BRPI0716904A2 - Enrijecedos autoestabilizado, permitindo uma recuperação de elementos. - Google Patents

Description

ENRIJECEDOR AUTOESTABILIZADO, PERMITINDO UMA RECUPERAÇAO DE

ELEMENTOS

Domínio da invenção

A invenção se refere a um enrijecedor, permitindo ao mesmo tempo um enrijecimento estável de uma estrutura e uma recuperação de elementos sobre essa estrutura. A invenção se refere também a uma estrutura de aeronave, comportando pelo menos um enrijecedor.

A invenção encontra aplicações no domínio da mecânica

das estruturas e, em particular, no domínio da aeronáutica para a manutenção mecânica dos elementos estruturais de uma aeronave.

Estado da técnica

Em uma aeronave, existem numerosos elementos

estruturais que necessitam da utilização de peças suplementares para melhorar a manutenção mecânica desses elementos de estrutura. Essas peças suplementares podem ser, notadamente, enrijecedores. Esses enrijecedores são peças perfiladas fixadas sobre elementos estruturais da

2 0 aeronave, por exemplo, para transferir cargas no sentido do

comprimento ou para estabilizar esses elementos (para impedir esses elementos de se empolarem ou de se chamuscarem sob o efeito de forças de cisalhamento ou de compressão).

Os enrijecedores podem ser utilizados, por exemplo, na

fuselagem da aeronave como armações ou liças para enrijecer o revestimento e certas zonas específicas, tais como os caixões de portas. Eles podem também ser utilizados no velame da aeronave, no sentido da longarina (Iongarinas) ou

3 0 no sentido da corda (nervuras). Os enrijecedores podem enrijecer a estrutura localmente, no sentido vertical ou no sentido longitudinal, em locais onde os esforços são consideráveis.

Os enrijecedores podem ter seções de formas diferentes. A seção do enrijecedor depende de múltiplos parâmetros, tais como a forma do elemento estrutural a enrijecer ou a função principal que deve exercer. Os enrijecedores conhecidos apresentam, geralmente, uma seção em Z, uma seção em T, uma seção em J ou uma seção em Ω.

Exemplos de diferentes seções estão representados nas figuras 1, 2 e 3.

Mais precisamente, um exemplo de enrijecedor com seção em Z está representado na figura 1. Esse enrijecedor 2 em Z comporta 3 partes: um calço 21, um núcleo 22 e uma cabeça

23. 0 calço 21 está em contato com o elemento a enrijecer 1 e assume, portanto, sua forma. O núcleo 22, que apresenta duas superfícies "planas", pode servir eventualmente para retomar outros elementos. 0 cabeçote 23 serve para estabilizar o enrijecedor, isto é, para impedir sua seção

2 0 de atingir seu plano.

Na figura 2A, representou-se um exemplo de enrijecedor com seção em T. Esse enrijecedor 3 em T comporta 2 partes: um calço 31 e um núcleo 32. 0 calço 31 está em contato com o elemento a enrijecer e assume, portanto, sua forma. O

núcleo 32, que apresenta duas superfícies "planas", pode servir eventualmente para recuperar outros elementos. Em compósito, esse enrijecedor poderia, por exemplo, ser obtido pela tecnologia RTM (Resin Transfert Moulding), co- injetando duas pré-formas em L posicionadas dorso a dorso,

3 0 conforme mostrado na figura 2B. Nesses dois exemplos de enrijecedores, da mesma forma que para um enrijecedor com seção em J, o enrijecedor comporta um núcleo que forma uma superfície de apoio. Denomina-se superfície de apoio, uma superfície plana normal ou quase normal ao elemento a enrijecer e podendo receber um elemento complementar, de modo que esse elemento esteja em contato permanente com a superfície de apoio. Assim, essa superfície de apoio pode assegurar a recuperação de um outro elemento, estrutural ou não. Em outros termos, esses tipos de enrijecedores com seção em J, T ou Z comportam, cada um, uma superfície plana sobre a qual pode ser levado um elemento suplementar.

Todavia, a forma desses enrijecedores pode apresentar um inconveniente, quando a estrutura é submetida a certas forças. Com efeito, quando o enrijecedor é carregado em compressão, ele tem tendência a atingir, isto é, ele tem tendência a se chamuscar a partir de um certo nível de compressão. Para evitar o chamuscamento do enrijecedor, é necessário acrescentar peças suplementares, tais como clipes de estabilização, colocadas através do enrijecedor, cujo papel é de evitar que seu carregamento entorne.

