ES2826048T3 - Cuerpo de flujo, método para fabricar un cuerpo de flujo y aeronave dotada de tal cuerpo de flujo - Google Patents

Abstract

Un cuerpo de flujo (2, 88, 102) que comprende: - una piel de succión curvada (16) dotada de una primera perforación, un borde de ataque (18) y dos secciones de piel que se extienden desde éste, teniendo cada sección de piel un extremo exterior (20, 22) que mira hacia fuera del borde de ataque (18), - un conducto de succión interior (42, 98, 109, 117) que tiene una segunda perforación (44, 105, 120, 122, 126) y que se extiende a través de un interior de la piel de succión curvada (16) a cierta distancia del borde de ataque (18), - dos miembros de pared lateral (54, 56) conectados a los extremos exteriores (20, 22) de las secciones de piel, estando hechos los miembros de pared lateral (54, 56) a base de un material compuesto, y - al menos un larguero interior (112, 114) que delimita el conducto de succión interior (42, 98, 109, 117), en el que la piel de succión curvada (16) comprende una configuración de contorno perfilado que determina una distribución de presión sobre al menos una de las dos secciones de piel cuando fluye aire sobre la piel de succión curvada (16), en el que la distribución de presión comprende un punto de estancamiento, un pico de succión y un máximo de presión local aguas abajo del pico de succión y aguas arriba de un borde de salida del cuerpo de flujo, y en el que la primera perforación se extiende desde el punto de estancamiento hasta el máximo de presión local.

Description

DESCRIPCIÓN

Cuerpo de flujo, método para fabricar un cuerpo de flujo y aeronave dotada de tal cuerpo de flujo

Campo técnico

La invención se refiere a un cuerpo de flujo dotado de una piel exterior perforada en al menos algunas regiones. La invención se refiere, además, a un método para fabricar tal cuerpo de flujo y a una aeronave dotada de tal cuerpo de flujo.

Antecedentes de la invención

La eficiencia de una aeronave depende de una pluralidad de factores diferentes. Un factor principal es la resistencia aerodinámica, que debe reducirse a un mínimo. Por ejemplo, un objetivo es laminarizar el flujo alrededor de superficies aerodinámicas de una aeronave, tal como un plano de cola. A este fin, es conocido el recurso de aspirar selectivamente aire de la capa límite en bordes de ataque del plano de cola que normalmente se enfrentan a un flujo turbulento. Esto permite laminarizar en cierto grado el flujo de aire. Este concepto es conocido como control de flujo laminar híbrido (HLFC), que permite un desplazamiento en la transición entre flujo turbulento y flujo laminar por succión sobre el primer 15 a 20% de la cuerda.

En un plano de cola vertical u horizontal la succión de aire puede realizarse mediante una disposición de doble piel, en la que una segunda piel está dispuesta aguas abajo de una piel de borde de ataque del respectivo componente del plano de cola de tal manera que se cree una cámara de succión entre la piel del borde de ataque y la segunda piel. En otra realización conocida se crea una cámara de succión triangular entre la piel del borde de ataque y una pared dispuesta a cierta distancia de la piel del borde de ataque, extendiéndose unas paredes laterales desde la pared hasta un borde común en el borde de ataque.

Los documentos EP 1699686 A1 y US 2009 0020653 A1 muestran un dispositivo para proporcionar una succión de una capa límite en la superficie de una aeronave, en el que se suministra el aire aspirado a un sistema de control ambiental.

El documento US 20130270390 A1 muestra una aeronave con un componente de aspiración de aire dotado de una superficie exterior que está perforada en al menos algunas regiones, y un cuerpo perfilado de succión que forma una protuberancia local en la piel exterior y comprende una abertura de succión conectada al componente de fuselaje de aspiración de aire para aspirar pasivamente aire.

El documento US 7,866,609 B2, que se considera la técnica anterior más próxima, divulga un cuerpo de flujo y un método para influenciar un flujo sobre un componente de una aeronave, comprendiendo el método en particular la succión de aire del componente de la aeronave.

Sumario de la invención

Las actuales estructuras de caja de succión están equipadas con larguerillos dispuestos en el sentido de la envergadura y están fabricadas principalmente a base de titanio para conseguir una alta durabilidad contra impactos ambientales, por ejemplo, corrosión o erosión. Esto conduce a un proceso de fabricación complejo y caro para producir una estructura hueca de esta clase y para integrar funciones adicionales, tal como sistemas de descongelación o anticongelación. Las tecnologías de unión para la piel exterior perforada con larguerillos y la piel interior se basan en soldadura autógena, remachado o soldadura fuerte y no proporcionan un diseño apropiado para crear estructuras huecas.

Por tanto, un objeto de la invención consiste en proponer un cuerpo de flujo dotado de una piel exterior perforada, cuyo cuerpo de flujo conduzca a costes de fabricación claramente reducidos debido a un menor número de larguerillos necesarios, pero manteniendo todavía una configuración dimensionalmente estable y una capacidad mejorada para integrar funciones adicionales, tal como sistemas de congelación.

