BRPI0620206A2 - processo de fabricação de uma fuselagem de uma aeronave em material compósito - Google Patents
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Abstract
PROCESSO DE FABRICAçãO DE UMA FUSELAGEM DE UMA AERONAVE EM MATERIAL COMPóSITO Processo de fabricação de uma fuselagem de aeronave em material compósito. A invenção se refere a um processo de fabricação de uma fuselagem de aeronave, comportando uma estrutura interna (1) envolvida por um revestimento externo (10) em material compósito, no qual a estrutura interna constitui pelo menos parcialmente um molde (4) de fabricação e ou o suporte desse modo do revestimento externo em material compósito. A invenção se refere também a uma fuselagem de aeronave realizada segundo esse processo.
Description
PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE UMA FUSELAGEM DE UMA AERONAVE EM MATERIAL COMPÔSITO
Domínio da invenção
A invenção se refere a um processo para fabricar uma fuselagem de aeronave, cujo revestimento externo é realizado em material compósito. O processo da invenção permite realizar o revestimento externo, em material compósito, em torno da estrutura interna da fuselagem, facilitando assim a montagem dessa estrutura interna. A invenção se refere também a uma fuselagem de aeronave obtida com esse processo de fabricação.
A invenção encontra aplicações no domínio da aeronáutica e, em particular, no domínio da fabricação de fuselagens de aeronaves.
Estado da técnica
A fuselagem de uma aeronave é o corpo da aeronave. A asa, a deriva, o trem de aterragem, os reatores e numerosos outros elementos são fixados sobre a fuselagem. A fabricação da fuselagem constituem, portanto, uma etapa importante na constrição de uma aeronave.
Classicamente, a fuselagem da aeronave é um corpo oco feito em metal. Esse corpo oco é constituído de painéis metálicos montados e fixados em torno de uma estrutura interna, geralmente metálica, denominada estrutura interna da aeronave. Os painéis metálicos são ligados por fixações e formam, uma vez ligados, o revestimento externo da aeronave. Essas fuselagens metálicas são muito difundidas em nossos dias. Todavia, elas apresentam o inconveniente de serem pesadas, já que a fuselagem é totalmente metálica. Elas apresentam, além disso, o inconveniente de apresentarem junções, entre os painéis metálicos, constituindo superespessuras. Essas superespessuras aumentam a massa e podem induzir um rastilho, quando a aeronave está em vôo, o que é prejudicial do ponto de vista aerodinâmico.
Para diminuir a massa da fuselagem, os fabricantes aeronáuticos procuram substituir certos elementos metálicos por elementos em materiais compósitos. Esses materiais compósitos são utilizados notadamente para a realização de uma ou de várias partes da fuselagem da aeronave, por exemplo, para a carenagem ventral da aeronave. Essas partes da fuselagem são geralmente painéis feitos a partir de fibras secas pré-revestidas de resina. Esses painéis são fabricados, preparando-se camadas ou / e peças de tecidos de fibras secas pré-revestidas de uma resina termoendurecível, colocando essas camadas ou / e peças de tecidos em um molde, depois aquecendo-se o todo. Sob o efeito do calor, a resina se polimeriza, permitindo ao reforço fibroso conservar a forma do molde. Após resfriamento, o molde é retirado. Esse processo de fabricação permite principalmente a fabricação de painéis, isto é, peças de perfil aberto, já que o molde deve poder ser retirado após enformação e resfriamento. Dificilmente ele permite a fabricação de corpos ocos, em particular de forma evolutiva, por exemplo corpos ocos de forma cônica.
Para permitir a fabricação, em material compósito, de uma parte de fuselagem de forma evolutiva, existe um processo que consiste em fabricar um trecho do revestimento externo da fuselagem de uma aeronave. Esse trecho de revestimento externo é realizado, envolvendo-se camadas de fibras pré-revestidas de resina, em torno de um molde que tem a forma desejada. 0 molde pode ser um cilindro oco. Um molde assim envolvido em camadas de fibras pré-revestidas é aquecido, a fim de que a resina se polimerize. Após resfriamento, o estratifiçado obtido forma o revestimento externo da aeronave. Esse revestimento externo é destacado do molde, seja por deslizamento, seja por desmontagem no local, depois retirada do molde. Quando o revestimento interno tiver sido realizado, a estrutura interna é introduzida no interior do revestimento externo, peça por peça, ou por grupo de peças elementares posicionadas sobre armações complexas. A estrutura interna de uma aeronave é uma ligação de armações e outras peças estruturais, tais como armações e pisos. A estrutura interna é, portanto, instalada, introduzindo-se cada armação e peça estrutural da estrutura no interior do revestimento externo, depois fixando-se, cada uma dessas peças, a partir do interior desse revestimento externo. Quando peças da estrutura interna são muito volumosas, elas são recortadas em várias partes e introduzidas parte por parte, no revestimento externo, depois fixadas entre elas por rebites.
