ES2219621T3 - Elemento estructural para un avion. - Google Patents

Abstract

Elemento estructural para un avión, presentando el elemento (1) estructural, al menos, una chapa (4) de forro, así como varios perfiles (2) de refuerzo colocados sobre la chapa (4) de forro y, estando unidos los perfiles (2) de refuerzo, al menos en parte, al campo (4) de forro mediante una unión soldada, caracterizado porque están dispuestos refuerzos (5) por separado en los perfiles (2) de refuerzo y porque los refuerzos (5) están formados por duplicadores (6, 8) que están dispuestos, en cada caso, al menos en un lado, en la zona de los puentes (3A, 7A, 7B) de perfil.

Description

Elemento estructural para un avión.

La invención se refiere a elemento estructural para un avión, presentando el elemento estructural, al menos, una chapa de forro, así como varios perfiles de refuerzo colocados sobre la chapa de forro y, estando unidos los perfiles de refuerzo, al menos en parte, al campo del forro mediante una unión soldada.

De los documentos DE19639667 o DE19844035 se conoce un elemento estructural en una forma de construcción soldada de fuselaje-puntal longitudinal. Sobre chapas de forro de gran formato se sueldan perfiles, configurados como puntales longitudinales o cuadernas, mediante soldadura con láser. Los elementos estructurales de este tipo, que se usan como monocasco de fuselaje en un avión, tienen que presentar una resistencia suficiente y cumplir en el futuro un criterio llamado "two bay crack". Para cumplir ese criterio es necesario que las estructuras del fuselaje puedan soportar una grieta longitudinal o circunferencial extendida por dos secciones de cuaderna o dos divisiones de puntal longitudinal. En este sentido se debe suponer adicionalmente que el refuerzo en el centro de la grieta se ha partido. Los monocascos de fuselaje soldados presentan una resistencia residual pequeña en comparación con los monocascos de fuselaje, usuales hasta ahora, con refuerzos pegados o remachados como puntales longitudinales o cuadernas. En una forma de construcción diferencial de este tipo, los refuerzos remachados o pegados actúan como un tope o un retardador de grietas. El avance de la grieta en el revestimiento del fuselaje se retarda, pues la punta de la grieta se mantiene unida por el refuerzo remachado o pegado por una cantidad determinada de alternancias de la carga. Debido a la distribución de la carga del revestimiento al refuerzo, el refuerzo falla después de una cantidad de recargas, lo que provoca una falla instantánea del revestimiento del fuselaje y, por tanto, una falla del monocasco de fuselaje. Este comportamiento ventajoso de retardo de las grietas no ocurre en los elementos estructurales con refuerzos soldados. En el caso de los elementos estructurales soldados, la grieta continúa simultáneamente en el revestimiento y el refuerzo de manera que no se produce un efecto de retardo de la grieta. Este comportamiento provoca una disminución de la resistencia residual y un desfavorable comportamiento progresivo de la grieta. En las zonas, donde el diseño es el criterio determinante, habría que aumentar el grosor de los monocascos para lograr una resistencia residual suficiente. Esto provoca aumentos inaceptables del peso, especialmente, en las zonas laterales y superiores del monocasco del fuselaje. Por esta razón no está previsto hasta ahora el uso de monocascos de fuselaje con puntales longitudinales soldados en estas áreas. Del documento DE-PS19924909 se conoce el prever un engrosamiento en las uniones entre la chapa de forro y el perfil de refuerzo en la zona base de los perfiles de refuerzo para lograr un retardo de las grietas mediante una acumulación suficiente de material. Del documento US-PS5842317, considerado el estado más cercano de la técnica, se conocen engrosamientos en la zona de los perfiles de refuerzo de elementos estructurales integrales. Básicamente, se alcanza un mejoramiento del comportamiento ante daños de las estructuras integrales en caso de aparecer grietas, debido a la existencia de un salto del grosor (o una prominencia) en unión con tensiones internas que se introducen mediante deformaciones plásticas. Con estas soluciones es difícil de logra un peso mínimo del elemento.

La presente invención se basa, por consiguiente, en el objetivo de configurar un elemento estructural en una forma de construcción integral de modo que se logre un aumento de la resistencia residual, teniendo en cuenta un peso mínimo del elemento y resultando posible así el uso de monocascos soldados de fuselaje también en la zona lateral y superior del monocasco de fuselaje.

Este objetivo se alcanza en un elemento estructural mediante las medidas mencionadas en la reivindicación 1. En la reivindicación 8 se indican perfiles de refuerzo para un uso en elementos estructurales. En la reivindicación 11 se indica un procedimiento para la fabricación de un elemento estructural según la invención.

