ES2233596T3 - Dispositivo para unir piezas moviles con componentes estructurales de aviones o similares. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para unir piezas móviles (2, 3, 3'', 4) con componentes (1) estructurales de aviones o similares, con por lo menos un herraje (5) con por lo menos un apoyo (7), caracterizado porque el por lo menos un herraje (5) está fabricado de material de plástico, preferentemente un material compuesto, y pegado con la pieza (2, 3, 3'', 4) móvil.

Description

Dispositivo para unir piezas móviles con componentes estructurales de aviones o similares.

La invención se refiere a un dispositivo para unir piezas móviles con componentes estructurales de aviones o similares con por lo menos un herraje con por lo menos un apoyo.

El dispositivo según la invención es aplicable para aviones, helicópteros y otras aeronaves, así como también para otros vehículos como por ejemplo barcos de alta velocidad o coches de alta velocidad. El concepto de piezas móviles abarca en especial spoilers, alerones de aterrizaje, superficies de timón o similares requeridos para el pilotaje del avión o similar y para apoyar los procesos de despegue, aterrizaje o conducción. Los spoilers son alerones en el lado posterior superior de las alas de aviones, utilizados por un lado como frenos aerodinámicos durante el aterrizaje y por otro lado también para apoyar el efecto del alerón a través de una utilización asimétrica.

El spoiler provoca una resistencia, por lo que se anula una parte de la fuerza ascensional. El concepto "componentes estructurales" abarca en especial las alas de aviones o similares. No obstante, la invención es aplicable también a helicópteros en los cuales el ala está constituida por una hoja del rotor que comprende alerones de timón móviles.

Las piezas móviles, como por ejemplo spoilers, alerones de aterrizaje, superficies de timón o similares, están normalmente unidas con herrajes de metal, por ejemplo de aleaciones de aluminio o de titanio. La unión de los herrajes con la pieza móvil se efectúa mayoritariamente mediante remaches o uniones atornilladas separables. El herraje comprende por lo menos un apoyo mediante el cual se realiza la unión móvil con el componente estructural, como por ejemplo con el ala. Debido a que, especialmente en aviones, en las piezas móviles, y de esta manera también en los herrajes, actúan cargas muy elevadas, estos deben ser especialmente resistentes. Por este motivo, los herrajes están mayoritariamente forjados o fresados de los materiales anteriormente mencionados y su fabricación es muy cara. Para reducir los gastos de combustible, un objetivo consiste en disminuir cada vez más el peso de aviones o similares. Gracias a la fabricación de diversos componentes, como también de spoilers, alerones de aterrizaje, superficies de timón y similares, de materiales de plástico, en especial de materiales compuestos, ha sido posible conseguir una reducción considerable del peso de estos aviones o similares. En el punto de intersección entre la pieza fabricada de plástico y el herraje fabricado de metal aparecen, debido a la dilatación térmica diferente de los componentes, efectos de fuerzas no deseados. Este problema es especialmente evidente en los materiales normalmente utilizados en la aeronáutica, ya que los materiales compuestos tienen un coeficiente de temperatura negativo, mientras que las aleaciones de aluminio o de titanio muestran un coeficiente de temperatura positivo. Debido a las variaciones de la temperatura especialmente amplias en la aeronáutica en un intervalo de aproximadamente -70ºC a +80ºC, en los elementos de unión entre estos componentes de plástico y el herraje metálico actúan consecuentemente elevadas fuerzas de cizallamiento. Por este motivo es preciso prever un mayor número de elementos de unión como tornillos o remaches. Usualmente se utiliza incluso un tercio de todos los elementos de unión sólo a causa de las fuerzas de cizallamiento provocadas por diferencias de la dilatación térmica. Aparte del mayor volumen de trabajo y de los gastos adicionales, el mayor número de elementos de unión redunda también en un aumento del peso.