Esse processo é difícil de aplicar, devido notadamente à importante superfície do revestimento externo a destacar do molde. O revestimento externo pode comportar, além disso, elementos do tipo superespessuras que aumentam ainda as dificuldades de desmoldagem. Além disso, esse processo é relativamente longo de aplicar, já que ele necessita da introdução e da fixação, por grupos elementares, ou peça por peça, até mesmo parte de peça por parte de peça, de todas as peças que formam a estrutura interna, no interior do revestimento externo.
Exposição da invenção
A invenção tem justamente por finalidade prevenir os inconvenientes das técnicas expostas anteriormente. Para isso, a invenção propõe um processo para fabricar uma fuselagem de aeronave, cujo revestimento externo é em material compósito e cuja estrutura interna constitui pelo menos parcialmente o molde de fabricação do revestimento externo, e / ou o suporte desse molde. Esse processo propõe montar a estrutura interna, depois fabricar o revestimento externo em torno da estrutura interna.
Mais precisamente, a invenção se refere a um processo de fabricação de uma fuselagem de aeronave, comportando uma estrutura interna envolvida por um revestimento externo em material compósito, caracterizado pelo fato de a estrutura interna constituir pelo menos parcialmente um molde de fabricação do revestimento externo em material compósito.
Esse processo apresenta a vantagem de não necessitar de nenhuma instalação da estrutura interna, após fabricação do revestimento externo. Ele apresenta, além disso, a vantagem de permitir a realização de uma fuselagem, independentemente de sua forma, sem costura.
Esse processo pode comportar as seguintes operações: ligação de uma pluralidade de armações e peças estruturais para formar a estrutura interna da fuselagem;
instalação de equipamentos carcaças entre as armações da estrutura para se obter uma estrutura plena (esses equipamentos carcaças podem se estender a mais de duas armações);
- depósito de uma camada de material compósito em torno da estrutura plena;
- cozimento da estrutura plena recoberta da camada de material compósito; e
- retirada dos equipamentos carcaças para se obter a estrutura interna recoberta do revestimento externo.
0 processo da invenção pode comportar também uma ou várias das seguintes características:
- a camada de material compósito é depositada sob a forma de uma fita de fibras impregnadas de uma resina;
- as armações da estrutura interna são pré-fabriçadas;
- as armações pré-fabricadas são instaladas em uma só peça;
os equipamentos carcaças são fixados sobre as armações situadas de ambos os lados dessas carcaças;
- os equipamentos carcaças são partes de cilindros.
- as armações são montadas sobre uma armação apta a sustentar a estrutura interna;
- a armação está apta a arrastar a estrutura interna em rotação diante de um dispositivo de colocação do material compósito;
- os equipamentos carcaças são retirados pelo interior da estrutura, após terem sido desconectados da estrutura interna;
- aberturas são recortadas no revestimento externo no lugar das portas e / ou das vigias da fuselagem;
os equipamentos carcaças são revestidos de um material que favorece sua desmoldagem;
- os equipamentos carcaças são feitos em um material anti-adesivo;
-os equipamentos carcaças são feitos em um material, tal que sua dilatação térmica não seja sensivelmente diferente daquele do revestimento externo.
A invenção se refere também a uma fuselagem de aeronave obtida com o processo descrito anteriormente.
Essa fuselagem pode se caracterizar, além disso, pelo fato de o revestimento externo poder ser colado sobre as armações que formam a estrutura interna.
Breve descrição dos desenhos
A figura 1 representa uma estrutura interna de aeronave feita segundo o processo da invenção.
A figura 2 representa uma estrutura plena (isto é, equipada com equipamentos carcaças) de aeronave realizada segundo o processo da invenção, a partir da estrutura interna da figura 1.