El objeto se alcanza con un cuerpo de flujo dotado de las características de la reivindicación 1 independiente. Mejoras y realizaciones ventajosas pueden derivarse de las reivindicaciones subordinadas y de la descripción siguiente.

Se propone un cuerpo de flujo que comprende una piel de succión curvada dotada de una primera perforación, un borde de ataque y dos secciones de piel que se extienden desde éste, teniendo cada sección de piel un extremo exterior que mira hacia fuera del borde de ataque, un conducto de succión interior que tiene una segunda perforación y que se extiende a través de un interior de la piel de succión curvada a cierta distancia del borde de ataque, y dos miembros de pared lateral conectados a los extremos exteriores de las secciones de piel. Los miembros de pared lateral están hechos de un material compuesto. La piel de succión curvada comprende una configuración de contorno perfilado que determina una distribución de presión sobre al menos una de las dos secciones de piel cuando fluye aire sobre la piel de succión curvada, comprendiendo la distribución de presión un punto de estancamiento, un pico de succión y un máximo de presión local aguas abajo del pico de succión. Además, la primera perforación se extiende desde el punto de estancamiento hasta el máximo de presión local.

El cuerpo de flujo según la invención puede ser un componente de un conjunto de plano de cola, es decir, un plano de cola vertical o un plano de cola horizontal. La piel de sección curvada constituye una sección de morro de esta parte y puede conectarse, a través de los miembros de pared lateral, a un larguero frontal del componente. En consecuencia, la piel de succión curvada y, más particularmente, una región alrededor del borde de ataque comprende una configuración que permite utilizar la piel de succión como un borde de ataque del respectivo componente de aeronave. La curvatura de la piel de succión puede ser preferiblemente idéntica a la curvatura de una región de morro usual del componente de aeronave. En particular, la distribución de presión deseada deberá producirse en condiciones de vuelo de crucero.

La provisión de la configuración de contorno perfilado puede materializarse incrementando ligeramente un radio de morro local en comparación con un radio de morro común de un componente de aeronave (común) similar que no esté diseñado según invención. Sin embargo, se puede mantener una parte que se continúe desde los miembros de pared lateral hasta un borde de salida del respectivo componente de aeronave de tal manera que el radio de morro aumentado penetre en el contorno remanente aguas abajo de los miembros de pared lateral. Esto conduce a la creación de un pico de succión y un máximo de presión aguas abajo del pico de succión. A partir de este máximo local en la llamada inestabilidad de Tollmien-Schlichting dominan las características del flujo en vez de la inestabilidad de flujo transversal. El flujo de capa límite es acelerada por la configuración del cuerpo de flujo y amortigua así la inestabilidad de Tollmien-Schlichting. Por tanto, no es necesaria una aspiración de aire aguas abajo de este máximo local.

La configuración de contorno perfilado puede determinarse por un proceso analítico, por experimentos o por simulación. Por ejemplo, en experimentos en el túnel de viento se pueden ensayar varias configuraciones del contorno hasta que pueda alcanzarse una distribución de presión deseada. Para ahorrarse costes, esto puede realizarse también en un ambiente de simulación, tal como en una simulación CFD en un ordenador.

La materia prima para producir la piel de succión puede ser una placa de chapa metálica con una configuración plana y, preferiblemente, rectangular, la cual se curva hasta alcanzar la configuración deseada. Dependiendo del tipo o de la posición de instalación deseada del cuerpo de flujo, la configuración de la piel de succión puede ser simétrica o no. Preferiblemente, el borde de ataque comprende la mayor curvatura.

La primera perforación puede producirse después de conformar la piel de succión hasta alcanzar la configuración deseada. La primera perforación es preferiblemente una microperforación y comprende una pluralidad de agujeros dispuestos según un patrón predeterminado con al menos un espaciamiento predeterminado entre los agujeros, preferiblemente dependiendo de determinados flujos de aire locales necesarios para laminarizar el flujo.

La piel de succión puede fabricarse preferiblemente a base de titanio, por ejemplo, utilizando un proceso de conformación superplástica (SPF). Para este proceso se calienta una pieza de trabajo de chapa metálica de titanio con un tamaño de grano fino hasta una temperatura de alrededor de 900°C. En este estado se puede conformar el material mediante procesos que se utilizan habitualmente en materiales plásticos, tales como: termoconformación, conformación por soplado, conformación en vacío y embutición profunda. Después del proceso de conformación la piel de succión no sufre de esfuerzos de recuperación elástica ni de esfuerzos residuales.

Los miembros de pared lateral hechos de un material compuesto extienden la sección metálica del componente de fuselaje de aspiración de aire. Debido a la ventajosa distribución de presión se puede reducir a un mínimo el tamaño de la piel de succión. Por tanto, la piel de succión se extiende hasta un tamaño común de, por ejemplo, una sección de borde de ataque de un componente de aeronave mediante el uso de componentes extremadamente ligeros en forma miembros de pared lateral. El cuerpo de flujo resultante tiene un bajo peso y una excelente estabilidad estructural.

