ES2314581T3 - Elemento de rigidizacion y procedimiento de fabricacion de un elemento de rigidizacion. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la fabricación de un elemento (1, 1'', 1'''', 2) de rigidización de material compuesto, cuyo elemento de rigidización está previsto para su fijación a una superficie (9) de estructura curvada, comprendiendo dicho elemento (1, 1'', 1'''', 2) de rigidización un alma (3) y al menos una pestaña (5), cuya superficie (11) externa tiene un radio (R) de curvatura que corresponde con la curvatura de dicha superficie (9) de estructura curvada, comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes de: - proporcionar una pieza de partida (19) sustancialmente plana de material compuesto; - plegar la citada pieza de partida (19) a lo largo de una primera línea (13) de plegado, cuya curvatura está definida por una línea (115) imaginaria de intersección tridimensional que se deriva del radio (R) de curvatura de la superficie (9) de estructura curvada, en el que el procedimiento comprende también la etapa de, - plegar la pieza de partida (19) a lo largo de una segunda línea (15) de plegado esencialmente paralela con la primera línea (13) de plegado para formar una pestaña (7) interna.
Description
Elemento de rigidización y procedimiento de
fabricación de un elemento de rigidización.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la fabricación de un elemento de rigidización de
material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, y a un
elemento de rigidización susceptible de obtención mediante dicho
procedimiento, y también a una estructura de rigidización y a un
panel estructural curvo y a un procedimiento de fabricación del
mismo. La presente invención se refiere, aunque sin limitación, a la
industria de las aeronaves.
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Existen en la actualidad procedimientos de
fabricación de materiales compuestos que utilizan material
"prepreg" (capa de material de fibra impregnado previamente
con resina). Cuando se fabrican elementos de rigidización, tal como
costillas de aeronaves, armazones, etc., el material compuesto puede
tener una curvatura que siga la superficie de la estructura del
fuselaje. En la actualidad, se sigue necesitando una inversión de
tiempo para la formación de una costilla de aeronave que comprende
un alma y pestañas de material compuesto. Se requiere trabajo
manual para la aplicación de material prepreg debido a que resulta
difícil hacer que el material de fibra siga la curvatura de la
costilla o del armazón. Especialmente, las costillas en forma de Z o
en forma de \Omega de material compuesto, son difíciles de
fabricar debido a que el material de fibra tiende a no seguir la
curvatura.
El documento
EP-A-1 151 850 describe un
procedimiento para fabricar un elemento de rigidización de material
compuesto, cuyo procedimiento comprende proporcionar una pieza de
partida, que se pliega a lo largo de una primera línea de plegado
que se obtiene mediante una línea de intersección tridimensional
imaginaria que deriva del radio de curvatura de una superficie
curva sobre la que va a ser sujetado el elemento de
rigidización.
El documento EP 1 547 756 describe un
procedimiento de fabricación de largueros en forma de C, que
proporciona un tipo de material de fibra que se mantiene en
material de resina sin curar, y un segundo tipo de material de
fibra sin consolidar por completo con material de resina. El
procedimiento descrito puede permitir que los tiempos y los costes
de fabricación se reduzcan, pero conlleva un procedimiento y un uso
complicados del material de fibra para conseguir el material
compuesto.
El objeto de la presente invención consiste en
subsanar los inconvenientes de las técnicas conocidas, y en
proporcionar una solución que no consuma tiempo en relación con la
fabricación de elementos de rigidización, tales como costillas de
aeronaves, etc. La solución debe implicar una manufactura a bajo
coste de un elemento de rigidización, con una pequeña altura de
construcción con relación al radio de la superficie de la estructura
curvada.
\vskip1.000000\baselineskip
Esto ha sido resuelto mediante un procedimiento
que se ha definido en la introducción, estando el procedimiento
caracterizado por las etapas reivindicadas en la reivindicación
1.
Para ello, una pieza de partida simple de capas
de plástico (material compuesto) que tienen una extensión curva en
el plano de la pieza de partida, puede ser utilizada para la
producción a bajo coste de material compuesto con una curvatura que
sigue la curvatura de la superficie de la estructura curva. La
colocación de capas de plástico sobre una superficie de
construcción de pieza de partida plana (creación de una acumulación
plana de plástico), tiene un bajo coste. El material plástico es
susceptible de curado, tal como una resina termofraguante. Cada
capa de plástico comprende, con preferencia, elementos de refuerzo,
por ejemplo fibras de vidrio/ carbono, o aramidas. Las diferentes
capas pueden tener las fibras alineadas o en diferentes direcciones.
La pestaña externa o pestaña de fijación, ha de estar sujeta a la
superficie interna de la estructura curvada. Mediante plegado de la
pieza inicial plana a lo largo de una línea de plegado
tridimensional (la primera línea de plegado), se puede conservar la
estructura de la pieza de partida sin arrugas ni discontinuidades en
las direcciones de la fibra de la pieza de partida.
Como definición de línea de plegado
tridimensional, una manera consiste en crear un primer y un segundo
puntos deseados sobre una superficie curva imaginaria. Se define
una línea de rotación entre el primer y el segundo puntos. La
rotación de la superficie imaginaria con un ángulo deseado alrededor
de la línea de rotación genera una superficie rotada imaginaria.
