgación proporciona un procedimientos de fabricación para un marco circundante de apertura que logra una mayor productividad en comparación con los procedimientos tradicionales. La divulgación permite simplificar el procedimiento de fabricación, al mismo tiempo que reducir el coste asociado a la fabricación.
La divulgación proporciona un marco circundante de apertura realizado como un cuerpo continuo y unitario, integrando todos sus componentes, de modo que el tiempo de montaje y el coste del marco se minimizan.
El objeto de la presente invención es proporcionar una herramienta de formación para la fabricación de un marco circundante de apertura para el fuselaje de una aeronave, lo que permite utilizar los mismos moldes para la formación y la inyección para evitar el desmoldado de la preforma compleja después de la formación.
Antecedentes de la invención
Históricamente, los elementos estructurales de los grandes aeronaves de pasajeros estaban típicamente hechos de metal. Para tales aeronaves, las carcasas de fuselaje generalmente se fabricaban a partir de aleaciones de aluminio de alta resistencia o metales similares.
Sin embargo, a lo largo de los años, los materiales utilizados en la aviación han evolucionado considerablemente con el fin de poder aumentar su resistencia, al mismo tiempo que reducen su peso. Con este objetivo, la mayoría de los fabricantes de aeronaves están recurriendo a materiales de resina reforzados con fibra, es decir, materiales compuestos que tienen una relación resistencia-peso relativamente alta.
Por lo tanto, hoy en día, el fuselaje generalmente está hecho de material compuesto, y a pesar de su dureza, debe reforzarse en aquellas áreas en las que el fuselaje está alterado o interrumpido de alguna manera. Este refuerzo se requiere especialmente en las áreas de fijación donde las alas, VTP o HTP se ensamblarán en el fuselaje. Además, se requiere refuerzo en los agujeros realizados para asignar ventanas y puertas para la aeronave.
Actualmente, se pueden encontrar diferentes estructuras compuestas en diferentes tipos de aeronaves con el mismo propósito de endurecer la carcasa agujereada de la puerta de acceso de la sección de cola, pero todas estas soluciones al menos implican:
• reforzar el fuselaje inferior alrededor de las puertas por medio de travesaños compuestos,
• reforzar las esquinas recortadas mediante placas de titanio,
• unir los pies de los largueros a la brida de la viga exterior, y
• colocar elementos de unión en los cruces entre vigas y marcos.
La Figura 1 muestra una de estas soluciones. En esta solución, el agujero de puerta se endurecerá con un marco RTM (Moldeado de Transferencia de Resina) de un solo disparo (12) que incluye vigas, marcos y elementos de unión en los cruces. El marco representado (12) está configurado para rodear el recorte y extenderse hacia áreas cerradas para integrarse con vigas y marcos adyacentes. Como se muestra, el marco es una pieza difícil de fabricar, que requiere demasiado tiempo y coste.
La Figura 2, muestra otra solución en la que los elementos del marco de puerta son piezas no integradas, ya que los marcos compuestos (13) están unidos a vigas metálicas continuas (14). Esta solución conlleva un ensamblaje difícil y exige una gran cantidad de piezas auxiliares que aumentan el tiempo y el coste del conjunto.
Con respecto a los marcos de ventanas, también se pueden encontrar diferentes soluciones actualmente. Una solución consiste en combinar diferentes preformas (pliegues estampados) fabricados en Tejido No Rizado (NCF) reforzado con parches polares fabricados mediante bobinado de filamentos, mientras que otra solución se basa en patrones de Colocación de Fibra a Medida (TFP).
Tres ejemplos de herramientas de formación para fabricar un marco circundante de apertura para el fuselaje de aeronave se pueden encontrar en los documentos n.° US-2012/073136A1, US6406580 B1 y g B-2460741-A. Estas herramientas de formación comprenden un molde que tiene forma anular y una membrana.
Sin embargo, estas soluciones actualmente conocidas para reforzar el agujero de ventana no son satisfactorias. La solución NFC no ofrece una orientación de fibra controlada, mientras que la solución TFP es costosa y requiere mucho tiempo.
Por lo tanto, se ha detectado en la industria aeronáutica la necesidad de un procedimiento para fabricar un marco circundante de apertura, y un marco circundante de refuerzo para un agujero del fuselaje de aeronave, que es adecuado para simplificar y reducir el tiempo convencionalmente requerido para obtener esta apertura de refuerzo de marcos circundantes.
