BRPI0714252A2 - conduto integrado em uma tubulaÇÕ de aeronave e tubulaÇço de aeronave - Google Patents

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BRPI0714252A2
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Abstract

CONDUTO INTEGRADO EM UMA TUBULAÇÀO DE AERONAVE E TUBULAÇAO DE AERONAVE. O objeto da invenção é um conduto (26) integrado em uma tubulação de aeronave (20) obtido a partir de um material compósito compreendendo uma matriz de resina geopolimérica reforçada com fibras.

Description

"CONDUTO INTEGRADO EM UMA TUBULAÇÃO DE AERONAVE E TUBULAÇÃO DE AERONAVE". Campo da invenção
A presente invenção refere-se a um conduto de aeronave, o mencionado conduto sendo particularmente mais adaptado para ser disposto em uma zona susceptível de ser submetida às temperaturas elevadas, tais como, por exemplo, a motorização da aeronave. Antecedentes da invenção A motorização de uma aeronave compreende numerosos condutos para encaminhar diferentes fluídos, o conjunto dos mencionados condutos sendo chamados a partir de agora de tubulação.
Considerando a importância do carburante nos custos de exploração de uma aeronave, os fabricantes tendem a diminuir a massa das aeronaves a fim de reduzir seu consumo, especialmente utilizando os materiais compósitos para realizar as partes da tubulação.
Esses materiais compósitos são compostos de fibras, particularmente de carbono, grafite, basalto, aramida ou vidro, por exemplo, submergidas em uma matriz de resina orgânica tal como, por exemplo, uma resina epóxi, termoplástica ou que endureça termicamente. As fibras podem se apresentar sob a forma de tecido ou de uma camada não tecida, segundo o caso.
Para poder ser utilizadas posteriormente, essas fibras são geralmente revestidas. Em efeito, no momento de sua elaboração, o estado da superfície dessas fibras está degradado o qual prejudica a adesão das resinas orgânicas. Por outro lado, a manipulação das fibras no estado bruto, no momento de uma operação de tecelagem, por exemplo, é delicada devido às fibrilas se destacando do facho principal. Assim, as fibras secas são tratadas para restaurar o estado de superfície em seguida recoberta de uma resina orgânica favorecendo a adesão química para uma impregnação posterior . Esse recobrimento é chamado de ensimagem. As fibras comercializadas ensimadas são lisas e estão prontas para serem utilizadas.
As técnicas industriais têm sido desenvolvidas para aplicar fibras ensimadas e resinas epóxi. Essas técnicas são controladas e permitem obter custos de fabricação de peças compatíveis com aqueles das peças metálicas equivalentes.
Além disso, as peças em material compósito oferecem características mecânicas pelo menos iguais àquelas das peças metálicas e são netamente mais ligeiras que estas últimas.
Entretanto, a utilização dos materiais compósitos para realizar as partes da tubulação pode-se revelar problemática em certos casos, particularmente quando as mencionadas partes são colocadas em zonas susceptíveis de serem submetidas a temperaturas elevadas, por exemplo, superiores a 500°C. Esse é o caso particularmente da tubulação prevista no ambiente do motor. Em tais temperaturas, os condutos realizados em material compósito a base de resina orgânica perdem suas características mecânicas, e se tornam porosos, o que se traduz em falta de fiabilidade dos mencionados condutos. A arquitetura do motor leva em consideração geralmente essa falta de fiabilidade a altas temperaturas dos condutos em material compósito incorporando obstáculos corta-fogo, por exemplo, para limitar a propagação do calor na direção dos condutos. No entanto, essa solução não é satisfatória, pois ela faz o motor mais complexo, e o ganho de massa decorrente do uso de conduto em material compósito é quase anulado pela presença de elementos suplementares.
Por razões de segurança, os condutos são duplicados, a saber, um conduto principal 10 chamado igualmente de conduto interno e colocado no interior de um segundo conduto 12 chamado de conduto externo, como ilustrado na Figura 1. Assim mesmo, em caso de falha do conduto interno, o fluído circulando no segundo conduto continua alimentando o órgão ao qual ele é destinado. Quando os materiais compósitos são utilizados para realizar o conduto interno 10, este último é colocado em um conduto externo 12 de titânio que o protege, particularmente das temperaturas elevadas.
Entretanto, essa solução não é satisfatória devido às razões seguintes:
A utilização do titânio para o conduto externo engendra um sobrepeso e maiores custos para a tubulação. Ademais, a associação de materiais compósitos diferentes para os condutos, interno e externo, tendo necessariamente características mecânicas e estruturais diferentes engendra numerosos problemas no momento da concepção. Assim, é necessário prever os sistemas 14 de retomada dos deslocamentos relativos (translação e rotação) entre os condutos e os sistemas complexos de conexão e fixação para considerar as diferenças de dilatação entre os dois condutos. Todos esses elementos fazem mais complexa a tubulação, conduzindo a uma manutenção mais complicada e mais demorada e tornam mais pesado o conjunto.