Con ello se consigue una línea de intersección entre la superficie
imaginaria y la superficie imaginaria rotada. La línea de
intersección es igual a la línea de plegado tridimensional para
plegar la acumulación plana (la pieza de partida plana) para la
creación de una pestaña de fijación (primera pestaña) y el alma, en
la que la pestaña de fijación tendrá una curvatura correspondiente a
la curvatura de la superficie de la estructura curvada, y además la
pieza de partida (el elemento de rigidización) tendrá una curvatura
vista en un plano esencialmente enfrentado a la superficie de la
estructura curvada.
El procedimiento comprende la etapa de
proporcionar una pieza de partida sustancial plana de material
compuesto; aplicar la citada pieza de partida sobre una superficie
de conformación de un útil de conformación; doblar dicha pieza de
partida a lo largo de una primera línea de plegado, cuya curvatura
se define mediante una línea de intersección tridimensional
imaginaria que se deriva del radio de curvatura de la superficie de
estructura curvada; curar la citada pieza de partida plegada, y
extraer el elemento de rigidización del útil de conformación.
El procedimiento comprende la etapa de doblar la
pieza de partida a lo largo de una segunda línea de plegado
esencialmente paralela con la primera línea de plegado, formando una
pestaña interna según se define en la reivindicación 1.
De esa manera, se proporciona una pestaña
interna que estabiliza el alma y soporta grandes cargas de flexión.
La pestaña interna puede tener una curvatura paralela a la curvatura
de la pestaña externa (la pestaña de fijación), o puede tener una
curvatura ligeramente cambiada con respecto a la curvatura de la
primera línea de plegado, consiguiendo con ello que el alma tenga
diferentes ángulos con relación al plano de la superficie de la
estructura. Esto resulta ventajoso cuando se fabrican superficies
diferentes a las superficies simples de estructura curvada con
elementos de rigidización, tal como superficies de estructura de
doble curva moderada de rigidización con elementos de rigidización.
La curvatura de la superficie imaginaria curvada mencionada
anteriormente, posee el primer y el segundo puntos que definen la
línea recta de rotación. Para crear una pestaña superior, se define
un punto medio en la línea de rotación entre el primer y el segundo
puntos. El punto medio se proyecta sobre la superficie imaginaria
creando un primer punto de proyección normal a la línea de
rotación. Este primer punto de proyección se traslada a continuación
normal a la superficie imaginaria, en la que una longitud deseada
del alma crea un segundo punto. La superficie imaginaria se
transforma con ello desde el primer punto de proyección hasta el
segundo punto de proyección, creando la superficie de pestaña.
La curva de intersección entre la superficie de
pestaña y la superficie de alma, puede ser alterada ligeramente
para proporcionar nuevas características a la pestaña con respecto a
un ángulo local, a la altura de pestaña y otras características,
aunque estas características están relacionadas entre sí. Por
ejemplo, la superficie de pestaña puede corresponder con una
superficie tal como una superficie de estructura de curva simple o
de superficie de curva doble moderada. Tal superficie de doble
curva moderada se define como la superficie con doble curvatura
suficientemente pequeña como para hacer que sea posible envolver una
acumulación plana sobre la superficie sin formación de arrugas.
Con preferencia, la curvatura de la superficie
de estructura curvada es una superficie de estructura curvada
simple.
Alternativamente, la curvatura de la superficie
de estructura curvada es una superficie curvada doble moderada.
De manera adecuada, la superficie curvada doble
moderada comprende superficies que incluyen superficies con doble
curvatura suficientemente pequeña como para que sea posible envolver
una pieza de partida plana (acumulación de plástico) sobre una
superficie de un útil sin formación de arrugas en la pieza de
partida.
Con preferencia, la etapa de curar la pieza de
partida conformada se realiza hermetizando la pieza de partida en
una bolsa de vacío, evacuando el aire de la bolsa de vacío,
calentando la pieza de partida plegada a través de medios de
calentamiento, enfriando la pieza de partida plegada y retirando el
elemento de rigidización acabado desde la bolsa de vacío.
Con ello, el elemento de rigidización puede ser
acabado (con o sin medios eventuales para la sujeción del elemento
de rigidización a la superficie de estructura curvada) en un tiempo
corto y de una manera que se ahorra trabajo, directamente en el
útil de conformación.
De manera adecuada, el procedimiento de curado
de la pieza de partida conformada comprende la etapa de comprimir
la pieza de partida en un autoclave.
De esa manera, se pueden minimizar las
eventuales bolsas de aire entre las capas, y limitarlas a una cierta
extensión predeterminada.
Alternativamente, el procedimiento de
proporcionar la pieza de partida esencial plana de capas de plástico
se realiza mediante una máquina automática de colocación de cinta
(ATML), que comprende una disposición de carrete móvil para la
aplicación de capas que incluyen elementos alargados de refuerzo,
sobre una superficie plana, lado con lado y cada una encima de
otra.