Sumario de la invención
La presente divulgación supera los inconvenientes mencionados anteriormente al proporcionar un procedimiento para la fabricación de un marco de refuerzo de agujero de piel que simplifica la fabricación de estos marcos circundantes, tal como marcos de ventanas o puertas, reduciendo el tiempo y el coste asociados a dicha fabricación. Además, la presente divulgación proporciona un agujero de piel simplificado y económico que rodea el refuerzo que se puede ensamblar fácilmente en el fuselaje.
La divulgación se refiere a un procedimiento para fabricar un marco circundante de apertura para un fuselaje de aeronave, en el que primero se proporciona un material de trenzado tubular que tiene un perímetro igual al perímetro del marco circundante de apertura que se fabricará. Luego, el material de trenzado tubular se corta transversalmente para obtener al menos un sector trenzado en forma anular. A continuación, se proporciona un molde interior en forma anular, en el que dicho molde interior comprende una superficie que tiene la forma deseada para el marco circundante de apertura. Luego, al menos un sector trenzado se coloca en capas alrededor del molde interior. A continuación, el al menos un sector trenzado alrededor del molde interior se forma en caliente para obtener una preforma de un marco circundante de apertura, y finalmente, el marco circundante de apertura preformado se cura para obtener un marco circundante de apertura compuesto curado.
Proporcionando un material de trenzado tubular con un perímetro igual al perímetro de marco circundante de apertura a fabricar, la divulgación proporciona un marco con un perímetro continuo, formado como un cuerpo único y unitario. De esta manera, la divulgación simplifica el procedimiento de fabricación, evitando el procedimiento de unión de piezas para formar el marco. Además, la divulgación garantiza el mismo fortalecimiento y comportamiento a lo largo de todo el contorno del marco, ya que el marco no tiene interrupciones a lo largo de su contorno.
Además, la divulgación permite adaptar fácilmente el procedimiento para fabricar diferentes marcos circundantes de apertura con solo cambiar las dimensiones del material de trenzado tubular. Por lo tanto, la divulgación también ofrece una solución versátil, ya que el procedimiento de fabricación se puede utilizar para fabricar un marco de puerta o un marco de ventana modificando solo el perímetro del material de trenzado tubular.
Una vez que se proporciona el material de trenzado tubular, la divulgación contempla cortar transversalmente el material de trenzado tubular para obtener al menos un sector trenzado en forma anular. Cada sector tiene un solo cuerpo continuo de material trenzado, por lo tanto, como se mencionó, la divulgación asegura la continuidad a lo largo del perímetro del marco y evita la debilidad y otros inconvenientes asociados a las piezas unidas.
Adicionalmente, en esta etapa, la divulgación permite obtener marcos con perímetros de altura variable simplemente modificando el tamaño de los sectores trenzados.
Para la formación, la divulgación proporciona un molde interior en forma anular que comprende una superficie que tiene la forma deseada para el marco circundante de apertura. Por lo tanto, colocando al menos un sector trenzado alrededor del molde interior, al menos un sector trenzado se puede formar en caliente para obtener una preforma de un marco circundante de apertura.
Finalmente, la preforma del marco circundante de apertura se cura para obtener un marco circundante de apertura compuesto curado.
La divulgación se refiere además a un marco circundante de apertura para un fuselaje de aeronave obtenido mediante la formación y el curado de la preforma de un marco circundante de apertura a partir de al menos un sector trenzado en forma anular, en la que el sector trenzado tiene un perímetro igual al perímetro del marco circundante de apertura.
El marco circundante de apertura se obtiene mediante un procedimiento de fabricación simplificador, que al mismo tiempo permite reducir el tiempo y el coste requeridos para su fabricación.
Preferentemente, el marco circundante de apertura es un marco de ventana, o alternativamente, un marco de puerta. La presente invención se refiere a una herramienta de formación para la fabricación de un marco circundante de apertura de un fuselaje de aeronave, de acuerdo con las características de la reivindicación 1.
Finalmente, la divulgación se refiere además a una herramienta de inyección para fabricar un marco circundante de apertura para el fuselaje de una aeronave, en el que dicha herramienta de inyección comprende un molde interior, un molde exterior, una placa macho y una placa hembra. El molde interior tiene una forma anular, y comprende una superficie exterior con una sección central colocada entre una sección superior e inferior, la sección central que sobresale de la sección superior e inferior. El molde exterior está configurado para al menos encerrar exteriormente el molde interior. La placa macho está configurada para soportar el molde interior. Y, la placa hembra está configurada para recibir el molde exterior y combinar con la placa macho para formar una herramienta de inyección cerrada que es adecuada para recibir resina para realizar un procedimiento de impregnación de resina.