En el documento US 4 213 587 A se muestra una unión articulada entre alerones y componentes estructurales, formada de un herraje anclado en el componente estructural y atornillado con el mismo, y de un perno de apoyo anclado en la pieza móvil. Debido a los diferentes coeficientes de dilatación térmica anteriormente mencionados aparecen tensiones no deseadas entre el herraje y el componente estructural, así como entre el herraje y la pieza móvil. Asimismo, el anclaje y la unión de las piezas del herraje con el componente estructural y la pieza móvil son muy complicados y los componentes tienen un elevado peso.

También en el documento US 5 098 043 A se muestra una unión móvil entre un ala y una superficie de timón, en la cual un herraje está unido con el alerón a través de elementos estructurales que se encuentran en la superficie de timón y está apoyado de forma giratoria en el ala mediante un perno. También aquí aparecen los problemas anteriormente mencionados, relacionados con las diferencias de dilatación térmica y con el peso.

En el documento DE 199 09 257 A1 se describe un medio de unión para unir un alerón móvil con una hoja del rotor de un helicóptero, donde el alerón está unido con la hoja del rotor o el ala a través de un elemento en forma de barra, elástico a la torsión y rígido a la flexión. La unión entre el elemento en forma de barra y el ala o el alerón se realiza con pegamento y/o tornillos. El elemento en forma de barra, elástico a la torsión y rígido a la flexión, se fabrica ventajosamente como una sola pieza de un material fibroso compuesto y pegado. Mediante un elemento en forma de barra de este tipo, elástico a la torsión y rígido a la flexión, sólo pueden transmitirse movimientos limitados del alerón respecto a la hoja del rotor que serían demasiado pequeños para la aplicación en spoilers o alerones de aterrizaje o similares de aviones.

En el documento US 4 243 189 A se muestra una unión con compensación térmica entre un ala y un timón de profundidad que se compone de distintos materiales con diferentes coeficientes de dilatación térmica. Los valores de dilatación diferentes se compensan a través de un conjunto de apoyos unidos entre sí de forma articulada. No obstante, este tipo de construcción es muy complicado y tampoco puede impedir los problemas en las uniones de los apoyos con el ala o el timón de profundidad.

En el documento EP 532 016 A1 se describe un spoiler para el ala de un avión que presenta herrajes unidos con el spoiler de tal manera que se consigue minimizar las fuerzas de cizallamiento. Esta unión se logra a través de un diseño geométrico especial de la superficie de fijación de los herrajes y del lado inferior del spoiler en el cual se fijan los herrajes.

En el documento US 3140166 se da a conocer un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 1 para unir piezas móviles con componentes estructurales de aviones.

El objetivo de la presente invención consiste por lo tanto en crear un dispositivo inicialmente mencionado para unir piezas móviles con componentes estructurales de aviones o similares que reduzca o evite las desventajas de dispositivos conocidos con respecto a la dilatación térmica y, además, tenga un peso reducido, una capacidad de carga lo más alta posible y que sea producible lo más sencillamente posible. Asimismo, el dispositivo debe presentar buenas características a largo plazo.

Este objetivo se logra según la invención gracias a que el como mínimo un herraje está fabricado de material plástico, preferentemente un material compuesto, y está pegado con las piezas móviles. De esta manera se consigue por un lado un peso reducido del herraje mismo y, por otro lado, se mantiene baja la diferencia entre la dilatación térmica del herraje y la dilatación térmica de la pieza móvil. Por lo tanto, mediante la presente invención se desplaza el punto de intersección entre los materiales de plástico y de metal desde la unión entre la pieza móvil y el herraje al apoyo. El apoyo está normalmente realizado como combinación de apoyos libres o fijos y es más apropiado para absorber tensiones térmicas. Como consecuencia de las diferencias más reducidas de la dilatación térmica no existen requisitos tan exigentes con respecto a la unión entre el herraje y la pieza móvil, lo que permite reducir el número de elementos de unión y, por lo tanto, el peso. Asimismo, ya no se necesitan los herrajes caros de aleaciones de aluminio y de titanio, fabricados de forma costosa normalmente mediante fresado o forjado. Además, los componentes de plástico son más resistentes a la corrosión que los componentes metálicos.

