ES2631182T3

ES2631182T3 - Tirante compuesto, su procedimiento de fabricación, y estructura de techo o de suelo aeronáutico que lo incorpora

Info

Publication number: ES2631182T3
Application number: ES14731812.5T
Authority: ES
Inventors: Michaël GODON; Cristina Gonzalez-Bayon; Bertrand Florentz; Jean-Pierre Ciolczyk
Original assignee: Hutchinson SA
Current assignee: Hutchinson SA
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2034-06-03
Also published as: EP3004669A1; US9902116B2; FR3006725A1; FR3006725B1; US20160121561A1; EP3004669B1; WO2014195866A1; CN105431645B; JP6433996B2; JP2016527100A; BR112015030539A2; CN105431645A

Abstract

Un tirante (1, 1', 1'') que comprende un cuerpo alargado (2) esencialmente convexo en torno a un eje longitudinal de simetría (X'X), y dos extremos de conexión (5 y 6) a estructuras adyacentes, y que se ha configurado para la absorción de esfuerzos mayoritariamente axiales generados por estas estructuras, de tal manera que el tirante comprende dos coquillas (3 y 4) que tienen dos bordes longitudinales (3A y 4A) que están ensambladas la una a la otra por estos bordes, a la altura de dicho cuerpo, y que tienen, cada una de ellas, como material de base al menos una capa (7) de coquilla que comprende fibras de coquilla continuas (7a) mayoritariamente paralelas a este eje de simetría y que están impregnadas de una matriz termoplástica (7b) de coquilla, estando el tirante caracterizado por que incorpora medios de ensamblaje (14 y 15) de las coquillas, que comprenden al menos una capa de ensamblaje (14, 15) arrollada en torno a, y a lo largo de, las coquillas, a la altura de dicho cuerpo, de tal manera que la (o las) capa(s) de ensamblaje comprenden fibras de ensamblaje (14a, 15a) mayoritariamente inclinadas en un ángulo ±α con respecto a dicho eje de simetría e impregnadas de una matriz termoplástica de ensamblaje (14b, 15b), fundida al contacto con la matriz de coquilla.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

DESCRIPCION

Tirante compuesto, su procedimiento de fabricacion, y estructura de techo o de suelo aeronautico que lo incorpora

La presente invencion se refiere a un tirante estructural compuesto, a una estructura de techo o de suelo aeronautico que lo incorpora, y a un procedimiento de fabricacion de este tirante. La invencion se aplica, de una manera general, a un tal tirante configurado para la absorcion de esfuerzos mayoritariamente axiales, en particular, pero no exclusivamente, en el campo aeronautico.

Los tirantes estructurales compuestos actuales de absorcion de esfuerzos axiales presentan habitualmente una forma alargada, con un cuerpo principal central que se termina en dos extremos aplanados de conexion a estructuras que generan, sobre todo, esfuerzos axiales de traccion y compresion, de tal manera que la conexion se realiza, por lo comun, mediante ejes de union respectivamente montados a traves de estos extremos.

El documento WO-A1-2009/000925 presenta un tal tirante, que se obtiene por medio de un procedimiento que comprende una conformacion termica discontinua de formas previas compuestas planas con material de base de fibras previamente impregnadas de una resina susceptible de endurecerse termicamente o termoplastica, a fin de obtener dos coquillas semicilmdricas, a lo que sigue un ensamblaje de estas coquillas conformadas termicamente por solidarizacion lateral de sus pares respectivos de bordes longitudinales, preferiblemente por medio de un endurecimiento o una soldadura termica de la resina. Este ensamblaje de las coquillas es tal, que cada borde de una coquilla recubre o es recubierto lateralmente por un borde de la otra coquilla, formando, asf, superficies de apoyo mutuo para estas coquillas, de areas superficiales relativamente grandes.

Los tirantes descritos en este documento presentan el inconveniente de presentar una masa y un coste de fabricacion relativamente elevados, por razon de su procedimiento de fabricacion discontinuo y del modo de ensamblaje de las coquillas por recubrimiento lateral de sus bordes, lo que requiere doblar el espesor del tirante.

Podra, igualmente, hacerse referencia al documento DE 10 2007 015909, que divulga un tirante estructural de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1.

De manera mas general, un inconveniente principal de los tirantes estructurales compuestos conocidos a dfa de hoy reside en su masa y su coste elevados, que estan ligados, por una parte, al procedimiento de transformacion utilizado, por lo comun, un moldeo de fibras secas por transferencia de resina («RTM», por «Resine Transfer Moulding») susceptible de endurecerse termicamente, o un moldeo de fibras previamente impregnadas de una resina igualmente susceptible de endurecerse termicamente por compresion dentro de un molde, por medio de una vejiga o de mandriles, y, por otra parte, al refuerzo de estos tirantes a fin de conferirles una resistencia suficiente a los impactos. La cantidad de refuerzos necesaria para garantizar la resistencia a los impactos puede ser relativamente elevada. En efecto, las resinas susceptibles de endurecerse termicamente, por ejemplo, de tipo epoxfdico, presentan una gran fragilidad como consecuencia de su muy pequeno alargamiento de rotura (por lo comun, de un pequeno %). Es, por tanto, necesario anadir un numero de laminas inversamente proporcional a este alargamiento de rotura para hacer que estas resinas sean mas resistentes a la deformacion por un impacto, lo que contribuye a hacer mas pesados estos tirantes realizados de materiales susceptibles de endurecerse termicamente.