El material compuesto utilizado para los miembros de pared lateral puede incluir todos los tipos de composiciones del material. Por ejemplo, los materiales plásticos reforzados con fibras proporcionan una excepcional rigidez, en particular una excepcional resistencia a la tracción. Estos materiales pueden incluir plásticos reforzados con fibras de carbono (CFRP), plásticos reforzados con fibras de vidrio (GFRP) y plásticos reforzados con aramida. Asimismo, son adecuados laminados de fibra-metal tales como Glare y otros materiales híbridos que comprendan plástico y metal.

Para conectar la piel de succión y los miembros de pared lateral, la piel de succión comprende, por ejemplo, unas indentaciones orientadas hacia dentro en los bordes exteriores para recibir los miembros de pared lateral con una indentaciones, salientes, bandas de conexión, bridas o similares correspondientemente configurados. A este respecto, hacia dentro significa que una superficie de recepción de las indentaciones está desplazada hacia el interior de la piel de succión, es decir que penetra en el espacio entre los bordes exteriores y la sección de morro,

Preferiblemente, los miembros de pared lateral tienen una región de conexión de larguero frontal que está conformada para conectarse con un larguero frontal del cuerpo de flujo, tal como un larguero frontal de un plano de cola vertical, que está situado usualmente a una clara distancia del borde de ataque del plano de cola vertical. La región de conexión del larguero frontal puede comprender una extensión a manera de banda que pueda ponerse en contacto con una región de conexión correspondiente del larguero frontal.

Según otra realización, la primera perforación se extiende desde el punto de estancamiento a lo largo de la sección de piel curvada hasta 8%-15% de una longitud de cuerda y, en particular, hasta 10% de la longitud de cuerda del cuerpo de flujo. Debido al ventajoso diseño del cuerpo de flujo y, especialmente, de la piel de succión curvada se puede materializar como más pequeña la extensión de la región perforada de tal manera que se puedan reducir los costes de material y de fabricación.

En una realización preferida los miembros de pared lateral están hechos de un material tipo sándwich dotado de al menos una capa de núcleo confinada entre unas capas de cubierta. Como resultado, los miembros de pared lateral proporcionan una gran estabilidad dimensional y, no obstante, ofrecen un peso claramente bajo. El núcleo puede ser un núcleo de nido de abeja hecho de un material plástico reforzado con fibras que está confinado entre dos capas de cubierta paralelas.

En caso de que la piel de succión se fabrique por un proceso SPF, se puede integrar en el interior, por el proceso SPF, una pluralidad de componentes de rigidización. Por tanto, no es necesario realizar procesos de pegado adicionales.

En una realización ventajosa la primera perforación comprende una pluralidad de agujeros taladrados con un diámetro de 30 pm o menos. Por ejemplo, éstos pueden producirse mediante un proceso de taladrado con láser. Este diámetro es claramente inferior al diámetro de agujeros taladrados de una microperforación común en componentes fuselaje de aspiración de aire comunes. Debido al uso de una sola piel de succión y a la eliminación de la disposición de doble pared en el componente de fuselaje según la invención únicamente la sola piel de succión es responsable de proporcionar una suficiente resistencia al flujo a través de la perforación. El uso de este pequeño diámetro y, preferiblemente, de un espaciamiento variable entre los agujeros de la perforación permite impedir la introducción de flujos de aire excesivos en el interior del componente de fuselaje de aspiración de aire.

En otra realización la primera perforación comprende unos agujeros taladrados del mismo diámetro, estando dispuestos los agujeros taladrados en la piel de succión con una distribución regular y/o variable, es decir, teniendo un espaciamiento no uniforme. Gracias al uso de un solo diámetro y una distribución regular se pueden reducir los costes de fabricación. Asimismo, debido al diseño del componente de fuselaje según la invención es necesaria una menor extensión de un área perforada en el sentido de la envergadura. Gracias al diseño de la piel de succión según las características anteriormente mencionadas el área perforada y, por tanto, la piel de succión puede ser bastante esbeltas o pequeñas, lo que conduce a una reducción de los costes de fabricación.

A este respecto, se menciona que la primera perforación está diseñada preferiblemente para alcanzar mayores velocidades de succión en la región del borde de ataque del cuerpo de flujo, lo que necesita una alta pérdida de presión sobre la piel de succión. Esto significa que se pueden disponer unos agujeros más pequeños y/o una densidad de agujeros más baja en la región del borde de ataque. Sin embargo, más aguas abajo del borde de ataque pueden requerirse menores velocidades de succión que necesiten una más baja pérdida de presión sobre la piel de succión. Esto significa que más aguas abajo se prefieren unos agujeros más grandes y/o una densidad de agujeros más alta. En general, la pérdida de presión requerida puede ser proporcional al cuadrado de la velocidad de succión deseada.