Con ello, la fabricación de elementos de
rigidización de plástico puede hacerse a coste reducido, puesto que
resulta posible la colocación de capas de plástico sobre una
superficie de construcción de pieza de partida simple. No hay
necesidad de construir un elemento de rigidización curvado "en
fábrica" en un útil de conformación. La fabricación ahorra
tiempo y la máquina ATML puede ser programada para los diferentes
tipos de piezas de partida comercializadas para un determinado
elemento de rigidización específico para un cierto tipo de aeronave.
Con preferencia, las cintas prepreg que incluyen fibras que se
extienden en la dirección longitudinal de la pieza de partida,
pueden ser cortadas en secciones siguiendo una línea 0 (la dirección
principal de curvatura del elemento de rigidización). En dirección
perpendicular a la línea 0 y sobre las secciones mencionadas
anteriormente, otras secciones de cinta prepreg, que incluyen
diferentes extensiones de fibras, son aplicadas de forma rápida y
precisa por medio de la máquina ATLM, dando como resultado una
orientación de fibra en una dirección esencialmente transversal (o
+/- 45º) respecto a la dirección longitudinal de la pieza de
partida. Otras capas pueden tener fibras alineadas en diferentes
direcciones. Estas y otras direcciones, pueden ser determinadas de
acuerdo con las propiedades deseadas del elemento de rigidización
que se va a fabricar, y ser programadas en una unidad de control de
la máquina ATML.
Con preferencia, el procedimiento de dotar a la
pieza de partida con capas de plástico se lleva a cabo a mano,
sobre una superficie esencialmente plana.
Con ello, se ahorra tiempo en la fabricación del
elemento de rigidización puesto que no hay necesidad de construir
el elemento de rigidización "en el lugar de utilización".
De forma adecuada, el procedimiento de dotar a
la pieza de partida con capas de plástico se realiza de tal manera
que la extensión media, la llamada línea 0, de la pieza de partida
tendrá una curvatura que corresponde esencialmente con la
superficie de estructura curvada. Esto ahorra material.
Esto ha sido también resuelto mediante el
elemento de rigidización de material compuesto que se ha definido
en la introducción, estando el elemento de rigidización
caracterizado por las características de la reivindicación 10.
De esa manera, el elemento de rigidización
tendrá un peso bajo y una resistencia considerable teniendo en
cuenta la pequeña altura de construcción del elemento de
rigidización con relación al radio de curvatura de la superficie de
la estructura curvada. Puesto que la pieza de partida de capas de
plástico está construida sobre una superficie de construcción
simple y la curvatura de la pieza de partida está predeterminada a
partir del radio de la superficie interna de la estructura, no se
va a utilizar un exceso de material plástico (cuando se construye
un elemento de rigidización curvado de acuerdo con la técnica
anterior, es difícil optimizar el uso de material plástico).
Con preferencia, las fibras de refuerzo que
están comprendidas en el plástico, se extienden continuadamente,
sin rotura, en la dirección de curvatura de cada capa. Las fibras
longitudinales a lo largo de la línea 0 del alma siguen
esencialmente la curvatura del alma. Puesto que todas las posiciones
del elemento de rigidización pueden tener fibras con direcciones
optimizadas por razones de resistencia, el peso del elemento de
rigidización puede ser minimizado.
Alternativamente, se proporciona una segunda
línea de plegado entre una segunda pestaña y el alma, la segunda
línea de plegado tiene un radio de curvatura esencialmente paralelo
con el radio de curvatura de la primera línea de plegado, y la
superficie de la segunda pestaña que se enfrenta a la superficie de
estructura curvada corresponde esencialmente con la curvatura de la
superficie de estructura curvada.
Esto ha sido también resuelto mediante una
estructura de elemento de rigidización que se ha definido en la
introducción, en el que la estructura de elemento de rigidización se
encuentra definida en la reivindicación 12.
Esto ha sido también resuelto mediante un panel
de estructura curvada que comprende una superficie interna de
estructura curvada de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
13-14, y mediante la fabricación del mismo de
acuerdo con las etapas de cualquiera de las reivindicaciones 15. Al
menos dos elementos de rigidización de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 10 y 11, se encuentran sujetos a la superficie
interna de estructura curvada.
Con ello, la resistencia del elemento de
rigidización se incrementa, puesto que las cargas de flexión van a
ser soportadas por los medios de arriostramiento.
Con ello, se proporciona un panel de estructura
curvado, el cual es barato de fabricar.
Con preferencia, la curvatura del panel de
estructura curvado corresponde con una superficie simple de
estructura curvada.
Alternativamente, el panel de estructura curvado
tiene una superficie curvada doble moderada.
Con ello, se pueden fabricar piezas de panel a
bajo coste en grandes aeronaves, incluso aunque la superficie de
estructura consista en una superficie curvada doble, tal como los
paneles de morro y de cola de la aeronave.
La dirección de las fibras de refuerzo en cada
capa puede ser la misma. Cada capa puede tener también fibras
orientadas en cualquier dirección o en varias direcciones.