Para resolver esses problemas de estabilidade, existem enrijecedores com seção em Ω. Um exemplo desse enrijecedor em Ω está representado na figura 3. No exemplo da figura 3, esse enrijecedor 4 tem uma forma em Ω. Ele comporta uma cabeça 45, dois núcleos 43 e 44 e dois calços 41 e 42, simétricos de ambos os lados do plano mediano da cabeça 45. A própria forma do enrijecedor, e em particular o fato que é associado ao elemento a enrijecer, a seção obtida é fechada, seção assimilável a uma viga oca, oferece uma estabilidade a esse enrijecedor. Em outros termos, o enrijecedor é estável por ele próprio, sem acréscimo de nenhuma peça suplementar. Ele é autoestabilizado. Assim, mesmo que se carregue esse enrijecedor em compressão, compreende-se bem que o enrijecedor não derrame nem de um lado, nem do outro.

Todavia, esse enrijecedor em Ω não comporta nenhuma superfície de apoio simples adaptada à recuperação de outros elementos. Com efeito, além de seus dois calços, esse enrijecedor não tem nenhuma superfície realmente adaptada à recuperação de outros elementos pela orientação de sua cabeça e de seus núcleos (nenhum é normal na superfície do elemento a enrijecer) e pelas problemáticas associadas à instalação de fixação em seções fechadas (controlabilidade, fixações específicas, ...).

Assim, segundo o elemento estrutural a enrijecer e segundo as funções a assegurar, escolhe-se utilizar um enrijecedor com superfície de apoio, como um enrijecedor com uma seção em Z, em T ou em J, ou um enrijecedor autoestabilizado, como o enrijecedor com seção em Ω.

Ora, a tendência atual em aeronáutica faz com que haja sempre mais elementos a recuperar, tanto elementos de equipamento, quanto elementos de sistema real. Em particular, sobre a fuselagem de uma aeronave, as armações

2 5 ou a estrutura piso são zonas da aeronave onde há numerosos

elementos a recuperar, tanto elementos de estrutura, quanto elementos de sistema, tais como os cabos elétricos . Portanto, é importante permitir uma recuperação de elementos sobre enrijecedores, simplificando ao máximo as

3 0 peças de estrutura por integração de funções. Exposição da invenção

A invenção tem justamente por finalidade prevenir os inconvenientes das técnicas expostas anteriormente. Com essa finalidade, a invenção propõe um enrijecedor que tem uma seção que lhe permite, ao mesmo tempo, ser autoestabilizado e assegurar uma recuperação de elementos. Esse enrijecedor se basta para a manutenção mecânica e oferece um núcleo plano que permite uma recuperação de elemento. Para isso, o enrijecedor da invenção comporta uma

parte baixa, tendo uma forma assimilável, em estabilidade, a um Ω e uma parte alta que apresenta uma superfície de apoio, permitindo a recuperação de elementos.

De forma mais precisa, a invenção se refere a um enrijecedor para uma estrutura submetida a esforços de

tensão e/ou de compressão e/ou de cisalhamento, caracterizado pelo fato de comportar uma seção em forma de À, compreendendo:

- uma zona em contato com um elemento a enrijecer, tendo uma seção fechada e assegurando uma estabilidade,

essa zona comportando uma primeira e uma segunda escoras; e um núcleo normal ao elemento a enrijecer, conferindo-lhe uma superfície de apoio apta a uma recuperação de elemento, esse núcleo sendo formada por uma das duas escoras.

2 5 0 enrijecedor da invenção pode comportar também uma ou

várias das seguintes características:

- o enrijecedor é feito em material compósito;

- a primeira escora é uma escora longa, a segunda é uma escora curta, as duas escoras se juntam em uma zona de

3 0 junção, formando uma superespessura; - o núcleo (12) é constituído por uma parte da escora longa (6);

- a escora curta é simétrica à escora longa em relação a um eixo XX que passa pela zona de junção;

- cada escora comporta um calço de estabilização;

- a escora longa tem uma seção em C;

- a escora longa tem uma seção em Z;

- a escora curta tem uma seção em L;

- a escora longa (6) comporta uma cabeça (64) formada

em uma extremidade oposta ao calço de estabilização (63) ,

assegurando uma inércia.