En una realización aún más ventajosa el conducto de succión interior está constituido por una disposición de pared interior inmovilizada contra un interior de la piel de succión curvada, comprendiendo la disposición de pared interior una primera pared lateral interior conectada al primer extremo de la piel de succión, una segunda pared lateral interior conectada al segundo extremo de la piel de succión, un primer miembro de larguero conectado a las paredes laterales interiores primera y segunda en los extremos primero y segundo de la piel de succión y un segundo miembro de larguero conectado a las paredes laterales interiores primera y segunda en un extremo opuesto a los extremos primero y segundo de la piel de succión, de tal manera que se cree una superficie de conducto de succión cerrada de corte transversal cuadrilátero por el primer miembro de larguero, la primera pared lateral interior, el segundo miembro de larguero y el segundo miembro de pared lateral interior. La superficie de conducto de succión de corte transversal cuadrilátero se extiende en cierta distancia a lo largo de la región de morro. Gracias al uso del primer miembro de larguero en los bordes exteriores de la piel de succión se crea una cámara de succión en una sección entre el primer miembro de larguero y la piel de succión en la región del borde de ataque. La parte metálica es así una unidad autónoma que puede fijarse a cualquier componente sin requerir un reforzamiento de la estabilidad estructural. No es necesario decir que al menos uno de entre el primer miembro de pared lateral interior, el segundo miembro de pared lateral interior y el segundo miembro de larguero comprende la segunda perforación para permitir que entre aire en el conducto de succión. Loa miembros de larguero primero y segundo son componentes de rigidización que pueden fabricarse a base del mismo material que la piel de succión, por ejemplo, a base de titanio. Sin embargo, el primer miembro de larguero puede comprender también un material compuesto, tal como un plástico reforzado con fibras o un laminado de fibra-metal o cualquier otro material mencionado en relación con los miembros de pared lateral. Preferiblemente, el primer miembro de larguero está conectado a los bordes exteriores de una manera hermética al aire a fin de que se cree una cámara de succión hermética al aire entre el primer miembro de larguero y la región de morro.

Preferiblemente, las indentaciones para la conexión de la piel de succión y los miembros de pared lateral, como se ha explicado anteriormente, están dispuestas cada una de ellas en una posición en la que está sujeto el primer miembro de larguero. De este modo, el segundo larguero y las paredes laterales de material compuesto pueden sujetarse utilizando los mismos sujetadores o las mismas posiciones de sujetador. La unión de los diversos componentes puede realizarse en seguida y la piel de succión, el segundo larguero y las regiones de conexión de las paredes laterales pueden ajustarse a una introducción de carga apropiada. Gracias al uso de los mismos sujetadores o las mismas posiciones de sujetador se puede conseguir un peso reducido.

El cuerpo de flujo está rigidizado por los dos miembros de larguero, que crean una armadura con las dos paredes laterales interiores. La armadura conduce a una superior estabilidad y a una sección metálica autónoma del componente de fuselaje. Debido a esta estabilidad es posible una sencilla reducción de la extensión de la región de succión en el sentido de la envergadura.

Para proveer un soporte del segundo miembro de larguero y los extremos de las dos paredes laterales interiores que miran hacia la región de morro pueden estar dispuestos unos larguerillos entre las paredes laterales interiores y la piel de succión. Los larguerillos pueden extenderse continuamente a lo largo del respectivo miembro de pared interior o miembro de larguero o pueden estar interrumpidos. La armadura permite una clara rigidez de la región de morro, ya que se reenvían cargas e impulsos de aire provenientes de objetos extraños hacia las paredes laterales interiores de tal manera que están presentes múltiples trayectorias de carga.

En un ejemplo de realización una pluralidad de costillas distanciadas está distribuida a lo largo del interior de la piel de succión, estando dispuestas las costillas a cierta distancia del borde de ataque. Las costillas comprenden cada una de ellas una muesca a través de la cual se extiende un conducto de succión tubular, y las costillas están dispuestas entre el primer miembro de larguero y el borde de ataque para proveer una determinada estabilidad estructural de una región alrededor del borde de ataque, es decir, una región de morro, y dar soporte al conducto de succión tubular. Por tanto, el espacio entre el primer larguero y la región de morro crea una cámara de succión, hacia fuera de la cual extrae aire el conducto de succión tubular. Esto permite proporcionar una resistencia al flujo constante y determinable en toda la extensión del cuerpo de flujo. Asimismo, la conexión del conducto de succión tubular puede realizarse fácilmente por medio de una brida, un fuelle, una lumbrera de flujo sellada o cualquier otro medio adecuado.

En una realización preferida las costillas están soldadas a la piel de succión por medio de una soldadura fuerte. Esto evita una distorsión, escabrosidad u ondulación de la piel de succión causada por una soldadura autógena, lo cual se conoce también como “efecto Zeppelin”.

Además, el cuerpo de flujo puede comprender también al menos uno y, en particular, dos largueros interiores que delimiten el conducto de succión interior.

No es necesario decir que este cuerpo de flujo puede utilizarse para succión activa y para métodos de succión pasiva.