En este sentido, resulta especialmente ventajoso que mediante el aumento de la resistencia residual de un elemento estructural soldado éste también se puede usar para monocascos de fuselaje de un avión en la zona lateral y superior del monocasco. De esta forma, los monocascos soldados de fuselaje se pueden usar en general para todo el fuselaje y no están limitados sólo para la zona del monocasco inferior del fuselaje. El gasto de fabricación y el peso de la estructura se pueden reducir debido a la forma de construcción económica respecto a la fabricación convencional de monocascos de fuselaje. Mediante la disposición de un refuerzo por separado en un elemento estructural producido en una forma de construcción integral, se crea una superficie límite, hacia la que se puede orientar una grieta, quedando así intacta la estructura situada detrás. Con la introducción consciente de un elemento por separado, el comportamiento de la tolerancia a daños (impedimento del avance de grietas, aumento de la resistencia residual) mejora, no mediante medidas integrales, es decir, engrosamientos y acumulaciones de material, sino mediante la disposición consciente de un elemento diferencial.

Con la solución según la invención se eliminan las desventajas de los monocascos soldados. En el caso de las grietas primarias en el forro, es decir, en el revestimiento del fuselaje, la grieta, que avanza simultáneamente en los perfiles de refuerzo, se retrasa o detiene debido a los refuerzos colocados. El reforzamiento de los perfiles de refuerzo ejerce, con esto, una acción retardadora sobre la grieta del forro. La resistencia residual de los elementos estructurales soldados aumenta.

Variantes y configuraciones ventajosas se indican en las reivindicaciones 2 a 7, 9 y 10, así como 12 y 13. Otras ventajas resultan de la siguiente descripción detallada.

En el dibujo se representan ejemplos de realización de la invención que se describen detalladamente a continuación mediante las figuras 1 a 4. En las figuras los elementos iguales tienen las mismas referencias.

Muestran:

Fig. 1 un corte transversal a través de un elemento estructural en la zona de un puntal longitudinal en una primera realización,

Fig. 2 un corte transversal a través del elemento estructural en la zona del puntal longitudinal en una segunda realización,

Fig. 3 un corte transversal a través del elemento estructural en la zona de una cuaderna en una primera realización y

Fig. 4 un corte transversal a través del elemento estructural en la zona de la cuaderna en una segunda realización.

En las figuras 1 y 2 se muestra, respectivamente, una sección de un elemento 1 estructural de un perfil 2 de refuerzo. El perfil 2 de refuerzo está configurado como puntal 3 longitudinal para una estructura de fuselaje de avión, que discurre en la dirección longitudinal del avión y que está soldado sobre un campo 4 del forro. Para un elemento 1 estructural destinado a monocasco de fuselaje de un avión, está dispuesta una pluralidad de puntales 3 longitudinales de este tipo en la dirección longitudinal del avión. Como se conoce de los documentos DE19639667 o DE19844035, las uniones entre la chapa 4 de forro y los puntales 3 longitudinales se sueldan para lograr un ahorro del peso en comparación con el procedimiento convencional mediante remaches o pegado. Con el fin de aumentar la resistencia residual de un elemento 1 estructural soldado, se colocan, según la invención, refuerzos 5 por separado en el puntal 3 longitudinal. En estos puntales 3 longitudinales, especialmente configurados, se colocan los refuerzos 5 antes de que estos se suelden al campo 4 de forro. Mediante la disposición de un elemento por separado en un elemento estructural, producido en una forma de construcción integral, se crea una superficie límite, hacia la que se orienta una posible grieta. La estructura situada detrás, permanece intacta. El desarrollo de la grieta se detiene en este punto. Se dispone conscientemente un elemento diferencial en el perfil 3 de refuerzo, mejorándose así el comportamiento de la tolerancia a daños (impedimento del avance de la grieta, aumento de la resistencia residual). Los refuerzos 5 están configurados preferentemente como duplicadores 6 longitudinales, es decir, están situados al lado del puente 3A del puntal longitudinal como "duplicación" del puente. En la figura 1 se puede ver que un duplicador 6 longitudinal puede estar dispuesto a ambos lados del puente 3A de puntal longitudinal.