Estas herramientas de formación de una inyección son herramientas versátiles, ya que permiten utilizar el mismo molde interior para la formación e inyección, evitando causar defectos en el desmoldado de la preforma del marco circundante de apertura. El desmoldado de la preforma después de la formación ya no es necesario si estas herramientas de formación de inyección se utilizan en un procedimiento de fabricación.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de la divulgación, se proporcionan los siguientes dibujos con fines ilustrativos y no limitativos, en los que:
La Figura 1 muestra una configuración de marco de ventana, correspondiente a una realización del estado de la técnica.
La Figura 2 muestra otra configuración de marco de ventana, correspondiente a otra realización del estado de la técnica.
La Figura 3 muestra un rollo de material trenzado tubular. En la figura, también se muestran las líneas de corte para la obtención de los sectores trenzados en forma anular.
La Figura 4 muestra esquemáticamente imágenes de un sector trenzado en forma anular, un molde interior en forma anular utilizado para la formación y el sector trenzado en capas alrededor del molde interior.
La Figura 5 muestra, esquemáticamente, imágenes correspondientes a la etapa de formación en caliente. La Figura 5a muestra el sector trenzado en capas alrededor de un molde interior, con un reborde superior y un reborde inferior dispuestos por encima y por debajo del molde interior. La Figura 5b muestra una membrana que se extiende desde el reborde superior hasta el reborde inferior, que no entra dentro del alcance de la reivindicación. La Figura 5c, que no entra dentro del alcance de la reivindicación, muestra el resultado una vez que el calor y el vacío se han aplicado dentro de la membrana.
La Figura 6, que no entra dentro del alcance de la reivindicación, muestra diferentes puntos de vista del conjunto de membrana que encierra al menos un sector trenzado en capas alrededor del molde interior, dicho conjunto de membrana comprende una membrana, un reborde superior y un reborde inferior. La figura 6a muestra una vista en perspectiva. La figura 6b muestra una vista en planta.
La Figura 7 muestra una preforma de un marco circundante de apertura.
La Figura 8 muestra una vista despiezada de una herramienta de inyección para fabricar un marco circundante de apertura para un fuselaje de aeronave, y una vista de la herramienta de inyección completamente ensamblada.
Realización preferente de la divulgación
La Figura 3 muestra un rollo de material trenzado 2. El rollo tiene un perímetro que es igual al perímetro de marco circundante de apertura que se va a fabricar. Por lo tanto, el marco no tendrá discontinuidades que puedan afectar su consistencia.
Posteriormente, el rollo de material trenzado 2 se corta transversalmente a lo largo de las líneas de corte ilustradas en la Figura 3 para obtener sectores trenzados 3. Cada sector 3 tiene forma anular debido a la condición tubular del material trenzado 2. Como se mencionó, esta forma anular proporciona continuidad y homogeneidad al potencial marco circundante de apertura, al mismo tiempo que mejora su fuerza al evitar la debilidad de las áreas de unión. Una vez obtenido el sector trenzado en forma anular 3, dicho sector 3 se coloca en capas alrededor de un molde interior 4. La Figura 4 muestra un sector trenzado 3, un molde interior 4 y el sector trenzado 3 en capas alrededor del molde interior 4.
La etapa de colocación puede implicar un sector trenzado 3. Sin embargo, para obtener una pila de pliegues, la etapa de colocación generalmente implicará más de un sector trenzado 3 que se eliminará coaxialmente alrededor del molde interior 4.
El molde interior 4 comprende una superficie 5 que tiene la forma deseada para el marco circundante de apertura. Preferentemente, esta superficie es una superficie exterior 5 del molde interior 4 que tiene una sección central 9 que sobresale con respecto a una sección superior 10 y una inferior 11.
Preferentemente, el molde interior 4 está provisto además de una placa auxiliar 15 configurada para ser recibida por el molde interior en forma anular 4 para completar completamente el espacio interior del molde interior 4.
Después de la etapa de colocación, el sector trenzado en forma anular 3 se forma en caliente para obtener una preforma de un marco circundante de apertura.
De acuerdo con una realización preferente, formar el al menos un sector trenzado 3 alrededor del molde interior 4 comprende las etapas de encerrar el al menos un sector trenzado 3 en capas alrededor del molde interior 4 por un conjunto de membrana, aplicar calor y vacío dentro del conjunto de membrana para conformar la preforma del marco circundante de apertura y eliminar el conjunto de membrana.
Preferentemente, el conjunto de membrana comprende una membrana 8, y un reborde inferior 6 y un reborde superior 7 para cubrir el módulo interior 4. Los rebordes 6, 7 tienen un diámetro mayor que el diámetro del molde interior 4 tal que se proyecta alrededor del sector trenzado 3 en capas alrededor del molde interior 4. De esta manera, la membrana 8 se coloca fácilmente.