A invenção se refere também a uma estrutura de aeronave, caracterizada pelo fato de comportar pelo menos um enrijecedor, tal como definido anteriormente.

A invenção se refere também a uma aeronave que

comporta pelo menos um desses enrijecedores.

Breve descrição dos desenhos

A figura 1, descrita, representa um enrijecedor com seção em Z.

2 0 As figuras 2A e 2B, descritas, representam um

enrijecedor com seção em T.

A figura 3 descrita representa um enrijecedor com seção em Ω.

A figura 4 representa uma primeira configuração de um

2 5 enrijecedor com seção em λ, de acordo com a invenção.

A figura 5 representa uma segunda configuração de um enrijecedor com seção em λ, de acordo com a invenção.

As figuras 6B e 6B, que são associadas à configuração da figura 5, mostram os centros de gravidade de

3 0 enri j ecedores com seção em λ., de acordo com a invenção. A figura 7 representa um exemplo de armação, de acordo com a invenção, e de travessas de piso em uma fuselagem de aeronave.

As figuras 8A e 8B mostram os detalhes da ligação armação/travessa ilustrada anteriormente na figura 3.

Descrição detalhada de modos de realização da invenção.

A invenção se refere a um enrijecedor para elemento estrutural, em particular de aeronave, tendo uma seção em forma de λ.. Essa forma em Λ permite ao mesmo tempo uma auto-estabilidade do enrijecedor e uma recuperação de elementos.

Uma seção em λ, tal como vai ser descrita, pode ser, por exemplo, aplicada a um enrijecedor longitudinal, isto é, uma liça ou um enrijecedor radial, isto é, uma armação.

Um enrijecedor com seção em X combina as vantagens dos enrijecedores autoestabilizados descritos anteriormente. Para isso, um enrijecedor com seção em X comporta uma parte baixa que tem dois pontos de apoio, assegurando uma alta estabilidade e uma parte alta que tem uma superfície de apoio, assegurando uma recuperação de elementos. A parte baixa é uma zona de contato com o elemento a enrijecer; ela tem uma seção fechada. A parte alta comporta o núcleo 12 do enrijecedor; esse núcleo é normal ao elemento a enrijecer. Esses elementos de enrijecedores com seção em X estão

representados nas figuras 4 e 5. Mais precisamente, a figura 4 mostra uma primeira configuração de seção de um enrijecedor em X1 de acordo com a invenção. Essa seção de enrijecedor em X1 denominada mais simplesmente enrijecedor em λ, comporta uma escora longa 6, denominada também escora maior, e uma escora curta 7, denominada também escora pequena. A escora menor e a escora maior são realizadas em materiais idênticos. Elas têm, de preferência, uma espessura idêntica pelo menos sobre uma parte do comprimento da escora.

A escora menor 7 une a escora maior 6 em uma zona de junção 8, formando, nesse local, uma superespessura.

A escora maior 6 é a escora principal do enrijecedor. A escora menor 7 é o estabilizador do enrijecedor.

Cada escora comporta vários setores. A escora menor 7 comporta um primeiro setor 71 situado na zona de junção 8 das duas escoras. Ela comporta um segundo 72 que forma um ângulo obtuso com o primeiro setor 71. Ela comporta um terceiro setor 73, denominado calço, e cujo papel é de permitir a ligação entre o enrijecedor e o elemento a enrijecer. Todavia, localmente, esse terceiro setor pode estar ausente da escora do enrijecedor, isto a fim de limitar sua massa.

A escora maior 6 comporta um primeiro setor 61, colado no primeiro setor 71 da escora menor 7. O primeiro setor da escora maior 6 é de comprimento superior àquele da escora menor 7 e constitui uma superfície de apoio 61 para recuperar eventualmente outras estruturas (travessas, ...), esse setor 61 da escora maior 6 constitui o núcleo 12 do enrijecedor. A escora maior 6 comporta um segundo setor 6 2 que forma um ângulo obtuso com o primeiro setor 61. A escora maior 6 comporta também um terceiro setor 63 que forma um calço, cujo papel é de permitir a ligação entre o enrijecedor e o elemento a enrijecer. Todavia, localmente, esse terceiro setor pode estar ausente da escora do enrijecedor, isto a fim de limitar sua massa.