La invención se refiere, además, a un método (reivindicación 9) para fabricar un cuerpo de flujo como el explicado anteriormente. El método comprende conformar una piel de succión hasta alcanzar una configuración de contorno perfilado dotada de un borde de ataque y dos secciones de piel que se extienden desde éste, teniendo cada sección de piel un extremo exterior que mira hacia fuera del borde de ataque de tal manera que la configuración de contorno perfilado de la piel de succión determine una distribución de presión sobre al menos una de las dos secciones de piel cuando fluye aire sobre la piel de succión curvada, cuya distribución de presión comprende un punto de estancamiento, un pico de succión y un máximo local aguas abajo del pico de succión, crear una primera perforación que se extiende desde el punto de estancamiento hasta el máximo local, proveer un conducto de succión interior que tiene una segunda perforación y que se extiende a través de un interior de una piel de succión curvada a cierta distancia del borde de ataque, y conectar dos miembros de pared lateral a los extremos exteriores de las secciones de piel, estando hechos los miembros de pared lateral a base de un material compuesto.

Como se ha mencionado anteriormente, en el método la creación de la primera perforación comprende crear unos agujeros de primera perforación desde el punto de estancamiento a lo largo de la piel de succión curvada hasta 8%-15% de una longitud de cuerda y, en particular, hasta 10% de la longitud de cuerda del cuerpo de flujo. Además, la conformación de la piel de succión curvada puede comprender un proceso de conformación superplástica (SPF) de una pieza de trabajo de titanio. Adicionalmente, la conformación de la piel de succión curvada puede comprender también integrar una pluralidad de componentes de rigidización en el interior de la sección de piel por medio de un proceso SPF y puede comprender soldar costillas al interior de la piel de succión por soldadura fuerte.

Finalmente, la invención se refiere a una aeronave dotada de tal cuerpo de flujo.

Breve descripción de los dibujos

Otras características, ventajas y opciones de aplicación de la presente invención se divulgan en la descripción siguiente de los ejemplos de realización de las figuras. Todas las características descritas y/o ilustradas, por sí solas y en cualquier combinación, forman el objeto de la invención, incluso con independencia de su composición en las reivindicaciones individuales o sus interrelaciones. Además, los componentes idénticos o similares en las figuras tienen los mismos caracteres de referencia.

Las figuras 1a y 1b muestran en una vista isométrica un plano de cola vertical dotado de un componente de fuselaje de aspiración de aire.

Las figuras 2a y 2b muestran en una vista lateral y una vista en corte el plano de cola vertical dotado de un componente de fuselaje de aspiración de aire.

Las figuras 3a, 3b y 3c muestran conexiones/uniones de partes de un componente de aspiración de aire.

La figura 4 muestra una vista isométrica parcialmente en corte del componente de fuselaje de aspiración de aire.

La figura 5 muestra otro diseño del componente de fuselaje de aspiración de aire en una vista en corte.

La figura 6 muestra una vista isométrica parcialmente en corte del componente de fuselaje de aspiración de aire de la figura 5.

La figura 7 muestra otro diseño más de un componente de fuselaje de aspiración de aire en una vista en corte.

La figura 8 muestra una vista isométrica parcialmente en corte del componente de fuselaje de aspiración de aire de la figura 7.

La figura 9 muestra una distribución de presión de una parte de fuselaje que comprende un componente de fuselaje de aspiración de aire.

Descripción detallada de ejemplos de realización

La figura 1 muestra un cuerpo de flujo según la invención en forma de un plano de cola vertical 2 dotado de un componente de morro de aspiración de aire 4. El plano de cola vertical 2 provee una estabilidad dimensional alrededor del eje vertical, es decir, el eje z en un sistema de coordenadas fijo de una aeronave, reduce el resbalamiento aerodinámico lateral y permite controlar el movimiento de guiñada de la aeronave por medio de un timón 6 dispuesto de manera móvil en un borde de salida 8 del plano de cola vertical 2.

El plano de cola vertical 2 está completamente expuesto a un flujo de aire causado por el movimiento de la aeronave de tal manera que se deberá disminuir a un mínimo la resistencia aerodinámica del plano de cola vertical 2. Dado que las dimensiones globales del plano de cola vertical 2 dependen principalmente de la función de estabilización y de la estabilidad estructural requerida, la resistencia aerodinámica no puede reducirse disminuyendo el tamaño del plano de cola vertical 2. Como se ha explicado más arriba, se puede conseguir una significativa reducción de la resistencia aerodinámica aspirando selectivamente aire de una capa de flujo límite de una región de morro del plano de cola vertical 2 de tal manera que el flujo sea lo más laminar posible.

Por tanto, el componente de morro de aspiración de aire 4 es al menos parcialmente permeable a gas por efecto de una microperforación. El componente de morro de aspiración de aire 4 puede acoplarse con una tubería de aspiración de aire 10, un ventilador 12 y/o cualquier otro dispositivo que sea capaz de proveer una presión claramente más baja que la presión dinámica en la capa límite del componente de morro de aspiración de aire 4. Esto puede materializarse también con medios pasivos, tal como explotando un flujo de gas a lo largo de una abertura que experimente una fuerza de succión debida al efecto de Bernoulli.