Também, a presente invenção visa remediar os inconvenientes da técnica anterior propondo um conduto para uma aeronave susceptível de conservar sua fiabilidade a temperaturas elevadas.
Para isso, a invenção tem por objeto um conduto integrado em uma tubulação de aeronave caracterizado por ser realizado a partir de um material compósito compreendendo uma matriz de resina geopolimérica reforçada por fibras. Descrição das figuras
Outras características e vantagens serão mais bem vistas a partir da descrição que se segue da invenção, descrição dada a título de exemplo unicamente, com referência às Figuras anexadas, nas quais: A Figura 1 é um corte longitudinal de uma parte de tubulação segundo a técnica anterior compreendendo um conduto interno de material compósito a base de resina orgânica e um conduto externo de titânio; e A Figura 2 é um corte longitudinal de uma parte de tubulação segundo a invenção compreendendo um conduto interno e um conduto externo de material compósito a base de resina geopolimérica. c Descrição da invenção
Na Figura 2, tem-se representado em 20 uma parte de uma « tubulação instalada em uma aeronave. A presente invenção
é descrita aplicada a uma tubulação de uma motorização de uma aeronave, pois esse tipo de tubulação é o mais fortemente solicitado, particularmente em temperatura. Assim, em caso de incêndio, a tubulação pode ser submetida a uma temperatura superior a 500°C. Contudo, a invenção não é limitada a essa aplicação, e poderia ser aplicada a outras tubulações de uma aeronave. Essa parte de tubulação 20 assegura a transferência de um fluido entre uma primeira extremidade 22 e uma segunda extremidade 24. Cada extremidade 22, 24 compreende os meios para ser conectada a um outro elemento, por exemplo, uma outra parte da tubulação, um dispositivo para alimentar de fluido ou susceptível de fornecer um fluído.
Essa parte da tubulação compreende pelo menos um conduto 26 garantindo a transferência de fluído. Segundo a invenção, o conduto 26 é realizado em material compósito compreendendo uma resina geopolimérica reforçada por fibras.
Para obter um material susceptível de conservar sua resistência mecânica para alta temperatura, utiliza-se uma resina geopolimérica de tipo silicato (xSi02, AlO2) , na qual χ é compreendido entre ou igual a 1,75 e 50. Vantajosamente, utiliza-se a resina comercializada sob a denominação MEYEB pela sociedade Cordi para geopolímeros. Por resina geopolimérica entende-se uma resina uma resina geopolimérica ou uma mistura de resinas geopoliméricas.
Segundo as aplicações, as fibras podem ter diferentes secções e podem ser realizadas a partir de diferentes materiais tais como, por exemplo, de carbono, grafite, basalto, aramida ou vidro.
As fibras podem estar sob a forma de um tecido, de um não tecido ou de um tapete.
No estado natural, o carbono se apresenta sob a forma de fios apresentando rebarbas que conferem ao material um caráter muito abrasivo. Para poder dar uma forma posterior, essas fibras são geralmente recobertas. Em efeito, no momento de sua elaboração, o estado de superfície dessas fibras é degradado o que prejudica a adesão das resinas orgânicas. Além disso, a manipulação das fibras no estado bruto, no momento de uma operação de tecelagem, por exemplo, é delicada devido às fibrilas se destacando do facho principal. Assim, as fibras secas são tratadas para restaurar o estado de superfície em seguida recoberta de uma resina orgânica favorecendo a adesão química para uma impregnação posterior . Esse recobrimento é chamado de ensimagem. As fibras comercializadas ensimadas são lisas e estão prontas para serem utilizadas.
A quantidade de ensimagem é relativamente fraca em relação à fibra e está na ordem de 1% em massa da fibra ensimada. Ademais, a natureza da resina orgânica utilizada para a ensimagem pode variar de um fabricante para outro.
Para favorecer a aderência da matriz em resina geopolimérica com as fibras, é necessário retirar pelo menos parcialmente a ensimagem, as resinas orgânicas e as resinas geopoliméricas não sendo miscíveis. A retirada da ensimagem para um tratamento térmico ou químico permite a utilização de tecidos amplamente comercializados.
Segundo um modo de concretização, a retirada da ensimagem é realizada graças a um tratamento térmico consistindo em aquecer as fibras até que a temperatura de degradação térmica da resina, para que esta última não se adira mais às fibras. Vantajosamente, o tratamento térmico se efetua sob atmosfera inerte.
Esse tratamento permite tratar a maioria das fibras comercializadas mediante um eventual ajuste da temperatura e/ou do ciclo de temperatura à qual são submetidas as fibras ensimadas. Ele permite um tratamento relativamente rápido da ordem de alguns minutos. Como as temperaturas de degradação térmica das resinas utilizadas para a ensimagem são muito próximas da temperatura de oxidação das fibras de carbono é conveniente determinar a temperatura e/ou o ciclo de temperatura à qual as fibras são submetidas. Em efeito, uma degradação muito importante das fibras conduziria à redução, fortemente, das características do produto obtido.