Una vez que se proporciona el conjunto de membrana, el reborde inferior 6 se dispone debajo del molde interior 4, y el reborde superior 7 por encima del molde interior 4. La Figura 5a muestra el sector trenzado 3 en capas alrededor del molde interior 4 con los rebordes inferior 6 y superior 7 colocados a ambos lados.
Luego, como se muestra en la Figura 5b, la membrana 8 se dispone sobre uno de los rebordes extendiéndose sobre al menos una superficie interior del otro reborde para cubrir por completo al menos un sector trenzado 3. En el caso de la Figura 5b, la membrana 8 se dispone sobre uno del reborde superior 7 que se extienden sobre la superficie interior del otro reborde inferior 6.
Después, la membrana 8 se fija al reborde inferior 6 para asegurar su posición. Posteriormente, se aplica calor y vacío dentro de la membrana 8 para conformar la preforma del marco circundante de apertura que se muestra en la Figura 5c.
Preferentemente, la membrana 8 tiene un perfil en forma de sombrero que comprende una parte central elevada, dos bandas y bridas laterales. La parte central tiene un diámetro mayor que el diámetro de uno de lops rebordes 6, 7 para cubrir una de ellos. Las bandas tienen una longitud para extenderse a lo largo del contorno exterior del molde interior 4, teniendo dicho contorno exterior la forma deseada para el marco circundante de apertura. Las bridas laterales se proyectan ortogonalmente con respecto a las bandas para permitir fijar la membrana a la superficie interior del reborde inferior 6 para asegurar su posición. Con esta forma, la membrana se coloca fácilmente sobre el molde interior 4, y también se facilita su fijación al otro reborde.
La Figura 6a muestra una vista más detallada del conjunto de membrana que encierra al menos un sector trenzado 3 en capas alrededor del molde interior 4, en la que dicho conjunto de membrana comprende una membrana 8, un reborde superior 7 y un reborde inferior 6. La Figura 6b muestra una vista de plano respectiva del conjunto de membranas de la Figura 6a.
Preferentemente, el molde interior 4 tiene una configuración elíptica que comprende una región central y dos regiones extremas, y la etapa de encerrar al menos un sector trenzado 3 por el conjunto de membrana comprende además proporcionar piezas auxiliares en las regiones extremas del molde interior 4 para reducir la distancia a los rebordes 6, 7 en estas regiones extremas, para garantizar la adaptabilidad de los pliegues desde los extremos hasta la región central del molde interior 4. De esta manera, la divulgación asegura una correcta adaptabilidad de los pliegues promovida desde los extremos hasta el área recta del molde interior para evitar la aparición de arrugas. Además, y contrariamente al estado de la técnica donde se produce cierta distorsión de fibra en las bridas debido a la evolución de la geometría en las esquinas, la divulgación ofrece que la orientación de la fibra se mantiene completamente en la banda de la preforma del marco circundante de apertura gracias al procedimiento propuesto. Una vez que se obtiene la preforma del marco circundante de apertura durante la formación, la preforma del marco circundante de apertura se cura para obtener el marco circundante de apertura compuesto curado.
Preferentemente, el material trenzado comprende una trenza de fibras de carbono seco, y la etapa de curar comprende proporcionar un molde exterior superior 17, una placa macho 16, una placa hembra 18, disponer la placa macho 6 por debajo del molde interior 4, y el molde exterior 17 y la placa hembra 18 sobre el molde interior 4 para formar una herramienta de inyección cerrada 19, e impregnar la fibra seca dentro de la herramienta de inyección cerrada 19 por un procedimiento de impregnación de resina. El molde exterior 17 está configurado para al menos encerrar exteriormente el molde interior 4 para abarcar la preforma 1 del marco circundante de apertura, que está en capas alrededor del molde interior 4. La placa macho 16 está configurada para soportar el molde interior 4. Y la placa hembra 18 está configurada para recibir el molde exterior 17 y combinar con la placa macho 16.
De acuerdo con una realización preferente, la impregnación de la fibra seca se lleva a cabo mediante un procedimiento de moldeo por transferencia de resina (RTM).
La Figura 7 muestra un marco circundante de apertura 1 para un fuselaje de aeronave, el marco circundante de apertura 1 obtenido al formar y curar la preforma de un marco circundante de apertura de al menos un sector trenzado en forma anular 3, teniendo dicho sector trenzado 3 tiene un perímetro igual al perímetro del marco circundante de apertura 1.