Como se muestra en otras figuras 2a y 2b, se puede crear un cuerpo de flujo según la invención que tenga una combinación de una estructura metálica autónoma con una reducida extensión en el sentido de la envergadura y una estructura de material compuesto conectada a ella, conduciendo todo esto a un bajo peso y unos reducidos costes de fabricación. Más particularmente, la figura 2a muestra en una vista lateral un cuerpo de flujo en forma del plano de cola vertical 2 con el componente de morro de aspiración de aire 4. Se indica aquí un plano de corte 14 por medio de la letra A. En la figura 2b se muestra la vista en corte por este plano de corte 14.

Se muestra aquí con detalle la construcción general del cuerpo de flujo. El cuerpo de flujo 2 comprende una piel de succión microperforada 16 que está curvada de tal manera que se cree un borde de ataque 18, denominándose en lo que sigue “región de morro” una pequeña región alrededor del borde de ataque 18. La piel de succión 16 comprende, además, dos extremos opuestos 20 y 22 que miran hacia fuera del borde de ataque 18. En lo que sigue se denominará “primer extremo” un extremo superior 20 (en el plano del dibujo), mientras que se denominará “segundo extremo 22” un extremo inferior 22. Desde el primer extremo 20 se extiende una primera pared lateral interior 24 en dirección al borde de ataque 18 mientras aumenta constantemente la distancia entre la pared lateral interior 24 y la piel de succión 16. La primera pared lateral interior 24 termina a una clara distancia del borde de ataque 18. De la misma manera, una segunda pared lateral interior 26 se extiende desde el segundo extremo 22 de la piel de succión en dirección al borde de ataque 18.

Las dos paredes laterales interiores 24 y 26 están conectadas por un segundo miembro de larguero 28 dotado de una perforación 105, cuyo segundo miembro de larguero 28 está dispuesto verticalmente con relación a una dirección de extensión 30 de la cuerda del perfil del cuerpo de flujo 2. Además, el primer extremo 20 y el segundo extremo 22 están conectados por un primer miembro de larguero 32. El espacio intermedio entre el segundo miembro de larguero 28 y la piel de succión 16 está cerrado por unos larguerillos 34.

En consecuencia, se crean cuatro secciones cerradas dentro de la piel de succión 16. El espacio entre la primera pared interior 24 y la piel de succión 16, cerrado por un larguerillo 34 dispuesto en el sentido de la envergadura, se denomina primera cámara de succión 36. En el lado opuesto se crea una segunda cámara de succión 38 entre la segunda pared lateral interior 26 y la piel de succión 16. Entre la región de morro y el segundo miembro de larguero 28, cerrada por unos largueros auxiliares 34, se crea una tercera cámara de succión 40. Confinado por las cámaras de succión primera, segunda y tercera 36, 38 y 40 y el segundo larguero 32, se crea un conducto de succión 42.

Las cámaras de succión 36, 38 y 40 se acoplan con el conducto central 42 por medio de unas perforaciones interiores 44 dotadas de unas dimensiones de diámetro o de abertura que aumentan claramente los diámetros de las aberturas de la microperforación de la piel de succión 16. Por tanto, aplicando una presión de succión en el conducto central 42 se aspira aire por las tres cámaras de succión 36, 38 y 40 hacia el conducto de succión 42 a través de las aberturas microporosas de la piel de succión 16.

En una región situada en el primer extremo 20 y el segundo extremo 22 la piel de succión 16 comprende unas indentaciones 46 y 48 dirigidas hacia dentro que permiten recibir unas regiones de conexión 50 y 52 de unos miembros de pared lateral 54 y 56 de material compuesto.

Los miembros de pared lateral 54 y 56 de material compuesto extienden, además, el componente de morro de aspiración de aire 4 y pueden permitir una conexión en un larguero frontal 58 del cuerpo de flujo/plano de cola vertical 2. La parte que se extiende desde la región de morro del primer miembro de larguero 32 está hecha de un material metálico y, de preferencia, es completamente autónoma. Por tanto, para ahorrarse peso, los miembros de pared lateral 54 y 56 están constituidos preferiblemente por una estructura tipo sándwich. El uso de larguerillos, largueros u otros elementos de rigidización se concentra así sobre la parte metálica, dando como resultado una reducción del peso global.

Preferiblemente, el primer miembro de larguero 32 está sujeto a la piel de succión 16 en una región que incluye también el primer extremo 20 y el segundo extremo 22 de tal manera que las conexiones a los miembros de pared lateral 54 y 56 de material compuesto puedan combinarse con la conexión al larguero frontal 32. Se puede reducir así el material de sujeción.

La figura 3a muestra un posible detalle de una unión en la región de alrededor del primer extremo 20. Se crea aquí una indentación 46 mediante el uso de una chapa metálica angular que puede soldarse por vía autógena a la parte restante de la piel de succión 16, por ejemplo, mediante soldadura autógena por difusión. La indentación 46 puede comprender una superficie de recepción 60 que se fresa con un método de fresado de precisión para proporcionar medidas exactas.