Es un proposito de la presente invencion proponer un tirante estructural compuesto que remedie los inconvenientes anteriormente mencionados, el cual comprende un cuerpo alargado y esencialmente convexo alrededor de un eje longitudinal de simetna, y dos extremos de conexion a estructuras adyacentes, y que se ha configurado para la absorcion de esfuerzos mayoritariamente axiales (esto es, esfuerzos de traccion y compresion) generados por estas estructuras, de tal modo que el tirante comprende dos coquillas con dos bordes longitudinales, que estan ensambladas la una a la otra por estos bordes, a la altura de dicho cuerpo y que tienen, cada una de ellas, como material de base al menos una capa de coquilla que comprende fibras de coquilla continuas y mayoritariamente paralelas a este eje de simetna, e impregnadas de una matriz termoplastica de coquilla.

A este efecto, un tirante de acuerdo con la invencion es tal, que incorpora medios de ensamblaje de coquillas que comprenden al menos una capa de ensamblaje arrollada en torno a, y a lo largo de, las coquillas, a la altura de dicho cuerpo, de tal manera que la (o las) capa(s) de ensamblaje comprende(n) fibras de ensamblaje mayoritariamente inclinadas en un angulo ±a con respecto a dicho eje de simetna (esto es, con respecto a dichas fibras de coquilla mayoritariamente axiales) e impregnadas de una matriz termoplastica de ensamblaje, refundida al contacto con la matriz de coquilla.

Se apreciara que estos medios de ensamblaje son extnnsecos a las coquillas, ya que se unen en torno a estas al encerrarlos por medio de la (o las) capa(s) de ensamblaje cuya matriz es refundida al contacto con la matriz de cada coquilla, a la manera de una soldadura termica entre la (o las) capa(s) de ensamblaje y las capas de las coquillas. La ventaja de esta soldadura por «refusion» es que se ahorra tiempo, energfa y, por tanto, un coste significativo en relacion con las resinas susceptibles de endurecerse termicamente, que precisan de muchos minutos, u horas, de coccion.

Se apreciara, igualmente, que las dos coquillas son, asf, ensambladas por esta soldadura termica de la o las capas de ensamblaje sobre estas coquillas y en torno a ellas, contrariamente al ensamblaje del documento antes citado,

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

que utilizaba una soldadura lateral mutua de los pares de bordes respectivos de las coquillas.

Se apreciara, ademas, que estos angulos no nulos ±a entre las fibras inclinadas de ensamblaje y las fibras axiales de coquilla, puede estar comprendido entre ±30° y ±90°, por ejemplo.

De acuerdo con otra caractenstica preferente de la invencion, cada coquilla tiene una cara externa convexa sensiblemente semicilmdrica o semitroncoconica a la altura del cuerpo, y tiene sus dos bordes longitudinales mencionados ensamblados contra los de la otra coquilla, dentro de la prolongacion de estos ultimos, sin recubrimiento lateral mutuo de un borde de una coquilla por un borde de la otra coquilla.

Por «semicilmdrica» se entiende, de manera conocida, una geometna de medio cilindro, la cual se define por una directriz o seccion constan te en forma de lmea curva en un sentido amplio (por ejemplo, oval o elfptica, por ejemplo, circular).

Por «semitroncoconica» se entiende una geometna de mitad de tronco de cono, definida por una seccion igualmente en forma de lmea curva (por ejemplo, oval o elfptica, por ejemplo, circular) pero que vana de forma continuamente creciente o decreciente a lo largo de la longitud axial de cada coquilla, con un estrechamiento hacia dichos dos extremos de conexion.

Ventajosamente, dichos medios de ensamblaje de las coquillas pueden comprender al menos un par de dichas capas de ensamblaje que son mayoritariamente unidireccionales y estan arrolladas sensiblemente en helice segun angulos opuestos a y -a (por ejemplo, comprendidos, en valor absoluto, entre 30° y 90°), de tal manera que estas capas de ensamblaje se recubren mutuamente al cenir dichas capas de coquilla, que son, de la misma manera, mayoritariamente unidireccionales.

De acuerdo con otra caractenstica preferida de la invencion, cada uno de dichos extremos de conexion del tirante presenta dos paredes paralelas y aplanadas de conexion, las cuales estan, respectivamente, hechas de una sola pieza, con las dos coquillas a uno y otro lados de un plano longitudinal medio del tirante, que contiene dichos bordes longitudinales, y estan, respectivamente, provistas de orificios enfrentados, destinados a ser atravesados por un eje de union con una estructura correspondiente mencionada, laminas de refuerzo que comprenden fibras de extremos orientados, al menos en parte, de forma sensiblemente perpendicular a dicho eje de simetna, que recubren directamente dichas fibras de coquilla de estas dos paredes en cada extremo de conexion.

A tftulo aun mas preferido, dichas laminas de refuerzo, que son de tipo de tejido, bordados o unidireccionales, recubren, en cada extremo de conexion, las caras externas respectivas y/o las caras internas respectivas de dichas dos paredes de conexion.

De acuerdo con otra caractenstica de la invencion, dichas capas de coquilla y dicha al menos una capa de ensamblaje pueden estar constituidas por materiales identicos o qmmicamente compatibles, de tal manera que dicha matriz termoplastica de ensamblaje se funde al contacto con dicha matriz termoplastica de coquilla.

De preferencia, dicha matriz termoplastica de coquilla y dicha matriz termoplastica de ensamblaje tienen como material de base al menos un polfmero escogido de entre el grupo constituido por las poliamidas, las polieterimidas (PEI), los polisulfuros de fenileno (PPS), las poliariletercetonas (PAEK), las polieteretercetonas (PEEK), las polietercetonacetonas (PEKK) y sus aleaciones, de tal manera que dichas fibras de coquilla y/o dichas fibras de ensamblaje tienen, de preferencia, como material de base fibras de carbono. Se apreciara que son utilizables otros polfmeros y fibras, siempre y cuando confieran al tirante resistencia a los impactos y una capacidad suficiente para la absorcion de los esfuerzos axiales.