Alternativamente, la fabricación del panel de
estructura curvado se realiza mediante la provisión de una pieza de
partida esencial plana de material compuesto; aplicación de la pieza
de partida sobre una superficie de conformación de un útil de
conformación; plegado de la pieza de partida a lo largo de una
primera línea de plegado en un primer y un segundo planos, teniendo
el primer plegado en dicho primer plano una dirección de plegado
variable que corresponde esencialmente con el radio de curvatura de
la superficie curvada de la estructura, y teniendo el plegado en el
segundo plano una dirección de plegado variable que corresponde con
el plegado en el primer plano; curado de la pieza de partida
plegada; retirada del elemento de rigidización del útil de
conformación, y fijación de los al menos dos elementos de
rigidización a la superficie de la estructura curvada.
La presente invención va a ser descrita ahora a
título de ejemplo mediante referencia a los dibujos esquemáticos
que se acompañan, en los que: Las Figuras 1a-1b
ilustran una vista en perspectiva de un elemento de rigidización y
de una pieza de partida de acuerdo con una primera realización de la
presente invención;
las Figuras 2a-2d ilustran
secciones transversales de elementos de rigidización con diferentes
perfiles;
la Figura 2e es una pieza de partida adaptada
para una segunda realización mostrada en la Figura 2c;
las Figuras 3a-3b ilustran una
puerta de aeronave que incluye la realización mostrada en la Figura
1 que forma una estructura de elemento de rigidización;
la Figura 4 es una parte de un útil de
conformación, para conformar y curar un elemento de rigidización de
acuerdo con una primera realización;
la Figura 5 es una vista en perspectiva de un
elemento de rigidización de acuerdo con una tercera realización de
la presente invención;
las Figuras 6a-6b ilustran
diferentes estructuras de elemento de rigidización;
las Figuras 7a-7b ilustran un
carrete de colocación de cinta de una máquina automática de
colocación de cinta, y
las Figuras 8a-8d ilustran una
forma de crear superficies geométricas compensadas.
En lo que sigue, se van a describir con detalle
las realizaciones de la presente invención con referencia a los
dibujos que se acompañan relacionados con las realizaciones, en los
que por motivos de claridad y comprensión de la invención, se han
eliminado de los dibujos algunos detalles sin importancia.
Con referencia a la Figura 1a, un elemento 1 de
rigidización de un material compuesto, tal como una resina
termofraguante, comprende un alma 3 y una pestaña 5 externa (primera
pestaña o pestaña de fijación) y una pestaña 7 interna (segunda
pestaña o pestaña libre) de acuerdo con una primera realización. La
pestaña 5 externa ha sido prevista para su fijación a una
superficie 9 simple de estructura curvada. Una superficie 11 externa
de la pestaña 5 externa tiene un radio R de curvatura que
corresponde con el radio de curvatura de la superficie 9 de
estructura curvada simple. La pestaña 7 interna tiene una curvatura
paralela con la curvatura de la pestaña 5 externa. Una primera
línea 13 de plegado ha sido prevista entre la pestaña 5 externa y el
alma 3. Una segunda línea 15 de plegado ha sido prevista entre la
pestaña 7 interna y el alma 3. La segunda línea 15 de plegado tiene
un radio de curvatura paralelo con el radio de curvatura de la
primera línea 13 de plegado. La extensión de la pestaña 5 externa
es paralela con la extensión de la pestaña 7 interna. La curvatura
de la superficie 17 de la pestaña 7 interna que se enfrenta a la
superficie 9 de estructura curvada, corresponde esencialmente con
la curvatura de la superficie 9 de estructura curvada (que es la
superficie interna de la estructura). La segunda línea 15 de
plegado tiene, en un primer plano p', una dirección de plegado
variable que corresponde esencialmente con el radio R de la
superficie 9 de estructura curvada, y tiene una dirección de plegado
variable que corresponde con el radio r de curvatura en un segundo
plano p''. La primera línea 13 de plegado tiene, en el primer plano
p', una dirección de plegado variable que está correlacionada con la
segunda línea 15 de plegado en el primer plano p'. La segunda línea
15 de plegado tiene, en el primer plano p', una dirección de
plegado variable que se correlaciona con la dirección de plegado
variable de la primera línea 13 de plegado en el primer plano p'.
Es decir, se puede definir una línea de intersección como se define
más adelante en correspondencia con las Figuras
8a-8d, en la que la primera línea de plegado es una
extensión entre la superficie 9 de estructura curvada y la misma
superficie rotada imaginaria con un ángulo deseado, en el que dicho
ángulo corresponde con un ángulo deseado del alma 3. La línea de
intersección equivale a una línea de plegado tridimensional (la
primera línea 13 de plegado) para el plegado de una pieza de partida
plana de material compuesto según dicho elemento de rigidización.
La superficie de estructura curvada es, en esta realización, una
superficie 9 de estructura curvada simple.
La relación de curvaturas se explica mejor en lo
que sigue. Si la curvatura de la superficie de estructura simple
es, por ejemplo, un radio, la línea de intersección (primera línea
de plegado) tendrá una dirección de plegado variable que
corresponde a una elipse. La superficie de estructura curvada puede
no tener un solo radio, sino que puede tener una curvatura con
varios radios diferentes.