La región de conexión 50 del primer miembro de pared lateral 54 de material compuesto puede comprender un perno de anclaje ensamblado 62 que puede estar preferiblemente integrado en el material compuesto del primer miembro de pared lateral 54, por ejemplo, entre dos capas subsiguientes de fibras, metal o plástico. El perno 62 comprende una superficie de contacto grande que permite integrarlo fácilmente en el miembro de pared lateral 54 de material compuesto durante el proceso de fabricación. La superficie de contacto puede tener una configuración de disco o de faja.

El perno 62 puede extenderse a través de un primer agujero 64 creado en la indentación/superficie de recepción 60, a través de un segundo agujero 66 de la primera pared lateral interior 24 y, además, a través de un tercer agujero 68 del segundo larguero 32. Después de esto se enrosca una tuerca 70 sobre el perno 62. En consecuencia, sujetando la tuerca 70 se sujetan todos los componentes uno a otro. No es necesario decir que se deberá aplicar una cantidad apropiada de material sellante antes de sujetar la tuerca 70 y que también se deberá proveer en seguida el conjunto de los agujeros taladrados 64, 66 y 68 y desbarbar estos agujeros taladrados 64, 66 y 68.

Se puede realizar una conexión de las paredes laterales 54 y 56 de material compuesto al larguero frontal 58 por medio de un perno 72 integrado en el miembro de pared lateral 54, por ejemplo, en un agujero taladrado 74 de forma de cono, para crear una superficie plana lisa. El miembro de pared lateral 54 de material compuesto puede comprender, además, una indentación 76 que permita disponer un labio de sellado 78 sobre la pared lateral 54 de material compuesto y el perno 72. El labio de sellado puede encolarse a esta composición.

El larguero frontal 58 del plano de cola vertical 2 puede sujetarse después al miembro de pared lateral 54 de material compuesto por medio de una tuerca 80 que se sujeta sobre el perno 72.

En una realización alternativa o adicionalmente al uso de pernos 72 se pueden utilizar unos elementos de sujeción 82 dotados de un elemento flexible 84 con un rebajo 86 para afianzar/enganchar de golpe/entrinquetar el miembro de pared lateral 54 de material compuesto sobre el larguero frontal 58.

La figura 4 muestra en una vista isométríca el componente de morro de aspiración de aire 4 del cuerpo de flujo según la invención. El borde de ataque 18, el primer extremo 20 y el segundo extremo 22 limitan aquí la estructura metálica, mientras que se continúan las paredes laterales 54 y 56 de material compuesto. En una vista en corte parcial se muestra la primera pared lateral interior 24 con una pluralidad de perforaciones 44. Estas perforaciones interiores 44 comprenden un diámetro que excede claramente del diámetro de la piel de succión microporosa 16.

La figura 5 muestra otro ejemplo de realización de un cuerpo de flujo 88. La piel de succión 16 está equipada aquí con una pluralidad de costillas 90 que están distanciadas una de otra y se extienden entre el primer miembro de larguero 32 y el borde de ataque 18 de la piel de succión 16. En este ejemplo de realización las costillas 90 están soldadas a la piel de succión 16 por soldadura fuerte.

Como es claramente visible en la figura 6, solamente unas costillas exteriores 92 y 94 se extienden completamente hasta la región de morro 18, mientras que todas las costillas intermedias 90 localizadas entre las costillas exteriores 92 y 94 dejan un intersticio, es decir, una cierta distancia, con respecto a la región de morro 18. A modo de ejemplo, la costilla exterior 92 comprende una brida 93 para conectar el conducto de succión 98 a una tubería de succión.

Cada una de las costillas 90 tiene una muesca central 96 que permite tender un conducto de succión tubular 98 a través del cuerpo de flujo 88. El espacio entre el primer miembro de larguero 32 y una región de morro alrededor del borde de ataque 18 constituye una cámara de succión desde la cual se extrae aire a través del conducto de succión tubular 98. A este fin, el conducto de succión tubular 98 tiene una segunda perforación con agujeros taladrados dotados de un diámetro que excede claramente del diámetro de los agujeros taladrados de la primera perforación en la piel de succión 16.

El conducto de succión tubular 98 tiene al menos una cuchara, zuncho o saliente 100 que se conecta a una muesca central 96 de una costilla 90 para soportar el conducto de succión tubular 98.

Las costillas 90 se extienden de preferencia verticalmente hasta la piel de succión (16), mientras que unas costillas extremas se extienden de preferencia paralelamente a la dirección de vuelo, es decir, paralelamente a la dirección del aire que fluye sobre el cuerpo de flujo.

La figura 7 muestra otro ejemplo de realización más de un cuerpo de flujo 102 que difiere del cuerpo de flujo 88 de la figura 5 en la falta del conducto de succión tubular. Sin embargo, debido al uso de un segundo miembro de larguero delante de las costillas 90 un conducto de succión interior 109 está constituido por el primer miembro de larguero 32, el segundo miembro de larguero 104 y la piel de succión 16 situada entre ellos.