A figura 3 representa uma vista em corte parcial de uma estrutura interna e de um equipamento carcaça.
A figura 4 representa esquematicamente uma parte de fuselagem de aeronave realizada segundo o processo da invenção, quando a estrutura plena é recoberta com uma fita das fibras pré-revestidas.
Descrição detalhada de modos de realização da invenção
O processo da invenção propõe realizar uma fuselagem de aeronave ou trecho de uma fuselagem de aeronave, no qual a estrutura interna da aeronave constitui pelo menos uma parte do molde e / ou o suporte desse molde de fabricação do revestimento externo em material compósito. Em toda a seqüência da descrição, considerar-se-á a fabricação de uma fuselagem de aeronave em sua totalidade, naturalmente que o processo pode ser aplicado para realizar um trecho somente da fuselagem de aeronave. Quando um trecho somente da fuselagem é realizado, esse trecho pode ser ligado e fixado com outros trechos em materiais compósitos ou em metal.
0 processo da invenção consiste em fabricar a estrutura interna da fuselagem a partir de armações e de outras peças estruturais, geralmente metálicas. Essas armações e essas peças são ligadas umas com as outras, depois fixadas umas nas outras para formar a estrutura interna. A ligação dessas diferentes peças é realizada em torno de um mandril, apoiando-se sobre uma armação. Esse mandril tem por finalidade sustentar a estrutura interna e permitir a essa estrutura ser acionada em um movimento de rotação no momento da fabricação do revestimento externo. Esse papel de acionamento em rotação será descrito mais detalhadamente depois.
Na figura 1, representou-se esquematicamente a etapa de montagem e de ligação da estrutura interna de uma fuselagem, de acordo com o processo da invenção. A figura 1 representa uma estrutura interna 1 ligada em torno de um eixo XX que suporta o mandril. 0 mandril não está representado na figura, por medida de simplificação da figura. Só o eixo XX está representado, o mandril estando em torno desse eixo. O eixo XX é fixado de ambos os lados em suportes que formam uma armação de sustentação da estrutura interna, não representada na figura por medida de simplificação. Esse eixo XX pode também estar em posição vertical e ser fixado apenas em sua extremidade inferior, nesse caso. Essa estrutura interna 1 comporta armações 2, molduras, enrijecedores, pisos e outros painéis de estrutura. Ela comporta, por exemplo, subconjuntos pré- ligados 3, cujos recortes são destinados a receber portas 4, vigias 5 ou ainda disposições do posto de comando 6.
Conforme mostrado na figura 1, quando os diferentes elementos da estrutura interna são montados e ligados, a forma geral da fuselagem da aeronave é perceptível. Para facilitar a instalação e a ligação da estrutura interna, as diferentes peças destinadas a formar a estrutura interna, e, em particular, as armações, podem ser numeradas e marcadas em um plano.
Para facilitar também a construção da estrutura interna, as peças estruturais e as outras armações podem ser peças pré-fabricadas. As armações podem ser instaladas em uma só peça, o que simplifica a instalação das diferentes peças da estrutura interna. Por exemplo, as armações podem ser realizadas em 360°.
Quando a estrutura interna é ligada, o processo da invenção comporta uma operação de instalação dos equipamentos carcaças entre as armações da estrutura interna. Com efeito, as armações e outras peças estruturais são espaçadas umas das outras. No exemplo da figura 1, as armações 2a e 2b são separados por um espaço 7. 0 processo da invenção propõe preencher esses espaços por meio de equipamentos carcaças que formam um revestimento da estrutura interna. Um exemplo de revestimento de estrutura interna está representado na figura 2. Essa figura 2 mostra a estrutura interna da figura 1, após instalação de equipamentos carcaças 8 entre as armações 2 e as peças estruturais dessa estrutura.