La Figura 1b ilustra una pieza de partida 19
sustancialmente plana, que comprende capas de plástico que incluyen
fibras de carbono (no representadas). Se han marcado con líneas
discontinuas y con líneas de puntos la primera 13 y la segunda 15
líneas de plegado. La pieza de partida 19 se utiliza para fabricar
(mediante curvado o plegado de la misma a lo largo de las líneas de
plegado) el elemento de rigidización de la Figura 1a. De manera
notable, la primera 13 y la segunda 15 líneas de plegado tienen el
mismo radio de curvatura. El radio corresponde esencialmente al
radio R de curvatura de la superficie 9 de estructura de curvatura
simple. Una forma de crear superficies geométricas compensadas va a
ser descrita más claramente en lo que sigue. La curvatura de la
superficie 11 externa de la primera pestaña 5 corresponde con el
radio de curvatura de la superficie 9 de estructura interna.
El elemento 1 de rigidización se fabrica
mediante plegado de la pieza de partida 19 a lo largo de una primera
línea 13 de plegado con un radio de curvatura (la expresión
"curvaturas que corresponden esencialmente cada una con la
otra" cubre una característica tal que se cumple la relación de
curvatura claramente descrita en lo que sigue con relación a la
manera de crear superficies geométricas compensadas), esencialmente
correspondiente con el radio R de curvatura de la superficie 9 de
estructura de curvatura simple para formar una pestaña 5 de
fijación, de tal modo que el elemento 1 de rigidización tendrá
también una curvatura r en un plano esencialmente paralelo con la
superficie 9 de la estructura, y en el que el alma 3 tiene un radio
r de curvatura esencialmente paralelo con el radio R.
El perfil en Z del elemento 1 de rigidización de
la Figura 1a, ha sido mostrado en la Figura 2a. Un perfil en forma
de \Omega de un elemento 1 de rigidización ha sido mostrado además
en la Figura 2b. En la Figura 2c se ha ilustrado un perfil en L de
un elemento 1 de rigidización de acuerdo con una segunda
realización. Tanto el alma 3 como la primera pestaña 5 (pestaña de
fijación) tienen una curvatura que corresponde esencialmente con la
curvatura de una superficie interna de la estructura curvada, la
cual corresponde, de acuerdo con esta realización, con una
superficie 9' de doble curva moderada, vista en dirección
transversal a la superficie. La Figura 2d muestra esquemáticamente
un perfil en \Omega aplanado de una estructura 21 de elemento de
rigidización (mostrado también en la Figura 6a). La superficie 9'
de doble curva moderada comprende superficies que incluyen
superficies con doble curvatura suficientemente pequeña, de tal modo
que es posible envolver la pieza de partida plana (acumulación de
plástico) sobre una superficie de un útil sin formación de arrugas
en la pieza de partida. La Figura 2e muestra una pieza de partida
19 plana prevista para un elemento 1 de rigidización con el perfil
mostrado en la Figura 2c.
La Figura 3a ilustra una puerta 23 de aeronave
(un panel) que incluye la realización mostrada en la Figura 1 que
forma una estructura 21 de elemento de rigidización. A la superficie
9 interna de estructura de puerta se han sujetado ocho elementos 1
de rigidización por medio de cola (también pueden ser soldados,
remachados o atornillados). Una disposición de elementos de
rigidización 1', 1'' dispuestos por pares, rigidiza la superficie 9
de estructura curvada de la puerta 23. Cada par comprende un primer
elemento 1' de rigidización dispuesto adyacente a un segundo
elemento 1'' de rigidización. Las pestañas 7 internas de cada par se
enfrentan cada una hacia la otra. Cada par constituye la estructura
21 de elemento de rigidización. La Figura 3b muestra la puerta de
la aeronave mediante una vista lateral. De forma notable, la altura
h de construcción del elemento 1 de rigidización es pequeña con
relación al radio R de curvatura de la superficie 9 de la
estructura. Un medio 25 de arriostramiento (una barra transversal)
ha sido sujetado (proporcionado) entre los elementos 1', 1'' de
rigidización que forman la estructura 21 de elemento de
rigidización.
rigidización.