A escora menor 7 é simétrica à escora maior 6 em relação a um eixo XX que passa pela zona de junção.

A escora maior 6 comporta, além disso, um quarto setor 64 que forma um ângulo sensivelmente reto com o primeiro setor 61, de modo que esse quarto setor é plano. Assim, o quarto setor 64, também denominado cabeçote, contribui para aumentar a inércia do enrijecedor. Com essa finalidade, esse quarto setor 64 pode ter uma espessura superior àquela dos outros setores da escora maior 6.

A título de exemplo, um enrijecedor de seção Λ pode ter uma altura total de 110 milímetros com escoras de uma espessura de 2,6 mm, exceto o quarto setor 64 da escora maior que tem uma espessura de 5 mm. A zona de junção das duas escoras tem então uma superespessura de 5,2 mm. Essa zona de junção 8 pode ter, por exemplo, um comprimento de 24 mm.

Um enrijecedor em λ tem uma estabilidade também de desempenho quanto um enrijecedor em Ω, quando se consideram

2 0 as zonas nas quais está em contato com o elemento a

enrijecer, isto é, as zonas nas quais suas escoras comportam seus terceiros setores 63 o 73. Com efeito, nessas zonas, o enrijecedor associado ao elemento a enrijecer permite obter uma seção fechada. Devido à sua estabilidade, esse enrijecedor em λ., pode sofrer um carregamento em tensão, em compressão e em cisalhamento, assegurando uma recuperação de elementos.

Na configuração representada na figura 4, os setores da escora maior 6 formam sensivelmente um Z. Diz-se que a

3 0 escora maior tem uma seção em Z. Os setores da escora menor formam sensivelmente um L virado. Diz-se que a escora menor tem uma seção em L.

Na configuração representada na figura 5, os setores da escora maior 6 formam sensivelmente um C. Diz-se que uma escora maior tem uma seção em C. Os setores da escora menor formam sensivelmente um L virado. Diz-se que a escora menor tem uma seção em L.

A diferença entre as duas configurações reside na orientação do setor 64: lado escora maior 6 ou lado escora menor 7. A escolha da configuração do enrijecedor em λ depende da forma e da orientação do elemento a levar sobre a superfície de apoio 61 do enrijecedor.

Independentemente da configuração do enrijecedor em λ, de acordo com a invenção, as duas escoras do enrijecedor são fabricadas em um mesmo material. Esse material pode ser o metal. Esse material pode também ser um material compósito que apresenta a vantagem de as duas escoras do λ poderem ser integradas uma ã outra, quando da fabricação do enrijecedor. Não há, então, nenhuma aplicação mecânica

2 0 necessária para unir as duas escoras do enrijecedor. Por

exemplo, a escora maior e a escora menor do A podem ser coinjetadas ou bem co-cozidas, etc. Nesse caso, após um dimensionamento apropriado do enrijecedor, não há nenhum risco de separação das duas escoras sob o efeito das forças aplicadas ao elemento estrutural.

Em um modo de realização preferido da invenção, as duas escoras do enrijecedor são realizadas a partir de duas pré-formas secas que são moldadas ambas ao mesmo tempo em um mesmo molde, por exemplo, segundo um processo RTM

3 0 (Moldagem por Transferência de Resina) . Assim, o fato de serem co-injetadas as duas escoras do enrijecedor permite obter uma penetração entre as duas escoras no nível da zona de junção. 0 enrijecedor da invenção pode ser realizado a partir de tecidos de fibras, isto é, fibras tecidas segundo uma trama e uma cadeia, ou de camadas de fibras, isto é, fibras que seguem uma única direção. A escolha do tipo de fibras depende das forças que devem suportar o enrijecedor.