Se apreciara que un tirante asf constituido presenta, sobre todo gracias a estos materiales termoplasticos que tienen propiedades intnnsecas de capacidad de autoextincion, baja densidad, baja toxicidad de los humos y una resistencia a los impactos mejorada, un aligeramiento acrecentado de manera significativa para un mismo valor dado de estas propiedades (por ejemplo, la resistencia a los impactos), en relacion con los tirantes estructurales compuestos conocidos.

Este tirante de acuerdo con la invencion presenta, asf, particularmente propiedades mecanicas mejoradas referentes a la absorcion de los esfuerzos axiales y a la resistencia a los choques, lo que se traduce en una ganancia de masa en el tirante para la obtencion de propiedades determinadas.

Se apreciara que, de manera conocida, los tirantes estructurales, en particular para estructuras de techos, de suelos o de molduras centrales de fuselajes aeronauticos, deben poder resistir cargas lfmite predefinidas, incluso aunque hayan soportado previamente impactos que los danan y que son representativos de choques probables, pero no facilmente apreciables, en funcionamiento. Estas cargas lfmite son una combinacion de cargas axiales que hacen trabajar el tirante a traccion / compresion, y cargas radiales que le hacen trabajar a flexion o pandeo cuando se compacta en la compresion. Es asf que un dano por impacto previo en un tirante disminuye su capacidad para resistir estas cargas. Segun la fragilidad de la resina susceptible de endurecerse termicamente que se utiliza para un tirante de la tecnica anterior, es, por tanto, necesario anadirle un cierto numero de laminas suplementarias con el fin de satisfacer la resistencia a los impactos.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

La presente invencion, tal y como se ha explicado en lo anterior, permite utilizar para las coquillas, por una parte, capas de fibras mayoritaria o exclusivamente unidireccionales que son optimas para resistir estas cargas lfmite de compresion y de pandeo, y, por otra parte, una o varias matrices termoplasticas que tienen un alargamiento de rotura que es claramente mas elevado que el de las matrices susceptibles de endurecerse termicamente, lo que permite disminuir el numero de laminas para la obtencion de la resistencia al impacto requerida.

Segun otro aspecto de la invencion, dicho cuerpo de tirante puede comprender, ademas, radialmente entre dicha al menos una capa de coquilla para cada coquilla y dicha al menos una capa de ensamblaje, o bien radialmente entre dichas capas de ensamblaje, al menos un estrato intermedio de amortiguacion y de reparto de impactos, en particular radiales, que se efectua en un material apto para absorber y repartir la energfa transmitida al tirante por estos impactos.

Se apreciara que esta interposicion de un tal estrato intermedio «de sacrificio», de preferencia hecho de un material amortiguador muy ligero (por ejemplo, un estrato amortiguador de nido de abeja, o hecho de otros materiales amortiguadores), permite, ventajosamente, absorber y repartir -para disminuir el impacto- los choques, en particular radiales, con vistas a minimizar la vulnerabilidad de las capas de coquilla mayoritariamente unidireccionales dispuestas con esa intencion en el nucleo del tirante, a fin de conferirle la resistencia requerida a las cargas lfmite antes citadas. El espesor de este estrato «de sacrificio» de la invencion puede escogerse facilmente en funcion de la magnitud de la energfa que se ha de absorber. Este estrato intermedio permite, de este modo, preservar, al menos parcialmente, en caso de choque, la integridad de las fibras de coquilla mayoritariamente unidireccionales que garantizan la resistencia del tirante.

Ventajosamente, dicho al menos un estrato intermedio de la invencion puede, ademas, ser un estrato de revelacion de impactos apto para testimoniar el grado de los danos del tirante seguidamente a estos impactos, con vistas a su reemplazo, a la manera de un indicador de choques, por medicion de la profundidad y/o de la extension de esta(s) capa(s) afectada(s) por estos impactos (esto es, calibrando de antemano la profundidad y/o la extension de impacto segun los choques encajados, a fin de determinar si es necesario cambiar el tirante.

En efecto, se sabe que las piezas compuestas presentan el inconveniente de poder resultar seriamente danadas interiormente (por ejemplo, por descamaciones, roturas de fibras o fisuras) sin que ello sea visible desde el exterior, lo que obliga a sus disenadores a sobredimensionarlas para que puedan soportar todas las cargas de fatiga y las cargas extremas teniendo en cuenta un posible dano previo (estas piezas sobredimensionadas se denominan «tolerantes a los danos»).

De esta forma, la integracion, de acuerdo con la invencion, de un indicador de danos en el tirante permite no solo hacer que el impacto sea visible, sino, ademas, apreciar visualmente la gravedad. En efecto, la profundidad de hundimiento en caso de impacto de dicho estrato intermedio de acuerdo con la invencion permite evaluar la gravedad de este impacto y, por tanto, la necesidad de un reemplazo, pero para magnitudes de impactos mas pequenas que las que senan necesarias para crear un dano visible en un tirante no equipado con semejante indicador. Este estrato intermedio «testigo» de la invencion autoriza, ventajosamente, un aligeramiento suplementario del tirante, evitando sobredimensionarlo como en la tecnica anterior para hacerlo «tolerante a los danos no visibles».

Una estructura de techo o de suelo aeronautico de acuerdo con la invencion comprende al menos un tirante tal como se ha definido en lo anterior de esta memoria.