La Figura 4 ilustra una parte de un útil 27 de
conformación que comprende una superficie 29 de conformación. El
útil 27 incluye una parte 28 de conformación macho y una parte 31 de
conformación hembra. La superficie 29 de conformación de elemento
de rigidización de la parte 28 de conformación macho y la parte 31
de conformación hembra comprenden, respectivamente, una primera
línea 33 de plegado (curvado). La pieza de partida 19 (véase la
Figura 1b) debe ser aplicada entre las superficies 29 de
conformación de las piezas de conformación macho y hembra del útil
27 de conformación. El primer borde 33 de plegado está formado de
modo que proporciona la primera línea 13 de plegado en la pieza 19
de partida. El primer borde 33 de plegado tiene una alteración de
dirección de plegado en el primer y segundo planos de una manera
similar a lo que se ha descrito anteriormente. Es decir, se puede
definir una línea de intersección correspondiente a una extensión
entre la superficie 9 de estructura curvada y la misma superficie
imaginaria rotada con un ángulo deseado, en la que dicho ángulo
corresponde a un ángulo deseado del alma 3 del elemento de
rigidización para su fabricación. La línea de intersección equivale
al borde 33 de plegado tridimensional (que corresponde a la primera
línea 13 de plegado) para el plegado de una pieza de partida plana
de plástico según dicho elemento de rigidización. La superficie 9 de
estructura curvada es, en esta realización, una superficie 9 de
estructura curvada simple. La pieza de partida 19 se forma y se
pliega a lo largo del primer borde 33 de plegado en el primer plano
p' y en el segundo p''. El primer borde 33 de plegado tiene, en el
primer plano p', una dirección de plegado variable que corresponde
esencialmente con la curvatura de la superficie 9 de estructura
curvada. El primer borde 33 de plegado tiene, en el segundo plano
p'', una dirección de plegado variable que corresponde con la
curvatura de plegado en el primer plano p'. La misma relación es
válida para un segundo borde 35 de plegado. Es decir, la curvatura
del primer borde 33 de plegado es la misma que (es decir, es
paralelo con) la curvatura del segundo borde 35 de plegado. Una
superficie 37 de conformación de alma y una superficie de
conformación de pestaña 39 externa y de pestaña 37 interna, sujetan
y guían la pieza de partida 19 durante el procedimiento de plegado,
y realizan la conformación del alma 3, de la pestaña 5 externa y de
la pestaña 7 interna del elemento 1 de rigidización.
Por lo tanto, la pieza de partida 19
completamente conformada, se cura para conseguir el elemento 1 de
rigidización acabado. El procedimiento es como sigue: la pieza de
partida 19 completamente plegada, se hermetiza en una bolsa de
vacío (no representada). A continuación, se evacua el aire desde la
bolsa de vacío. A continuación, la pieza de partida completamente
plegada, se calienta con medios de calentamiento (no representados).
A continuación, se enfría, y se desprovee de la bolsa de vacío. El
elemento 1 de rigidización está listo para su sujeción, después de
que ha sido extraído del útil 27 de conformación, a la superficie 9
de estructura curvada simple.
La pieza de partida 19 puede ser curada en un
autoclave (no representado), para comprimir la pieza de partida 19
completamente conformada de modo que las eventuales bolsas de aire
entre las capas de plástico sean reducidas al mínimo y limitadas a
una cierta extensión predeterminada.
La Figura 5 ilustra esquemáticamente, mediante
una vista en perspectiva, un elemento 2 de rigidización de acuerdo
con una tercera realización de la presente invención. El elemento 2
de rigidización de esta realización está fabricado a partir de una
pieza inicial 19 de plástico sin fibras de refuerzo. La pieza de
partida 19, con anterioridad al plegado, era de forma cuadrada. El
elemento 2 de rigidización comprende una primera línea 13 de
plegado entre un alma 3 y una pestaña 5. La primera línea 13 de
plegado tiene una alteración de dirección de plegado en un primer
plano p' y en un segundo p''. La primera línea 13 de plegado, en el
plano p', tiene una dirección a' de plegado variable que
corresponde esencialmente con la superficie 9 de la estructura
curvada. Además, la primera línea 13 de plegado tiene, en el
segundo plano p'', una dirección a'' de plegado variable que
corresponde con la dirección a' de plegado variable del primer plano
p'. La dirección a de plegado variable corresponde
esencialmente con el radio R medio de la superficie 9 de estructura
curvada, y corresponde esencialmente con a' y a''.
La Figura 6a ilustra una estructura 21 adicional
de elemento de rigidización. Se han previsto dos elementos 1', 1''
de rigidización adyacentes con sus extremos 43 más cercanos entre
sí. Las pestañas internas de cada par de elementos de rigidización
están enfrentadas entre sí, y un medio 25 de arriostramiento (una
placa) ha sido sujetado a las pestañas 7 internas. La Figura 6b
ilustra una estructura 21 adicional de elemento de rigidización. Se
han proporcionado dos elementos 1', 1'' de rigidización adyacentes
con sus partes centrales 45 más cercanas entre sí. Una placa 25 de
arriostramiento conecta los dos elementos 1', 1'' de rigidización.
La placa de arriostramiento de la Figura 6b es más ligera (menor
peso) que la mostrada en la Figura 6a.
Las Figuras 7a y 7b ilustran dos fases de
trabajo de un procedimiento para dotar a la pieza de partida 19
sustancialmente plana con capas de plástico por medio de una máquina
47 automática de colocación de cinta (ATLM). En la Figura 7a se
muestra esquemáticamente una disposición 49 de carrete de cinta
prepreg que se mueve en una dirección esencialmente paralela con (o
a lo largo de la línea 0) la línea 51 de extensión de la pieza de
partida 19. Una disposición 49 de carrete aplica una cinta 53
prepreg en secciones 55 de una primera capa. Los elementos 57 de
refuerzo (fibras de vidrio) se han marcado esquemáticamente con
líneas F. En la Figura 7b se muestra esquemáticamente la
disposición 49 de carrete de cinta prepreg en otra posición para la
colocación de cinta 53 prepreg sobre la primera capa con un cambio
de 90 grados. Es decir, las fibras de refuerzo de la capa ahora
aplicada tendrán una dirección cambiada de 90 grados con relación a
la capa aplicada anteriormente.