En la figura 2 se puede ver una realización con sólo un duplicador 6 longitudinal dispuesto en un lado. En correspondencia con la resistencia residual que se debe alcanzar o con el esfuerzo que se produce, se puede usar uno o varios duplicadores 6 longitudinales. Los duplicadores 6 longitudinales están compuestos, preferentemente, por aleaciones de aluminio de alta resistencia o laminados metálicos reforzados con fibras y están configurados como perfiles en I en la realización mostrada. Se unen a los puentes 3A de puntal longitudinal mediante pegado o remachado. El pegado o el remachado de los duplicadores 3A se realiza antes de la soldadura de los puntales 3 longitudinales con el campo 4 de forro, pudiéndose manipular de manera fácil desde el punto de vista de la técnica de fabricación, pues un montaje de los refuerzos en el elemento 1 estructural, especialmente, en el caso de elementos de gran formato, sería muy caro después del proceso de soldadura.

En las figuras 3 y 4 se puede ver una sección del elemento 1 estructural en la zona de una cuaderna 7. Como ya se ha descrito detalladamente, se prevén refuerzos 5 en el perfil 2 de refuerzo que está configurado aquí como una cuaderna 7 para una estructura de fuselaje de avión, que discurre en la dirección longitudinal del avión, y que está soldado sobre el campo 4 de forro. Los refuerzos 5 están conformados como duplicadores 8 circunferenciales y pueden estar dispuestos en un lado o en ambos lados del puente 7A de la cuaderna. En la figura 3 se puede ver que un duplicador 8 circunferencial está pegado o remachado verticalmente, en cada caso, a ambos lados del puente 7A de cuaderna. En la figura 4 se puede ver que el refuerzo 5, aquí se trata de un duplicador 8 circunferencial, también puede estar dispuesto horizontalmente en un puente 7B adicional. Por tanto, la disposición de refuerzos 5 en el perfil 2 de refuerzo se debe prever de manera adecuada en dependencia de la forma del perfil 2 de refuerzo y de la forma del esfuerzo. El pegado o el remachado de los duplicadores 8 circunferenciales en la cuaderna 7 se realiza antes de la soldadura de la cuaderna 7 con la chapa 4 de forro.

Claims (12)

1. Elemento estructural para un avión, presentando el elemento (1) estructural, al menos, una chapa (4) de forro, así como varios perfiles (2) de refuerzo colocados sobre la chapa (4) de forro y, estando unidos los perfiles (2) de refuerzo, al menos en parte, al campo (4) de forro mediante una unión soldada, caracterizado porque están dispuestos refuerzos (5) por separado en los perfiles (2) de refuerzo y porque los refuerzos (5) están formados por duplicadores (6, 8) que están dispuestos, en cada caso, al menos en un lado, en la zona de los puentes (3A, 7A, 7B) de perfil.

2. Elemento estructural según la reivindicación 1, caracterizado porque los perfiles (2) de refuerzo están configurados como puntales (3) longitudinales, que discurren en la dirección longitudinal del avión, y como cuadernas (7) que discurren transversalmente respecto a la dirección longitudinal del avión.

3. Elemento estructural según la reivindicación 2, caracterizado porque están dispuestos duplicadores (6) longitudinales en la zona de los perfiles (3) de refuerzo, que discurren longitudinalmente, y/o duplicadores (8) circunferenciales en la zona de los perfiles (7A, 7B) de cuaderna que discurren en la dirección circunferencial.

4. Elemento estructural según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque están dispuestos duplicadores (6, 8) en puentes (3A, 7A) de perfil, que discurren verticalmente, y/o en puentes (7B) de perfil que discurren horizontalmente.

5. Elemento estructural según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los duplicadores (6, 8) están unidos a los puentes (3A, 7A, 7B) de perfil mediante una unión pegada y/o una unión remachada.

6. Elemento estructural según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los duplicadores (6, 8) están compuestos por aleaciones de aluminio de alta resistencia o laminados metálicos reforzados con fibras.

7. Elemento estructural según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los duplicadores (6, 8) están configurados como perfiles en I.

8. Perfil de refuerzo para un elemento estructural de un avión, caracterizado porque los refuerzos (5) por separado en los perfiles (2) de refuerzo están formados por duplicadores (6, 8) que están dispuestos, en cada caso, al menos en un lado en la zona de los puentes (3A, 7A, 7B) de perfil.

9. Perfil de refuerzo según la reivindicación 8, caracterizado porque los duplicadores (6, 8) están compuestos por aleaciones de aluminio de alta resistencia o laminados metálicos reforzados con fibras.

10. Perfil de refuerzo según la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque los duplicadores (6, 8) están unidos a los puentes (3A, 7A, 7B) de perfil mediante una unión pegada y/o una unión remachada.

11. Procedimiento para la fabricación de un elemento estructural según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en los perfiles (2) de refuerzo se disponen refuerzos (5) por separado antes de la soldadura con el campo (4) de forro.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque los refuerzos (5) se remachan y/o se pegan a los puentes (3A, 7A, 7B) de los perfiles (2) de refuerzo.