Un procedimiento de fabricacion de acuerdo con la invencion de un tirante tal como se ha definido en lo anterior, comprende:

a) una conformacion en continuo de n capas planas de coquilla (n es un entero > 2) mayoritariamente unidireccionales, con material de base de fibras continuas impregnadas de dicha matriz termoplastica de coquilla, a partir de n bobinas que desenrollan estas capas hacia un dispositivo conformador,

b) una formacion en caliente y en continuo de estas capas de coquilla por extraccion, incluyendo su consolidacion, a fin de obtener piezas en tosco perfiladas de las coquillas, con caras externas convexas,

c) un calentamiento seguido de una conformacion de los dos extremos de cada pieza en tosco perfilada de coquilla, para la obtencion de cada coquilla que presenta, en sus dos extremos, dos paredes aplanadas respectivas de conexion a dichas estructuras,

d) para cada tirante que se ha de ensamblar, un ensamblaje de las dos coquillas de tal manera que los bordes longitudinales de una de las coquillas se colocan contra los de la otra coquilla de modo que se forma dicho cuerpo de tirante, y de manera que, en cada extremo del tirante, las dos paredes aplanadas de conexion son paralelas y estan separadas la una de la otra, llevandose a cabo este ensamblaje:

- mediante el arrollamiento de dicha al menos una capa de ensamblaje en torno a, y a lo largo de, las coquillas, a la altura de dicho cuerpo, inclinando dichas fibras de ensamblaje en un angulo ±a con respecto a dicho eje de simetna, y

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

- mediante un calentamiento local concomitante de la o las capas de ensamblaje arrolladas sobre las capas de coquilla, o bien solamente de las capas de coquilla, o, incluso, de dichas capas de coquilla y, al mismo tiempo, de dicha al menos una capa de ensamblaje (cualesquiera que sean los medios de calentamiento), y

e) opcionalmente, con una interposicion, radialmente entre las capas de coquilla y dicha al menos una capa de ensamblaje, o bien radialmente entre dichas capas de ensamblaje, de al menos una capa intermedia de amortiguacion y de reparto de impactos, en particular radiales, que esta hecha de un material apto para absorber y repartir la energfa transmitida al tirante por estos impactos y que es, de preferencia, apto para testimoniar el grado de danos del tirante seguidamente a estos impactos, con vistas a su reemplazo, mediante una medicion de la profundidad y/o de la extension de este estrato.

Ventajosamente, en la etapa c), la conformacion de los dos extremos de cada pieza en tosco perfilada de coquilla puede llevarse a cabo por moldeo por compresion, estampacion o conformacion termica.

Igualmente de manera ventajosa, la etapa c) puede comprender, ademas, la aplicacion, sobre dichas paredes aplanadas de los extremos respectivos de cada pieza en tosco de coquilla, laminas de refuerzo, de preferencia, del tipo de tejido, bordados o unidireccionales, que comprenden fibras de extremos orientados, al menos en parte, sensiblemente de forma perpendicular a dicho eje de simetna, de tal manera que estas fibras asf orientadas pueden recibir directamente dichas fibras de coquilla sobre y/o bajo dichas dos paredes de conexion separadas entre sf, en cada extremo de conexion del tirante obtenido en la etapa d).

De forma igualmente ventajosa, la etapa c) puede comprender, ademas, en cada extremo de cada pieza en tosco perfilada, una perforacion de orificios a traves de dichas dos paredes de conexion para el montaje de un eje de union respectivamente destinado a la fijacion de una estructura mencionada.

De acuerdo con otra caractenstica de la invencion, en la etapa d), el arrollamiento de dicha al menos una capa de ensamblaje en torno a, y a lo largo de, las coquillas de cada tirante puede ser llevado a cabo por arrastre y rotacion de las dos coquillas, colocadas enfrentadas en torno a un mandril.

Se apreciara, como variante, que las dos coquillas colocadas borde contra borde pueden ser fijas, y que se las puede envolver, en este caso, a traves de medios moviles, mediante la rotacion de dicha al menos una capa de ensamblaje en torno a las coquillas.

Preferiblemente, se utilizan materiales identicos o qmmicamente compatibles para las matrices termoplasticas respectivas de las capas de coquilla en la etapa a), o de la, o de cada, capa de ensamblaje en la etapa d), de tal manera que el ensamblaje se realiza en esta etapa d) por refusion de la matriz de ensamblaje sobre la matriz de coquilla a la manera de una soldadura termica.

A tftulo aun mas preferible, se utilizan para la matriz de coquilla en la etapa a), y para la de ensamblaje en la etapa d), materiales a base de al menos un poftmero escogido de entre el grupo antes citado, asf como fibras de carbono para las fibras de coquilla y/o para las fibras de ensamblaje.

Otras caractensticas, ventajas y detalles de la presente invencion se pondran de manifiesto de la lectura de la siguiente descripcion de un ejemplo de realizacion de la invencion, proporcionado a tftulo ilustrativo y no limitativo, de tal manera que dicha descripcion se ha realizado con referencia a los dibujos que se acompanan, en los cuales:

la Figura 1 es una vista lateral, en perspectiva, de un tirante de acuerdo con la invencion, en el estado ensamblado,

la Figura 2 es una vista lateral, en perspectiva, de otro tirante de acuerdo con la invencion, igualmente en el estado ensamblado, que muestra la superficie intermedia, o interfaz, de contacto entre las dos coquillas de este tirante,

la Figura 3 es una vista esquematica, en corte axial, de este tirante, perpendicularmente a sus paredes de extremo,

la Figura 4 es una vista esquematica de las dos coquillas perfiladas que se utilizan para fabricar el tirante de la Figura 1 o de la Figura 2,

la Figura 5 es una vista esquematica de una instalacion de acuerdo con la invencion para la fabricacion en continuo de estas coquillas perfiladas,

la Figura 6 es un diagrama esquematico que muestra, de acuerdo con un ejemplo de la invencion, las etapas seguidas para la conformacion con la forma de paredes aplanadas de los extremos de conexion de cada coquilla, antes de la colocacion y del ensamblaje de dos coquillas,

la Figura 7 es una vista esquematica, parcial y despiezada que muestra la aplicacion de laminas orientadas segun las dos caras de la pared aplanada de un extremo de conexion asf formado para cada una de las dos coquillas constituidas por capas unidireccionales de fibras axiales, despues de la colocacion y antes del