La máquina 47 automática de colocación de cinta
de las Figuras 7a y 7b ha proporcionado la pieza de partida 19 de
la Figura 1b, que incluye 8 capas de plástico (no representadas). La
orientación de la fibra es de 0, 90, +45, -45, -45, +45, 90 y 0
grados. Otras piezas de partida pueden tener hasta 120 capas.
En lo que sigue se describe una manera de crear
superficies geométricas compensadas. La Figura 8a muestra
esquemáticamente una curvatura 109 de una superficie 108 imaginaria.
La superficie 108 imaginaria se ha mostrado en la Figura 8b.
En la Figura 8b se muestra también (para la
definición de relación de curvatura) un primer y un segundo puntos
110, 111 deseados sobre la superficie 108 imaginaria. Una línea 112
de rotación conecta el primer y el segundo puntos 110, 111.
Una rotación de la superficie 108 imaginaria con
un ángulo 113 deseado en torno a la línea 112 de rotación genera
una superficie 114 imaginaria rotada. La intersección entre la
superficie 108 imaginaria y la superficie 114 imaginaria, se ha
marcado con una línea 115 de intersección punteada. La línea 115 de
intersección equivale a una línea de plegado tridimensional para
plegar la acumulación (la pieza de partida 19 plana) para crear una
pestaña de fijación (la primera pestaña 5) y el alma 3, teniendo la
pestaña de fijación una curvatura que corresponde con la curvatura
de la superficie 9 de estructura curvada.
En la Figura 8d se muestra la curvatura 109 de
la superficie 108 imaginaria con el primer y segundo puntos 110,
111, definiéndose entre los puntos la línea recta 112 de rotación.
Para crear una pestaña superior, se define un punto medio 116 sobre
la línea 112 de rotación y entre el primer y el segundo puntos 110,
111. El puno medio 116 se proyecta sobre la superficie 108
imaginaria creando un primer punto 117 de proyección normal a la
línea 112 de rotación. El primer punto 117 de proyección es
trasladado a continuación a la superficie 108 imaginaria, en la que
una longitud deseada del alma crea un segundo punto 118. La
superficie 108 imaginaria se transforma así desde el primer punto
117 de proyección hasta el segundo punto 118, creando la superficie
119 de pestaña.
La curva de intersección entre la superficie 119
de pestaña y una superficie 120 del alma, puede ser ligeramente
alterada para proporcionar nuevas características a la pestaña con
respecto a un ángulo 113' local, a la altura H de la pestaña, y
otras características, aunque estas características están
relacionadas con la misma. Por ejemplo, la superficie 119 de
pestaña puede corresponder con una superficie tal como la superficie
9 de estructura curvada simple de la Figura 1a, o con una
superficie de doble curva moderada. Tal superficie de doble curva
moderada se define como la superficie con doble curvatura
suficientemente pequeña como para hacer que sea posible envolver
una acumulación plana sobre la superficie sin formación de
arrugas.
La presente invención no se limita, por
supuesto, en modo alguno, a las realizaciones preferidas descritas
en lo que antecede, sino que existen muchas posibilidades de
modificaciones o combinaciones de las realizaciones descritas de la
misma que resultarán evidentes para una persona experta en la
materia sin apartarse de la idea básica de la invención según se
define en las reivindicaciones anexas. El plástico puede ser
plástico termofraguante, resinas epoxi, termoplástico, resinas de
poliéster, plástico reforzado con fibra de vidrio, etc.
La palabra plegado puede ser sustituida en la
presente solicitud por las palabras curvatura, curvado, etc. Los
plegados a lo largo de las líneas de plegado de un elemento de
rigidización se entiende que se proporcionan esencialmente
redondeados, también en los sitios en los que se muestran en las
figuras pliegues aguzados. Por supuesto, la segundo línea de
plegado puede ser modificada de diferentes maneras con respecto a la
primera línea de plegado. Por ejemplo, la primera línea de plegado
no debe tener el mismo radio de curvatura, sino que puede ser
cambiada ligeramente con respecto a la primera línea de plegado,
consiguiendo con ello que el alma tenga diferentes ángulos con
relación al plano de la superficie de la estructura. Esto resulta
ventajoso cuando se fabrican superficies diferentes a las
superficies de estructura con curvas simples con elementos de
rigidización, tal como las superficies de estructura con dobles
curvas moderadas con elementos de rigidización.
La invención es particularmente aplicable,
aunque no exclusivamente, a aeronaves muy grandes, tal como las
aeronaves de transporte de pasajeros o aeronaves de transporte de
cargas.