Geralmente, o final do período de retirada da ensimagem corresponde ao início do período de degradação das fibras.
Um bom compromisso para obter uma aderência satisfatória e uma degradação limitada das fibras consiste em retirar entre 50% e 90% da ensimagem.
Para determinar a temperatura de aquecimento, realiza-se um ensaio em uma amostra. Graças a uma análise por gravimetria térmica (ATG) associada ou não a uma espectrografia de massa, é possível identificar o composto utilizado para a ensimagem e determinar as temperaturas de início e de finalização da retirada assim como a massa subtraída.
O tratamento térmico consiste então em aquecer o produto sob atmosfera inerte ocupando-se de manter a temperatura média do forno no garfo determinado no momento da análise por gravimetria térmica. Um controle final de perda de massa permite validar o processo.
Segundo outro modo de operação, a retirada da ensimagem pode ser realizada graças a um tratamento químico, especialmente utilizando um solvente.
Previamente, é necessário identificar o composto utilizado para a ensimagem a fim de escolher o solvente. Essa identificação pode ser conduzida por uma análise por gravimetria térmica. 0 método químico é relativamente simples de ser aplicado e necessita de pelo menos um banho de solvente como o diclorometano, por exemplo. A duração do tratamento é determinada em função particularmente do composto utilizado para a ensimagem. Para reduzir a duração do tratamento, um bom compromisso ^ para obter uma aderência satisfatória e uma duração de
tratamento limitada consiste em retirar entre 50% e 90% da ensimagem.
Segundo uma outra característica da invenção, para melhorar a impregnação das fibras, realiza-se uma adição de água na resina, da ordem de 3 a 7% em volume para melhorar a fluidez da mencionada resina nas fibras. Essa adição de água é em suplementação, em relação à quantidade de água recomendada pelo fabricante da resina. O conduto 26 realizado a partir de um material compósito a base de uma resina geopolimérica resiste às temperaturas elevadas e conserva suas características estruturais e mecânicas assim como sua porosidade. Contrariamente aos condutos anteriores cuja porosidade aumenta a altas temperaturas, o conduto segundo a invenção conserva uma porosidade que lhe permite ser hermético.
Segundo as variantes, o conduto 26 pode ter uma secção circular ou não e compreende porções retilíneas e/ou curvas.
Segundo um modo de concretização, a parte da tubulação compreende dois condutos, um primeiro conduto 2 6 chamado de conduto interno disposto em um segundo conduto 28
λ
chamado de conduto externo, os dois condutos são realizados em material compósito a base de uma resina geopolimérica e são de preferência sensivelmente coaxiais. Essa configuração permite obter uma tubulação mais confiável na medida onde se o conduto interno falha, o fluído é transferido sempre pelo segundo conduto 28. O fato de prever dois condutos em um mesmo material permite simplificar a tubulação na medida em que não é mais necessário prever dispositivos permitindo compensar os movimentos relativos susceptíveis de aparecer quando os condutos são realizados em materiais tendo coeficientes de dilatação diferentes. Ademais, o fato de realizar os dois condutos a partir de fibras de carbono submergidas em uma matriz de resina geopolimérica permite limitar as variações dimensionais dos elementos, o carbono não se dilatando, de modo que os meios de conexão previstos nas extremidades são simplificados.

Claims (5)

1. Conduto integrado em uma tubulação de aeronave, caracterizado pelo fato de ser realizado a partir de um material compósito compreendendo uma matriz em resina geopolimérica reforçada com fibras.
2. Conduto integrado em uma tubulação de aeronave, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser realizado a partir de um material compósito a base de fibras submergidas em uma resina geopolimérica do tipo silicato (XS1O2, AlO2) , na qual χ é compreendido entre ou igual a 1,75 e 50.
3. Conduto integrado em uma tubulação de aeronave, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de as fibras terem passado pelo menos parcialmente por processo de retirada da ensimagem, previamente à impregnação com a resina geopolimérica.
4. Tubulação de aeronave, caracterizado pelo fato de compreender pelo menos um conduto segundo qualquer uma das reivindicações de 1 a 3.
5. Tubulação de aeronave, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de compreender dois condutos obtidos a partir de um material compósito compreendendo uma matriz em resina geopolimérica reforçada por fibras, um primeiro conduto (26) chamado de interno no qual é susceptível de circular um fluído, o mencionado conduto interno (26) sendo disposto no interior de um segundo conduto (28) chamado de conduto externo.
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