Preferentemente, el marco circundante de apertura 1 será un marco de ventana y, alternativamente, un marco de puerta.
La divulgación proporciona un procedimiento de fabricación simplificado y más productivo al proporcionar un material de trenzado tubular con un perímetro similar al perímetro del marco circundante de apertura que se fabricará. El material trenzado tubular solo tiene que cortarse para obtener el sector trenzado en forma anular, que se utilizará para conformar el marco circundante de apertura. De esta manera, la divulgación permite obtener los marcos circundantes de apertura más rápidamente con respecto al estado de la técnica, en particular, con respecto a la TFP o NFC convencional.
Además, el material trenzado permite ofrecer una estructura cerrada y homogénea, simplificando la fabricación y proporcionando un marco mejorado en términos de resistencia y robustez.
Además, debe tenerse en cuenta que la fabricación del marco circundante de apertura solo requiere un molde, ya que la etapa de formación y la etapa de inyección se realizan sobre la misma herramienta. Esto simplifica aún más el procedimiento de fabricación, al evitar la etapa de desmoldado, que puede ser tedioso y duradero. Además, ahorra costes, ya que solo se necesita un molde.
En cuanto al marco circundante de apertura y en comparación con el marco circundante de apertura del estado de la técnica (marco de la puerta) de la Figura 1, la divulgación logra obtener una estructura dedicada que minimiza el impacto en la apertura de los elementos circundantes, al mismo tiempo que simplifica la complejidad del marco. Con respecto al caso mostrado de la Figura 1, veintiséis preformas más varios errantes con diferente longitud y geometría podrían ser reemplazados por una sola preforma, como se muestra en la Figura 7.
Teniendo en cuenta las soluciones del estado de la técnica para la fabricación de marcos de ventanas, debe tenerse en cuenta que, en comparación con la solución NCF, el marco circundante de apertura de la divulgación permite mantener la orientación de la fibra a lo largo del marco, y en comparación con la solución TFP, el marco circundante de apertura de la divulgación requiere menos coste y tiempo para su obtención.
La Figura 8 muestra una herramienta de inyección 19 y una vista despiezada de dicha herramienta de inyección 19. Como se muestra, la herramienta de inyección 19 comprende preferentemente una placa macho 16, el molde interior 4, la placa auxiliar 15, un molde exterior 17 y una placa hembra 18.
El molde interior 4 y la placa auxiliar 15 se utilizan tanto para la etapa de formación como para la de inyección. Por lo tanto, esto evita el desmoldado de la preforma del marco circundante de apertura, lo que podría dañar las preformas. Al mismo tiempo, simplifica el procedimiento de fabricación, y ahorra tiempo y costes mediante la reutilización de piezas.
Como se mencionó anteriormente, el molde interior 4 tiene una forma anular y comprende una superficie exterior 5 con una sección central 9 colocada entre una sección superior 10 y una sección inferior 11, la sección central 9 que sobresale de la superior 10 y la sección inferior 11.
La placa macho 16 está configurada para soportar el molde interior 4. El molde exterior 17 está configurado para al menos encerrar exteriormente el molde interior 4 para abarcar la preforma 1 del marco circundante de apertura, que está en capas alrededor del molde interior 4. Y la placa hembra 18 está configurada para recibir el molde exterior 17 y combinar con la placa macho 16 para formar una herramienta de inyección cerrada 19 adecuada para recibir resina para realizar un procedimiento de impregnación de resina.

Claims (1)

REIVINDICACIONES
1. Una herramienta de formación para la fabricación de un marco circundante de apertura (1) para el fuselaje de una aeronave, comprendiendo la herramienta de formación:
• un molde interior (4) que tiene forma anular y que comprende una superficie exterior (5) con una sección central (9) situada entre una sección superior (10) y una sección inferior (11), sobresaliendo la sección central (9) de la sección superior (10) y la sección inferior (11),
• una membrana (8), y reborde inferior (6) y un reborde superior (7), en la que ambos rebordes (6, 7) tienen un diámetro mayor que el diámetro del molde interior (4),
caracterizada porque la membrana (8) tiene un perfil en forma de sombrero que comprende una parte central elevada, dos bandas y bridas laterales, en las que la parte central tiene un diámetro mayor que el diámetro de uno de los rebordes (6, 7), en la que las bandas tienen una longitud que se extiende a lo largo de la superficie (5) del molde interior (4) con la forma deseada, y en la que las bridas laterales se proyectan ortogonalmente con respecto a las bandas para permitir la fijación de la membrana a uno de los rebordes (6, 7) para asegurar así su posición.
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