Claims (16)
1. Un procedimiento para la fabricación de un
elemento (1, 1', 1'', 2) de rigidización de material compuesto,
cuyo elemento de rigidización está previsto para su fijación a una
superficie (9) de estructura curvada, comprendiendo dicho elemento
(1, 1', 1'', 2) de rigidización un alma (3) y al menos una pestaña
(5), cuya superficie (11) externa tiene un radio (R) de curvatura
que corresponde con la curvatura de dicha superficie (9) de
estructura curvada, comprendiendo el procedimiento las etapas
siguientes de:
- -
- proporcionar una pieza de partida (19) sustancialmente plana de material compuesto;
- -
- plegar la citada pieza de partida (19) a lo largo de una primera línea (13) de plegado, cuya curvatura está definida por una línea (115) imaginaria de intersección tridimensional que se deriva del radio (R) de curvatura de la superficie (9) de estructura curvada, en el que el procedimiento comprende también la etapa de,
- -
- plegar la pieza de partida (19) a lo largo de una segunda línea (15) de plegado esencialmente paralela con la primera línea (13) de plegado para formar una pestaña (7) interna.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, comprendiendo el procedimiento las etapas
siguientes de:
- -
- proporcionar una pieza de partida (19) sustancialmente plana de material compuesto;
- -
- aplicar dicha pieza de partida (19) sobre una superficie (29) de conformación de un útil (27) de conformación;
- -
- plegar la citada pieza de partida (19) a lo largo de una primera línea (13) de plegado, cuya curvatura está definida por una línea (115) de intersección tridimensional imaginaria que se deriva del radio (R) de curvatura de la superficie (9) de estructura curvada;
- -
- curar dicha pieza de partida (19) plegada, y
- -
- extraer el elemento (1, 1', 1'', 2) de rigidización desde el útil (27) de conformación.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en el que la etapa de curar la pieza de
partida (19) plegada se realiza:
- -
- hermetizando la pieza de partida (19) plegada en una bolsa de vacío;
- -
- evacuando el aire desde dicha bolsa de vacío;
- -
- calentando la pieza de partida (19) plegada con medios de calentamiento;
- -
- enfriando la pieza de partida (19) plegada, y
- -
- retirando el elemento (1, 1', 1'', 2) de rigidización acabado desde la bolsa de vacío.
4. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1-3, en el que el procedimiento
de curar la pieza de partida (19) plegada comprende la etapa
de:
- -
- comprimir la pieza de partida (19) en un autoclave
5. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
procedimiento de proporcionar la pieza de partida (19) de material
compuesto se realiza mediante una máquina (47) automática de
colocación de cinta, que comprende una disposición (49) de carrete
móvil para aplicar capas que incluyen elementos (57) de refuerzo
alargados sobre una superficie esencialmente plana, lado con lado y
cada una encima de otra.
6. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la
superficie de estructura curvada es una superficie de estructura
curvada simple.
7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1-5, en el que la superficie de
estructura curvada es una superficie de estructura curvada doble
moderada.
8. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de
las reivindicaciones 1-4, en el que el procedimiento
de proporcionar la pieza de partida (19) de material compuesto se
realiza a mano sobre una superficie esencialmente plana.
9. Un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
procedimiento de proporcionar la pieza de partida (19)
esencialmente plana de material compuesto se realiza de tal manera
que la línea (51) de extensión media de la pieza de partida (19)
tendrá una curvatura (C) esencialmente correspondiente con la
superficie (9) de estructura curvada.
10. Un elemento de rigidización de material
compuesto, en el que dicho elemento (1, 1', 1'', 2) es susceptible
de obtención mediante el procedimiento conforme a una cualquiera de
las reivindicaciones 1-9.
11. Un elemento de rigidización de acuerdo con
la reivindicación 10, en el que el elemento de rigidización
comprende fibras de refuerzo que están sin romper en la dirección de
curvatura, para que las fibras de refuerzo de cada capa se
extiendan de forma continua, sin rotura, en la dirección de
curvatura respecto a cada capa.
12. Una estructura (21) de elemento de
rigidización, en la que un primer elemento (1') de rigidización se
encuentra dispuesto cerca de un segundo elemento (1'') de
rigidización, encontrándose un medio (25) de arriostramiento
conectando los elementos (1', 1'') de rigidización, siendo dichos
elementos (1', 1'') de rigidización los que se han definido en una
cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11.
13. Un panel (23) de estructura curvada, que
comprende una superficie (9) interna de estructura curvada, y al
menos dos elementos (1, 1', 1'', 2) de rigidización de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11 que están sujetos a
dicha superficie (9) interna de estructura curvada.
14. Un panel (23) de estructura curvada de
acuerdo con la reivindicación 13, en el que los elementos de
rigidización están dispuestos que la manera que se reivindica en la
reivindicación 12.
15. Un procedimiento para la fabricación de un
panel (23) de estructura curvada que comprende al menos dos
elementos (1, 1', 1'', 2) de rigidización de material compuesto que
están sujetos a una superficie (9) de estructura curvada del panel
(23), comprendiendo el procedimiento las etapas siguientes de:
- -
- proporcionar una pieza de partida de panel de estructura curvada;
- -
- proporcionar una pieza de partida (19) sustancialmente plana de material compuesto;
- -
- plegar la citada pieza de partida (19) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, y
- -
- sujetar los al menos dos elementos (1, 1', 1'', 2) de rigidización a la superficie (9) de estructura curvada de la pieza de partida de panel de estructura.
16. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 15, en el que la superficie del panel (23) de
estructura curvada es una superficie curvada doble moderada.
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