Según otra característica de la invención está previsto que el herraje esté fabricado del mismo material que la pieza móvil. La pieza móvil y el herraje tienen por este motivo la misma dilatación térmica y no aparecen fuerzas de cizallamiento en los elementos de unión del herraje con la pieza móvil.

Aunque se pretende prescindir de elementos de unión adicionales, para reforzar la unión entre la pieza móvil y el herraje pueden estar previstos, además de la unión pegada, otros elementos de unión como remaches o tornillos. Pero se necesita frente a dispositivos convencionales sólo un número más reducido de estos elementos de unión ya que, tal como se ha mencionado anteriormente, entre el herraje y la pieza móvil no aparecen fuerzas de cizallamiento y no tienen que tenerse en consideración. De este modo es posible ahorrar hasta la mitad del número usual de elementos de unión.

Según otra característica de la invención está previsto que el herraje esté fabricado de material de plástico según el procedimiento de moldeo por transferencia de resina. Mediante este procedimiento de fabricación es posible moldear complicados componentes tridimensionales con características especiales. La tecnología de moldeo por transferencia de resina proporciona ventajas frente a procedimientos de fabricación convencionales que utilizan una autoclave para endurecer el material previamente impregnado. En el documento US 6 136 236 A se describe por ejemplo un procedimiento para la fabricación de componentes de material compuesto según el procedimiento de moldeo por transferencia de resina. También en el documento DE 195 36 675 C1 se describen un dispositivo y un procedimiento para la fabricación de componentes de gran superficie mediante el procedimiento RTM.

El herraje contiene ventajosamente tejido de carbono como refuerzo. Las fibras de carbono tienen ventajas con respecto a peso y características de resistencia.

Si en el tejido de carbono están cosidos o tejidos materiales reactivos, como por ejemplo nilón, es posible aumentar determinadas características como la resistencia o la resiliencia. Por ejemplo, es posible tejer el tejido de carbono junto con nilón y disolver el material de nilón después del suministro de la resina, por lo que aumenta la resiliencia.

Si en la parte móvil está prevista una entrada, el herraje se coloca preferentemente en esta entrada y se pega con la parte móvil. De esta manera es posible unir preferentemente herrajes cortos con piezas móviles. La unión pegada puede llevarse a cabo en puntos discretos o en toda la superficie de contacto entre el herraje y la pieza móvil.

También es posible colocar el herraje en una entalladura en la pieza móvil y pegarlo con la misma. La entalladura presenta una forma complementaria a la del herraje, por lo que encierra óptimamente el herraje dispuesto en aquella y ofrece un apoyo óptimo.

Para conseguir un apoyo aún mejor, el herraje se coloca preferentemente entre una capa de recubrimiento superior y una capa de recubrimiento inferior de la pieza móvil y se pega ventajosamente también con las mismas. Las capas de recubrimiento se fabrican preferentemente de un tejido reforzado con fibras, mientras que el componente situado entre estas capas puede ser un componente de construcción ligera, como por ejemplo un núcleo alveolar.

Según otra característica de la invención está previsto que el herraje y la pieza móvil se fabriquen como una sola pieza. Esto se facilita sobre todo en piezas móviles pequeñas según el procedimiento RTM, por lo que se suprimen completamente las piezas de unión entre el herraje y la pieza móvil, y también es posible eliminar las fuerzas de cizallamiento provocadas por tensiones térmicas.

La invención se explica a continuación aún más detalladamente con referencia a los dibujos adjuntos. En las figuras se muestra:

Fig. 1 Vista en planta desde arriba de un ala de un avión.

Fig. 2 Vista en perspectiva de un componente del ala según el estado de la técnica.

Fig. 3 Principio del procedimiento de moldeo por transferencia de resina.