Nas figuras 6A e 6B, representou-se um enrijecedor em λ, de acordo com a configuração da figura 5, em zona de recuperação sobre o elemento a enrijecer (com calço figura 6A) e fora da zona de recuperação com o elemento a enrijecer (sem calço figura 6B) . Essas figuras 6A e 6B mostram o centro de gravidade do enrijecedor, para cada zona desse enrijecedor. Observa-se que, independentemente da zona, o centro de gravidade jamais é localizado sobre o enrijecedor, mas fica em extremidade próxima. No caso da figura 6A, o centro de gravidade Gl fica exatamente ao lado da escora maior 6 do enrijecedor, fora do enrijecedor. No caso da figura 6B, o centro de gravidade G2 fica

2 0 completamente externo ao enrijecedor. A proximidade do

centro de gravidade do enrijecedor com seu núcleo é uma característica do enrijecedor que contribui para lhe dar seu caráter autoestabilizante.

Na figura 7, representou-se um exemplo de armação de fuselagem de aeronave modelizada segundo o enrijecedor da invenção, isto permitindo assegurar a recuperação de elementos da estrutura piso (no caso uma travessa) tendo uma armação estável. Em aeronáutica, é complexo construir uma armação, de seção redonda ou oval, de uma só peça.

3 0 Constrói-se, portanto, geralmente uma armação de vários setores encanados uns após os outros. Esses setores são exemplos de elementos estruturais que podem ser considerados como enrijecedores, de acordo com a invenção. No exemplo da figura 7, constrói-se uma armação 9 de 360°, segundo o enrijecedor da invenção, isto permitindo o encaixe sobre essa armação 9 de uma travessa de piso 10 em duas zonas de junção 11.

A ligação entre armação, de acordo com a invenção, e travessa da figura 7 está representada mais detalhadamente nas figuras 8A e 8B. Conforme explicado anteriormente, a armação 9 tem uma seção em forma de Λ. Ela comporta, portanto, em toda a sua extensão, várias escoras menores 7 e várias escoras maiores 6, conforme mostrado nas figuras 8A e 8B. No exemplo mostrado nas figuras 8A e 8B, a travessa de piso 10 fica apoiada contra a escora maior 6 do enrijecedor. Nesse caso, o enrijecedor é do tipo mostrado na figura 4, isto é, ele tem uma escora maior 6 em forma de Z. Esse tipo de enrijecedor, no exemplo das figuras 8A e 8B, permite uma recuperação da travessa piso mais facilmente, devido à orientação do cabeçote 64 do enrijecedor. A superfície de apoio 61 da escora maior 6 permite receber um ou vários outros elementos.

No exemplo das figuras 8A e 8B, a armação vem se recuperar diretamente sobre os calços de liças. Diz-se que a armação é semiflutuante. Em outras configurações, a armação pode ser não flutuante (recuperação direta da armação sobre o revestimento da fuselagem e eventualmente também sobre calços de liças) ou flutuante (sem recuperação direta da armação sobre o revestimento enrijecido, a 3 0 ligação entre revestimento e armação fazendo-se por intermédio de clipes).

Claims (10)

1. Enrijecedor para uma estrutura submetida a esforços de tensão e/ou compressão e/ou de cisalhamento, caracterizado pelo fato de comportar uma seção em forma de X, compreendendo: - uma zona de contato com um elemento a enrijecer (9) tendo uma seção fechada e assegurando uma estabilidade, essa zona comportando uma primeira (6) e uma segunda escoras (7) que se unem em uma zona de junção (8) que forma uma superespessura, a primeira escora sendo uma longa escora (6), a segunda escora sendo uma escora curta (7); e - um núcleo (12) normal ao elemento a enrijecer, conferindo-lhe uma superfície de apoio (61) apta a uma recuperação de elemento, esse núcleo sendo formado por uma das duas escoras.

2. Enrijecedor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ser fabricado em material compôsito.

3. Enrijecedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de o núcleo (12) ser constituído por uma parte da escora longa (6).

4. Enrijecedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 3, caracterizado pelo fato de a escora menor (7) ser simétrica à escora longa (6) em relação a um eixo (XX) que passa pela zona de junção (8) .

5. Enrijecedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de cada escora comportar um calço de estabilização (63, 73) .

6. Enrijecedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de a perna maior ter uma seção em C.

7. Enrij ecedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de a escora longa ter uma seção em Z.

8. Enrijecedor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de a escora curta ter uma seção em L.

9. Estrutura de aeronave, caracterizada pelo fato de comportar pelo menos um enrijecedor de qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8.

10. Aeronave, caracterizada pelo fato de comportar pelo menos um enrij ecedor de qualquer uma das reivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8.