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

ensamblaje de estas dos coquillas,

la Figura 8 es una vista esquematica de una instalacion de acuerdo con un ejemplo de la invencion, para el ensamblaje de coquillas colocadas borde con borde, para el arrollamiento de capas cruzadas en torno a las coquillas y a lo largo de estas,

la Figura 9 es una vista esquematica, en corte axial similar a la Figura 3, que ilustra el modo de arrollamiento segun angulos opuestos de dos capas cruzadas en torno a las coquillas asf colocadas y a lo largo de estas, y que muestra las matrices termoplasticas respectivas de estas capas, asf como de las capas de coquilla,

la Figura 10 es una vista igualmente esquematica, pero en perspectiva lateral, que muestra el comienzo de este arrollamiento de las capas cruzadas sobre las coquillas de la Figura 9, y que ilustra la orientacion de las fibras respectivas de las capas de coquilla y de las capas de ensamblaje,

la Figura 11 es una vista esquematica, parcial y despiezada que muestra, a instancias de la Figura 7, estas capas cruzadas cuyas fibras de ensamblaje recubren las fibras axiales de las coquillas, con dichas laminas orientadas aplicadas sobre las dos paredes aplanadas de un extremo de conexion del tirante,

la Figura 12 es una vista esquematica, en corte axial similar a la Figura 9, que muestra un tirante de acuerdo con la invencion en curso de ensamblaje, el cual incorpora un estrato de amortiguacion dispuesto entre las capas de coquilla y las dos capas cruzadas de ensamblaje,

la Figura 13 es una vista esquematica, en corte transversal, de este tirante en curso de ensamblaje, segun el plano XIM-XIM de la Figura 12, y

la Figura 14 es una vista esquematica, en corte transversal, de otro tirante de acuerdo con la invencion, como variante de la Figura 13, que incorpora un estrato de amortiguacion entre las dos unicas capas cruzadas de ensamblaje.

Como se ha ilustrado en las Figuras 1 a 3, un tirante 1 de acuerdo con la invencion comprende un cuerpo convexo 2 con dos coquillas 3 y 4, ensambladas la una contra la otra, y dos extremos de conexion 5 y 6, destinados a unir el tirante 1 a estructuras adyacentes a traves de dos ejes de union (no visibles) destinados a montarse, respectivamente, dentro de estos extremos 5 y 6. Cada extremo de conexion 5, 6 forma una chapa con dos paredes planas 5a y 5b, 6a y 6b paralelas, que estan separadas entre sf a uno y otro lados del eje de simetna X'X del tirante 1, y que estan perforadas por dos orificios 5c, 6c situados uno enfrente del otro y destinados a recibir uno de los ejes de union.

La Figura 4 muestra las dos piezas en tosco perfiladas 3' y 4' de las coquillas 3 y 4, que se utilizan para fabricar este tirante 1 de acuerdo con la invencion, antes de la conformacion de los dos extremos 3a y 3b, 4a y 4b de cada coquilla 3, 4, a fin de obtener las dos paredes aplanadas de extremo 5a y 5b, 6a y 6b que pueden observarse en las Figuras 1 a 3. Estas dos piezas en tosco 3' y 4' presentan, cada una de ellas, una misma geometna semicilmdrica, la cual se obtiene por un procedimiento en continuo de formado / conformacion de capas mayoritariamente unidireccionales 7 como se ha ilustrado en la Figura 5.

Esta Figura 5 muestra el paso, a este efecto, dentro de una maquina formadora 8 de n = 3 capas planas 7 de coquilla unidireccionales con un material de base de fibras 7a contenidas en la direccion longitudinal (por ejemplo, de fibras de carbono) e impregnadas de una matriz termoplastica de coquilla 7b (por ejemplo, de PEEK o de PPS), que parten de tres bobinas 9 que reciben y desenrollan estas capas 7, a lo que sigue la conformacion en continuo, en caliente, de estas capas 7 por medio de un dispositivo 10 de extraccion, para la obtencion de las piezas en tosco de coquilla 3' y 4' semicilmdricas, en las cuales se han consolidado estas capas 7 de manera concomitante (la estructura de las capas 7 es visible en la Figura 7). Esta conformacion se realiza, por ejemplo, a una temperatura de aproximadamente 300°C para la fusion de esta matriz 7b y para mantener las fibras 7a en la posicion correcta.

La Figura 6 muestra un ejemplo de acuerdo con la invencion para conformar, por medio de un moldeo por compresion, los dos extremos 3a y 3b, 4a y 4b de cada pieza en tosco 3' y 4' obtenida aguas arriba del dispositivo 10 (se precisa que puede ser igualmente utilizable una estampacion o una conformacion termica para esta conformacion de los extremos 3a y 3b, 4a y 4b). Se realiza con anterioridad, a fin de permitir esta conformacion, un calentamiento previo de estos dos extremos 3a y 3b, 4a y 4b de la pieza en tosco 3'. 4', tras lo cual, como se muestra en A (en corte axial plano segun el plano sagital VI-VI de la Figura 4), se inserta la pieza en tosco perfilada 3', 4' dentro de un molde 11. Se cierra entonces la pared superior 11a del molde 11 (etapa B), provista, en su cara interna, de una contraforma 11b apta para conformar estos extremos 3a y 3b, 4a y 4b aplicando una presion determinada sobre estas, lo que, tras la apertura de la pared superior 11a y la extraccion de la pieza en tosco 3', 4' (etapa C), permite obtener una pared aplanada 5a y 6a, 5b y 6b en cada uno de sus dos extremos 3a y 3b, 4a y 4b.