Fig. 4 Vista en perspectiva de un herraje con una articulación, fabricado según la invención.

Fig. 5 Vista en perspectiva de otra forma de realización de un herraje con dos aleaciones y un punto de unión articulada para un cilindro.

Fig. 6 Vista en perspectiva de una variante de un spoiler con un herraje empotrado según la presente invención.

Fig. 7 Vista en corte del spoiler según la figura 7 a lo largo de la línea de corte VII - VII.

Fig. 8 Vista en perspectiva en despiece ordenado de un spoiler con un herraje integrado.

Fig. 9 Spoiler según la figura 8 en estado montado.

Fig. 10 Vista en corte del spoiler según la figura 9 a lo largo de la línea de corte X - X.

En la figura 1 se muestra un ala 1 de un avión en vista desde arriba. En el lado posterior del ala 1 están dispuestas varias piezas móviles, como spoilers 2, alerones de aterrizaje 3, aletas 3' de ranura (slats) y superficies de timón 4, requeridas para el pilotaje del avión.

En la figura 2 se muestra en vista en perspectiva una pieza móvil, por ejemplo un spoiler 2, que se une de forma orientable con el ala 1. En el spoiler 2 se fijan varios herrajes 5 mediante remaches 6 o similares. Debido a las cargas relativamente altas, que actúan en el spoiler 2 en especial durante el aterrizaje del avión y también a causa de las tensiones térmicas mencionadas, se requiere un número relativamente elevado de remaches 6 para unir los herrajes 5 con el spoiler 2. Los herrajes 5 comprenden uno o varios apoyos 7 para la unión articulada con el ala 1. Además de los apoyos 7, en los herrajes 5 están previstos también puntos 8 de unión articulada para transmitir los movimientos al spoiler 2. Los herrajes 5 se fabrican normalmente de aleaciones de aluminio o de titanio según el procedimiento de forjado o de fresado. Por lo tanto, la fabricación de los mismos es complicada y cara. Los herrajes 5 y los elementos de unión, como por ejemplo los remaches 6, tienen también un peso relativamente alto. Debido a las dilataciones térmicas diferentes del spoiler 2, fabricado normalmente de material compuesto, y de los herrajes 5 fabricados de metal, en los elementos de unión, como en los remaches 6, actúan elevadas fuerzas de cizallamiento, por lo que se requiere un número aún más alto de elementos de unión.

En la figura 3 se muestra el principio del procedimiento de moldeo por transferencia de resina (RTM) según el cual las fibras 9 secas se introducen en un molde 10 que corresponde al objeto a fabricar. A través de tuberías 11 apropiadas es posible aspirar el aire del molde 10. De esta manera, la resina especial con una viscosidad relativamente baja, suministrada a través de una tubería 12, puede entrar mejor en el molde 10 y penetrar por el tejido 9. A continuación se calienta el molde 10 para reducir aún más la viscosidad de la resina y para garantizar un flujo no obstaculizado de la resina al molde 10. A continuación endurece la resina que impregna el tejido 9. Según el procedimiento RTM es posible fabricar objetos complicados de forma sencilla, rápida y relativamente económica. Es fácil introducir en el molde materiales reactivos, eventualmente tejidos o cosidos con el tejido 9, que desarrollan determinadas características cuando se suministra la resina. Por ejemplo, la resina puede disolver nilón incorporado en el tejido 9, por lo que aumenta la resiliencia del objeto fabricado.

En la figura 4 se muestra un herraje 5 fabricado según la invención de material compuesto mediante el procedimiento RTM. El herraje 5 está provisto de un apoyo 7 y presenta superficies 13 de unión para unirlo con la pieza móvil, como por ejemplo un spoiler 2. La unión con la pieza móvil se realiza mediante pegado y, en caso necesario, mediante elementos de unión adicionales como tornillos o remaches. Además, pueden estar previstas en el herraje 5 estructuras de refuerzo 14 que aumentan la resistencia del herraje 5 sin aumentar esencialmente el peso y el volumen del mismo.