Os equipamentos carcaças 8 são peças que têm uma curvatura idêntica à curvatura externa da estrutura interna. Em outros termos, esses equipamentos carcaças 8 constituem partes de superfície aptas a serem instaladas entre duas armações ou dois conjuntos de armações de estrutura. Os equipamentos carcaças podem ter dimensões sensivelmente iguais ao espaço entre duas armações. Nesse caso, cada equipamento carcaça é instalado e fixado entre duas armações. Os equipamentos carcaças podem também ter dimensões superiores ao espaço entre duas armações. Nesse caso, cada equipamento carcaça pode ser instalado entre dois conjuntos de armações. No exemplo da figura 2, um equipamento carcaça 8a tem uma forma de semi-cilindro. Essa carcaça 8a é, então, instalada entre uma primeira armação 2a e uma segunda armação 2b. Essa carcaça 8a é presa então sobre as armações 2a a 2b. Um equipamento carcaça pode assim ser instalado em uma interarmação, isto é, em um espaço entre duas armações, ou bem em um espaço que comporta mais de uma interarmação. Na seqüência da descrição, considerar-se-á que cada equipamento carcaça é instalado entre duas armações.
Os equipamentos carcaças podem formar uma parte de cilindro. Eles podem ter também uma outra forma que lhes permita assumir a forma externa da estrutura interna. Quando os equipamentos carcaças são instalados em toda a superfície da estrutura interna, a estrutura obtida é denominada estrutura plena 14. Essa estrutura plena 14 é, portanto, uma estrutura interna, cujos espaços são preenchidos por equipamentos carcaças. Essa estrutura plena pode comportar algumas aberturas que correspondem a disposições específicas da aeronave, tais como as portas ou vidros do posto de comando.
Na figura 3, representou-se uma vista em corte parcial de uma estrutura plena. Essa figura 3 mostra, portanto, segundo uma vista frontal em corte, duas armações 2a, 2b de uma estrutura interna 1 entre os quais é instalada um equipamento carcaça 8. Esse equipamento carcaça 8 é fixado sobre cada armação 2a e 2b por meio de uma fixação amovível 9a e 9b. Essa fixação amovível pode ser um parafuso com pouca ou qualquer outro meio de fixação que pode ser retirado posteriormente, após a fabricação do revestimento externo 10. O equipamento carcaça 8 pode também ser colocado em posição pelas armações 2a, 2b, mas fixado sobre uma outra parte da estrutura interna 1.
No exemplo da figura 3, as armações 2a, 2b têm uma forma sensivelmente em C. 0 equipamento carcaça 8 tem uma forma adaptada para se inserir entre o dorso do C da armação 2b e o fundo do U da armação 2a.
O equipamento carcaça 8a pode ser realizado em várias partes, a fim de favorecer sua inserção entre as armações 2a e 2b. Nesse caso, fala-se de ligação, depois separação dos equipamentos carcaças.
No exemplo da figura 3, representou-se o revestimento externo 10 que recobre as armações 2a e 2b, assim como o equipamento carcaça 8. A figura 3 corresponde, portanto, à estrutura plena, após fabricação do revestimento externo é antes da retirada dos equipamentos carcaças. As operações de fabricação do revestimento externo e de retirada dos equipamentos carcaças vão a seguir ser descritos.
Quando a estrutura plena 14 é construída, o processo da invenção propõe realizar o revestimento externo em torno dessa estrutura plena. A estrutura plena 14 constitui assim um molde para a fabricação do revestimento externo. Em outros termos, a estrutura interna constitui uma parte do revestimento externo. Em outros termos, estrutura interna constitui uma parte do molde de fabricação do revestimento externo. A outra parte do molde de fabricação do revestimento externo é constituída pelos equipamentos carcaças, essa outra parte sendo retirada após fabricação desse revestimento externo.
Para realizar o revestimento externo, fitas de fibras pré-revestidas de resina são colocadas em torno da estrutura plena. Essas fitas de fibras pré-revestidas são depositadas fita por fita sobre todo o contorno da estrutura plena.
Na figura 4, representou-se um exemplo de um trecho de fuselagem instalado sobre a armação 11 de uma máquina de colocação de fibras. Conforme explicado anteriormente, a estrutura interna foi construída em torno de um eixo XX que se apoia sobre dois suportes lia e 11b, formando a armação 11 da máquina de colocação de fibras. A estrutura plena, uma vez realizada, se acha, portanto, montada em torno do eixo XX. Os suportes da armação 11 são equipados com motores que permitem acionar o eixo XX em rotação. A estrutura plena é assim acionada em rotação pelo eixo XX.