Cada pieza de partida 3', 4' de coquilla 3, 4 asf obtenida, con paredes de extremo aplanadas 5a y 5b, 6a y 6b, esta formada de capas unidireccionales axiales 7 de coquilla que se extienden de forma continua sobre el cuerpo 2 y sobre estas paredes de extremo 5a y 5b, 6a y 6b.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Como se ha ilustrado en la Figura 7, esta operacion de conformacion de los extremos 3a y 3b, 4a y 4b de cada pieza en tosco 3', 4' incluye, ademas, una aplicacion de laminas de refuerzo orientadas 12 sobre las dos caras, externa e interna, de cada pared aplanada de extremo 5a y 5b, 6a y 6b, y ademas, opcionalmente, piezas de insercion (no visibles) para la perforacion, en 5c, 6c, de cada pared 5a y 5b, 6a y 6b, con vistas a montar en ella un eje de union que garantice la union del tirante 1 a las dos estructuras adyacentes. Estas laminas 12 pueden estar constituidas, cada una de ellas, por una tela o por fibras unidireccionales que comprenden, en estos dos casos, una vez aplicadas sobre y bajo cada pared de extremo 5a y 5b, 6a y 6b, fibras orientadas 12a que forman un angulo de aproximadamente 90° con las fibras unidireccionales axiales 7a de cada pared 5a y 5b, 6a y 6b, que estas fibras orientadas 12a recubren (se precisa que, en el ejemplo de la Figura 7, las laminas 12 comprenden fibras axiales 12b, ademas de las fibras 12a orientadas a 90°).

Se apreciara que esta adicion de laminas 12 y, eventualmente, de piezas de insercion sobre las paredes de extremo 5a y 5b, 6a y 6b de las coquillas 3 y 4, debe ser realizada, ventajosamente, conservando, en todo caso, la integridad de las fibras axiales 7a que constituyen el cuerpo 2 de cada coquilla 3, 4.

Por ultimo, y como se ilustra en las Figuras 8 a 10, se colocan primeramente las dos coquillas 3 y 4 de manera que los dos bordes longitudinales 3A de una de ellas sean aplicados con precision contra los de la otra, 4A, en la prolongacion directa de estos bordes 3A y 4A. A continuacion, se cinen las coquillas 3 y 4 asf colocadas sobre un mandril 13 por medio de un «encinchado» por parte de las capas de ensamblaje cruzadas 14 y 15, por ejemplo, en numero de dos, las cuales estan constituidas, cada una de ellas, por fibras unidireccionales 14a y 15a (por ejemplo, de carbono, como las fibras de coquilla 7a) impregnadas de una matriz termoplastica 14b y 15b identica, derivada de, o compatible con, la de las coquillas, 7b (por ejemplo, con material de base de PEEK o de PPS, como las matrices de coquilla 7b).

A este efecto, se arrollan en helice, en torno a los cuerpos respectivos 2 de las coquillas 3 y 4, y a lo largo de estos (esto es, un paso a nivel de las paredes de extremo 5a y 5b, 6a y 6b de las coquillas 3 y 4; veanse las Figuras 9 y 10), las capas de ensamblaje 14 y 15 provistas de fibras 14a y 15a mayoritariamente inclinadas segun angulos a y -a con respecto al eje X'X, siempre calentando localmente, al mismo tiempo, las capas de ensamblaje 14 y 15 en el curso del arrollamiento sobre las capas 7 de coquilla por medios de calentamiento 16a y 16b apropiados para asegurar la fusion de las matrices termoplasticas 7b, 14b, 15b y la cohesion del conjunto (vease la Figura 8). Y a la inversa, puede escogerse, igualmente, calentar, antes bien, las capas 7 de coquilla durante el arrollamiento de las capas de ensamblaje 14 y 15, siendo lo importante reactivar termicamente hasta el lfmite de fusion al menos uno de los lados situados en la zona de entrada en contacto con las capas.

Como es visible en las Figuras 12 y 13, puede interponerse un estrato intermedio 20 de amortiguacion de impactos radiales (vease la flecha I) y, ventajosamente, apto para testimoniar el grado de danos del tirante 1' seguidamente a estos impactos, radialmente en el exterior de las capas 7 de coquilla y radialmente en el interior de las dos capas de ensamblaje 14 y 15.

O bien, como es visible en la Figura 14, puede, como variante, escogerse interponer un tal estrato intermedio 20' de amortiguacion de impactos radiales (vease, igualmente, la flecha I) y, ventajosamente, apto para testimoniar el grado de danos del tirante 1'' seguidamente a estos impactos, radialmente entre las dos capas de ensamblaje 14 y 15.

Se realiza, ventajosamente, este arrollamiento de las capas de ensamblaje 14 y 15 haciendo girar el mandril 13, recubierto con las dos coquillas 3 y 4, en torno a su eje de revolucion (que se confunde con el eje de simetna X'X de las coquillas 3 y 4) por medios de arrastre a rotacion (no representados) solidarios con dos extremos de este mandril 13, al mismo tiempo que se aplican bajo tension, segun estos angulos a y -a (por ejemplo, comprendidos, en valor absoluto, entre 30° y 90°), las capas 14 y 15 sobre las capas 7 de las coquillas 3 y 4 por medios de aplicacion de bandas bajo tension o de presion 17, por ejemplo, del tipo de rodillo.

Estos medios de calentamiento local 16a y 16b pueden, por ejemplo, consistir en medios de soplado de aire caliente y en una pistola de aire caliente, en medios que emiten en el dominio infrarrojo o en el de los rayos laser, y pueden disponerse aguas abajo con respecto a medios de calentamiento previo 18 de las capas de ensamblaje 14 y 15. Se apreciara que estos medios 16a, 16b, 18 se han ilustrado unicamente a tftulo de ejemplo en la Figura 8, la cual muestra, ademas, desprendimientos de calor por conveccion (flechas D) y por radiacion (flechas E).