Finalmente, en la figura 5 se muestra otra forma de realización de un herraje 5 con dos apoyos 7 y un punto 8 de unión articulada, así como algunas estructuras de refuerzo 14.

Especialmente piezas móviles pequeñas, como por ejemplo spoilers 2, pueden fabricarse en un mismo proceso simultáneamente con la fabricación del herraje 5, preferentemente según el procedimiento RTM. El procedimiento RTM permite fácilmente configurar, optimizar y adaptar las características del componente fabricado con respecto al caso de aplicación correspondiente. Mediante variación de la dirección de las fibras del tejido es posible ajustar u optimizar por ejemplo las características mecánicas. La presente invención se caracteriza por un peso reducido, una elevada capacidad de carga y una producibilidad relativamente sencilla.

En las figuras 6 y 7 se muestra una variante de un spoiler, especialmente para aviones, con un herraje empotrado, donde el spoiler 2 presenta una entrada 19 en la que el herraje 5 está empotrado y fijado mediante pegado. Esta variante se caracteriza por un herraje 5 especialmente corto y un peso total relativamente bajo. El pegado entre el herraje 5 y el spoiler 2 puede llevarse a cabo sólo en partes de las superficies de contacto entre el herraje 5 y el spoiler 2, o en toda la extensión de la superficie de contacto.

En las figuras 8 a 10 se muestra otra variante de un spoiler 2, en especial para aviones, en el cual el herraje 5, fabricado según la invención de material plástico, está integrado en el spoiler 2 y pegado con el mismo. En la figura 8 se muestra esquemáticamente el tipo de construcción de un spoiler 2 de material compuesto, que comprende un núcleo 15 de construcción ligera, por ejemplo un núcleo alveolar, revestido con una capa 16 de recubrimiento superior y con una capa 17 de recubrimiento inferior, preferentemente de tejidos fibrosos impregnados. El núcleo 15 de construcción ligera presenta una entalladura 18, conforme al tamaño del herraje 5, en la que se introduce el herraje 5 antes de ensamblar el spoiler 2 mediante pegado del núcleo 15 de construcción ligera con las capas 16, 17 de recubrimiento y se pega preferentemente tanto con el núcleo 15 de construcción ligera como con las capas 16, 17 de recubrimiento. Esta variante de un componente de un ala se caracteriza por un herraje 5 más profundo y, por lo tanto, un mayor peso, pero soporta como contraprestación mayores cargas.

Claims (10)

1. Dispositivo para unir piezas móviles (2, 3, 3', 4) con componentes (1) estructurales de aviones o similares, con por lo menos un herraje (5) con por lo menos un apoyo (7), caracterizado porque el por lo menos un herraje (5) está fabricado de material de plástico, preferentemente un material compuesto, y pegado con la pieza (2, 3, 3', 4) móvil.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el herraje (5) está fabricado del mismo material que la pieza móvil.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 caracterizado porque están previstos otros elementos de unión como por ejemplo remaches (6) o tornillos o similares.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque el herraje (5) está fabricado de material de plástico según el procedimiento de moldeo por transferencia de resina (RTM).

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4 caracterizado porque el herraje (5) contiene tejido de carbono como refuerzo.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizado porque en el tejido de carbono están cosidos o tejidos materiales reactivos como por ejemplo nilón.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque el herraje (5) está empotrado en una entrada (19) de la pieza (2, 3, 3', 4) móvil.

8. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque el herraje (5) está dispuesto en una entalladura (18) de la pieza (2, 3, 3', 4) móvil.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 caracterizado porque el herraje (5) está dispuesto entre una capa (16) de recubrimiento superior y una capa (17) de recubrimiento inferior de la pieza (2, 3, 3', 4) móvil y está preferentemente pegado con estas capas.

10. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque el herraje (5) y la pieza (2, 3, 3', 4) móvil están fabricados como una sola pieza.