Uma cabeça de colocação 12, móvel, assegura a colocação da fita de fibras pré-revestidas sobre a estrutura plena. A estrutura plena é assim recoberta, fita após fita, de uma camada de fibras pré-revestidas 13. Quando a estrutura plena está inteiramente recoberta de fibras pré-revestidas, essa estrutura é introduzida em um forno para ser aí cozida. Sob o efeito do calor, a resina se polimeriza, de modo que as fitas 13 criam um estratifiçado, tomando a forma da estrutura plena e constituindo o revestimento 10.
Deve ser observado que os equipamentos carcaças são realizados em um material tal que sua dilatação térmica não é sensivelmente diferente daquela da fita de fibras. Elas pode ser realizadas, por exemplo, em um material compósito. O cozimento da estrutura plena não acarreta, portanto, nenhum problema de dilatação térmica diferencial entre os equipamentos carcaças e a estrutura interna. Além disso, a estrutura interna também não cria problemas de dilatação térmica, pois ela é em materiais compósitos. O cozimento da estrutura plena tem, portanto, unicamente efeitos sobre a fita de fibras pré-revestidas.
Quando a fita de fibras é polimerizada, o revestimento externo é formado. O processo da invenção propõe, então, retirar os equipamentos carcaças.
Em um modo de realização preferido da invenção, os equipamentos carcaças são recobertos de um material que favorece sua desmoldagem, isto é, um material que impede qualquer aderência da resina. Em uma variante, os equipamentos carcaças são feitos em um material anti- adesivo. Assim, o revestimento externo, uma vez fabricado é colado na estrutura interna, e notadamente nas armações da estrutura interna, mas não é colado nos equipamentos carcaças. Os equipamentos carcaças podem, portanto, ser desconectados, depois retirados facilmente, a partir do interior da estrutura, deixando essa estrutura interna no lugar, no interior do revestimento externo.
Quando os equipamentos carcaças tiverem sido retirados, recortes podem ser feitos no revestimento externo para serem obtidas aberturas destinadas às vigias, às portas e outras disposições.
Compreende-se, portanto, que esse processo permite um ganho de tempo considerável, já que a estrutura interna é realizada, antes que o revestimento externo seja colocado. Ele é, portanto, realizado sem dificuldade de espaço. Além disso, esse processo necessita unicamente da deposição e da retirada dos equipamentos carcaças que podem ser respectivamente em várias partes para serem retirados mais facilmente.
Por outro lado, uma fuselagem obtida com esse processo da invenção apresenta a vantagem de poder ser realizado em uma só peça, sem necessidade de costura entre dois painéis, o que permite um ganho de tempo, de massa, e uma melhoria sensível do aerodinamismo da aeronave.
Claims (10)
1. Processo de fabricação de uma fuselagem de aeronave, comportando uma estrutura interna (1) que constitui pelo menos parcialmente um molde (4) de fabricação do revestimento externo em material compósito, essa estrutura internaf^sendo envolvida por um revestimento externo (10) em material compósito, caracterizado pelo fato de comportar as seguintes operações: - ligação de uma pluralidade de armações (2) e peças estruturais para formar a estrutura interna (1) da fuselagem; - instalação de equipamentos carcaças (8) em um espaço entre pelo menos duas armações da estrutura e fixação de cada um desses equipamentos sobre as duas armações por meio de uma fixação amovivel, para se obter uma estrutura plena (14) ; - depósito de uma camada de material compósito (13) em torno da estrutura plena (14); - cozimento da estrutura plena recoberta da camada de material compósito; e - retirada dos equipamentos carcaças (8) para se obter a estrutura interna (1) recoberta do revestimento externo (10).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a camada de material compósito ser depositada sob a forma de fibras impregnadas de uma resina.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de as armações (2) da estrutura interna (1) serem pré-fabricadas.
4. Processo, de .acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de as armações pré-fabricadas serem instaladas em uma só peça.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de os equipamentos carcaças 'T8) serem fixados sobre as armações (2) situadas de ambos os lados desses equipamentos carcaças.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de os equipamentos carcaças serem partes de cilindros.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de os equipamentos carcaças serem realizados em várias partes, favorecendo sua inserção entre as armações.
8 . Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de as armações serem montadas sobre uma armação apta a sustentar a estrutura interna.
9. Fuselagem de aeronave, comportando uma estrutura interna (1) recoberta de um revestimento externo (10) , caracterizada pelo fato de ser obtida pelo processo de qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8.
10. Fuselagem, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de o revestimento externo (10) ser colado sobre as armações que formam a estrutura interna.
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