Se obtiene, finalmente, al termino de este ensamblaje, el tirante 1 ilustrado en una vista en despiece en la Figura 11, con su cuerpo 2 de fibras de coquilla axiales 7a que estan revestidas de fibras cruzadas de ensamblaje 14a y 15a, y con sus extremos de conexion 5 y 6 de fibras 7a de coquilla igualmente axiales que estan revestidas de laminas de refuerzo orientadas 12.

Como se ha indicado anteriormente, se apreciara que los tirantes 1 de acuerdo con la invencion estan optimizados en el sentido de la solicitacion de los esfuerzos, lo que se traduce en una ganancia de masa.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

REIVINDICACIONES

1. - Un tirante (1, 1', 1'') que comprende un cuerpo alargado (2) esencialmente convexo en torno a un eje longitudinal de simetna (X'X), y dos extremos de conexion (5 y 6) a estructuras adyacentes, y que se ha configurado para la absorcion de esfuerzos mayoritariamente axiales generados por estas estructuras, de tal manera que el tirante comprende dos coquillas (3 y 4) que tienen dos bordes longitudinales (3A y 4A) que estan ensambladas la una a la otra por estos bordes, a la altura de dicho cuerpo, y que tienen, cada una de ellas, como material de base al menos una capa (7) de coquilla que comprende fibras de coquilla continuas (7a) mayoritariamente paralelas a este eje de simetna y que estan impregnadas de una matriz termoplastica (7b) de coquilla, estando el tirante caracterizado por que incorpora medios de ensamblaje (14 y 15) de las coquillas, que comprenden al menos una capa de ensamblaje (14, 15) arrollada en torno a, y a lo largo de, las coquillas, a la altura de dicho cuerpo, de tal manera que la (o las) capa(s) de ensamblaje comprenden fibras de ensamblaje (14a, 15a) mayoritariamente inclinadas en un angulo ±a con respecto a dicho eje de simetna e impregnadas de una matriz termoplastica de ensamblaje (14b, 15b), fundida al contacto con la matriz de coquilla.
2. - Un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que cada coquilla (3, 4) tiene una cara externa convexa sensiblemente semicilmdrica o semitroncoconica a la altura de dicho cuerpo (2) y en sus mencionados dos bordes longitudinales (3A, 4A), ensamblados contra los de la otra coquilla (4, 3) en la prolongacion de estos ultimos, sin recubrimiento lateral mutuo de un borde (3A) de una coquilla (3) por un borde (4A) de la otra coquilla (4).
3. - Un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, caracterizado por que dichos medios de ensamblaje (14, 15) de las coquillas (3 y 4) comprenden al menos un par de dichas capas de ensamblaje (14 y 15), que son mayoritariamente unidireccionales y estan arrolladas sensiblemente en helice siguiendo angulos opuestos a y -a, de tal modo que estas capas de ensamblaje se recubren mutuamente al cenir dichas capas (7) de coquilla, asimismo mayoritariamente unidireccionales.
4. - Un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que cada uno de dichos extremos de conexion (5, 6) del tirante presenta dos paredes de conexion paralelas y aplanadas (5a y 5b, 6a y 6b) que estan hechas, respectivamente, de una sola pieza con las dos coquillas (3 y 4) a uno y otro lados de un plano longitudinal medio del tirante, que contiene dichos bordes longitudinales (3A y 4A), y que estan provistas, respectivamente, de orificios (5c, 6c) situados uno enfrente de otro y destinados a ser atravesados por un eje de union a una mencionada estructura correspondiente, de tal manera que unas laminas de refuerzo (12), que comprenden fibras de extremo (12a) orientadas, al menos en parte, de forma sensiblemente perpendicular a dicho eje de simetna (X'X), recubren directamente dichas fibras (7a) de coquilla de estas dos paredes, en cada extremo de conexion.
5. - Un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizado por que dichas laminas de refuerzo (12), que son de tipo de tela, bordados o unidireccionales, recubren, en cada extremo de conexion (5, 6), las caras externas respectivas y/o las caras internas respectivas de dichas dos paredes de conexion (5a y 5b, 6a y 6b).
6. - Un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas capas (7) de coquilla y dicha al menos una capa de ensamblaje (14, 15) estan constituidas de materiales identicos o qmmicamente compatibles, de tal manera que dicha matriz termoplastica de ensamblaje (14b, 15b) se funde al contacto con dicha matriz termoplastica (7b) de coquilla.
7. - Un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dicha matriz termoplastica (7b) de coquilla y dicha matriz termoplastica de ensamblaje (14b, 15b) tienen como material de base al menos un polfmero escogido de entre el grupo constituido por las poliamidas, las polieterimidas (PEI), los polisulfuros de fenileno (PPS), las poliariletercetonas (PAEK), las polieteretercetonas (PEEK), las polietercetonacetonas (PEKK) y sus aleaciones, de tal manera que dichas fibras de coquilla (7a) y/o dichas fibras de ensamblaje (14a, 15a) tienen, de preferencia, como material de base fibras de carbono.
8. - Un tirante (1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dicho cuerpo comprende, ademas, radialmente entre dicha al menos una capa (7) de coquilla para cada coquilla (3, 4) y dicha al menos una capa de ensamblaje (14, 15), o bien radialmente entre dichas capas de ensamblaje (14 y 15), al menos un estrato intermedio (20, 20') de amortiguacion de impactos (I), en particular radiales, que esta hecho de un material apto para absorber y repartir la energfa de estos impactos, de tal modo que dicho al menos un estrato intermedio es ademas, preferiblemente, apto para testimoniar el grado de dano del tirante seguidamente a los impactos, con vistas a su reemplazo, por medio de una medicion de la profundidad y/o de la extension de dicha al menos una capa.
9. - Una estructura de techo o de suelo aeronautico, caracterizada por que comprende al menos un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes.
10. -Un procedimiento de fabricacion de un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que comprende:

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

a) conformar en continuo n capas planas (7) de coquilla (n es un entero > 2) mayoritariamente unidireccionales, con material de base de fibras continuas (7a) impregnadas de dicha matriz termoplastica (7b) de coquilla, a partir de n bobinas (9) que desenrollan estas capas hacia una maquina formadora (8),

b) conformar en caliente y en continuo estas capas de coquilla por extraccion que incluye su consolidacion, a fin de obtener piezas en tosco perfiladas (3' y 4') de las coquillas (3 y 4) de caras externas convexas,

c) calentar y, a continuacion, conformar los dos extremos (3a y 3b, 4a y 4b) de cada pieza en tosco perfilada de coquilla, a fin de obtener cada coquilla (3, 4), la cual presenta, en sus dos extremos, dos paredes aplanadas respectivas (5a y 6a, 5b y 6b) de conexion a dichas estructuras,

d) para cada tirante que se ha de ensamblar, ensamblar las dos coquillas (3 y 4) de manera que los bordes longitudinales (3A) de una coquilla (3) se colocan contra los bordes (4A) de la otra coquilla (4), de tal modo que se forma dicho cuerpo (2) de tirante, y de manera que, en cada extremo (5, 6) del tirante, las dos paredes aplanadas de conexion (5a y 5b, 6a y 6b) son paralelas y estan separadas la una de la otra, llevandose a cabo este ensamblaje mediante los pasos de:

- arrollar dicha al menos una capa de ensamblaje (14, 15) en torno a, y a lo largo de, las coquillas, a la altura de dicho cuerpo, inclinando dichas fibras de ensamblaje (14a, 15a) en un angulo ±a con respecto a dicho eje de simetna (X'X),

- calentar localmente, de forma concomitante, la o las capas de ensamblaje enrolladas sobre las capas (7) de coquilla, o solo las capas de coquilla, o incluso dichas capas de coquilla y, al mismo tiempo, dicha al menos una capa de ensamblaje, y

e) opcionalmente, interponer radialmente entre dichas capas (7) de coquilla y dicha al menos una capa de ensamblaje (14, 15), o bien radialmente entre dichas capas de ensamblaje (14 y 15), al menos un estrato intermedio (20, 20') de amortiguacion y de reparto de impactos, en particular radiales (I), que esta hecho de un material apto para absorber y repartir la energfa transmitida al tirante (1', 1'') por estos impactos, y que es, preferiblemente, apto para testimoniar el grado de dano del tirante seguidamente a estos impactos con vistas a su reemplazo, mediante una medicion de la profundidad y/o la extension de este estrato.
11. - Un procedimiento de fabricacion de un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado por que, en la etapa c), la conformacion de los dos extremos (3a y 3b, 4a y 4b) de cada pieza en tosco perfilada (3', 4') de coquilla se realiza por moldeo por compresion, estampacion o conformacion termica.
12. - Un procedimiento de fabricacion de un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con la reivindicacion 10 o la reivindicacion 11, caracterizado por que la etapa c) comprende, ademas, aplicar sobre dichas paredes aplanadas (5a y 6a, 5b y 6b) de los extremos respectivos (3a y 3b, 4a y 4b) de cada pieza en tosco (3', 4') de coquilla, unas laminas de refuerzo (12), preferiblemente del tipo de tela, bordados o unidireccionales, que comprenden fibras de extremo (12a) orientadas, al menos en parte, de forma sensiblemente perpendicular a dicho eje de simetna (X'X), de tal manera que estas fibras asf orientadas recubren directamente dichas fibras (7a) de coquilla sobre y/o bajo dichas dos paredes de conexion (5a y 5b, 6a y 6b), separadas una de otra en cada extremo de conexion (5, 6) del tirante obtenido en la etapa d).
13. - Un procedimiento de fabricacion de un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado por que la etapa c) comprende, ademas, perforar, en cada extremo (3a, 3b, 4a, 4b) de cada pieza en tosco perfilada (3', 4'), unos orificios (5c, 6c) a traves de dichas dos paredes de conexion (5a y 5b, 6a y 6b) para el montaje de un eje de union respectivamente destinado a la fijacion de una de las mencionadas estructuras.
14. - Un procedimiento de fabricacion de un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado por que, en la etapa d), el arrollamiento de dicha al menos una capa de ensamblaje (14, 15) en torno a, y a lo largo de, las coquillas (3, 4) de cada tirante se lleva a cabo por arrastre a rotacion de las dos coquillas colocadas una frente a otra, en torno a un mandril (13).
15. - Un procedimiento de fabricacion de un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado por que se utilizan materiales identicos o qmmicamente compatibles para las matrices termoplasticas respectivas de dichas capas (7) de coquilla, en la etapa a), y de dicha al menos una capa de ensamblaje (14, 15), en la etapa d), de tal manera que el ensamblaje se realiza, en esta etapa d), por refusion de la matriz de ensamblaje (14b, 15b) sobre la matriz (7b) de coquilla, a la manera de una soldadura termica.
16. - Un procedimiento de fabricacion de un tirante (1, 1', 1'') de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado por que se utilizan:

- para dicha matriz termoplastica (7b) de coquilla, en la etapa a), y para dicha matriz termoplastica de ensamblaje (14b, 15b), en la etapa d), materiales que tienen como material de base al menos un poUmero escogido de entre el grupo constituido por las poliamidas, las polieterimidas (PEI), los polisulfuros de fenileno (PPS), las poliariletercetonas (PAEK), las polieteretercetonas (PEEK), las polietercetonacetonas

5 (PEKK) y sus aleaciones, y, preferiblemente,

- fibras de carbono para dichas fibras (7a) de coquilla y/o dichas fibras de ensamblaje (14a, 15a).

10