La figura 8 muestra, exactamente igual que la figura 6, que las costillas exteriores 92 y 94 se extienden completamente hasta el borde de ataque 18, mientras que todas las costillas intermedias 90 situadas entre las costillas exteriores 92 y 94 dejan un intersticio, es decir, una cierta distancia, con respecto al borde de ataque 18. Todas las costillas 90 tienen una muesca central 96 que permite aspirar aire a través de todos los agujeros de perforación a lo largo del borde de ataque 18. No es necesario decir que el segundo miembro de larguero 104 comprende una segunda perforación 105 para permitir que pase aire a su través.

La figura 9 muestra una distribución de presión a lo largo del perfil del cuerpo de flujo, por ejemplo, el plano de cola vertical. Como es usual, se muestra un coeficiente de presión cp, que es la diferencia entre la presión estática local y la presión estática en corriente libre, no dimensionalizado por la presión dinámica en corriente libre, en función de la longitud relativa no dimensionalizada de la cuerda (c) del cuerpo de flujo (x/c), en donde cp se ha trazado en forma invertida, es decir que los valores cp (de succión) negativos son más altos en el gráfico que los valores cp positivos. La succión tiene lugar preferiblemente en el primer 10% de la longitud de la cuerda del plano de cola vertical. Debido a la configuración del plano de cola vertical se crea un primer pico de succión 106 que va seguido por un máximo local 108 de la distribución de presión, es decir, una pequeña región del gráfico de la figura 9 en la que el gráfico está claramente empujado hacia el eje x. Mientras que la curva de trazo continuo 110 muestra una distribución de presión de un plano de cola vertical elegido como ejemplo según la técnica anterior, las líneas de trazo interrumpido dotadas del pico de succión 106 y el máximo local muestran los cambios en la distribución de presión debidos a un rediseño factible.

Finalmente, la figura 10 muestra otro ejemplo de realización más de un cuerpo de flujo 110 que es una modificación de, por ejemplo, el cuerpo de flujo 102 de la figura 7 y comprende el primer miembro de larguero 32, el segundo miembro de larguero 104 y dos miembros de larguero interiores 112 y 114 que están dispuestos a cierta distancia uno de otro y también del primer miembro de larguero 32 y del segundo miembro de larguero 104. Sin embargo, las costillas 90 mostradas en la figura 7 pueden reemplazarse por unas costillas mucho más pequeñas 116 que se extienden entre los largueros interiores 112 y 114 y comprenden un agujero 118 para tender a su través un conducto o para constituir una brida de conexión de una tubería de succión. En el último caso, el espacio intermedio entre las bridas interiores 112 y 114 constituiría el conducto de succión 117.

En cada uno de los espacios integrados por el espacio intermedio entre el segundo miembro de larguero 104 y el larguero interior delantero 112, el espacio intermedio entre los largueros interiores 112 y 114 y el espacio intermedio entre el larguero interior trasero 114 y el primer miembro de larguero 32 pueden estar presentes unos agujeros de perforación en la piel de succión 16. Como resultado, pueden crearse tres secciones de agujeros de perforación.

Todos los espacios intermedios delanteros y traseros pueden estar entonces en comunicación de fluido con el conducto de succión 117 a través de unos agujeros de conexión 120 y 122 actuantes como segundas perforaciones. Esto permite que los agujeros de succión dispuestos por encima, aguas abajo o aguas arriba del conducto de succión 117 sean provistos de un diámetro constante y de una distancia constante de uno a otro, reduciendo así los costes de fabricación.

Además, una región de morro del cuerpo de flujo 110 puede comprender un perfil de rigidización 124, tal como un perfil en U, estando practicados unos agujeros de perforación adicionales en la piel de succión 16 entre el perfil de rigidización 124 y el segundo miembro de larguero 104 y pudiendo comprender el espacio intermedio entre el perfil de rigidización 124 y el segundo miembro de larguero 104 unos agujeros de conexión adicionales 126 constitutivos de una segunda perforación para proveer una conexión de fluido con el conducto de succión 117.

Las bridas interiores 112 y 114 pueden fijarse a la piel exterior 16 mediante un proceso de pegado por difusión, lo que daría como resultado una construcción claramente simplificada.

Además, deberá señalarse que el término “que comprende” no excluye otros elementos o pasos y que el término “un” o “una” no excluye un número plural. Por otra parte, deberá señalarse que algunas características o pasos que se han descrito con referencia a uno de los ejemplos de realización anteriores pueden utilizarse también en combinación con otras características o pasos de otros ejemplos de realización descritos anteriormente. Los caracteres de referencia de las reivindicaciones no deben interpretarse como limitaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un cuerpo de flujo (2, 88, 102) que comprende:

- una piel de succión curvada (16) dotada de una primera perforación, un borde de ataque (18) y dos secciones de piel que se extienden desde éste, teniendo cada sección de piel un extremo exterior (20, 22) que mira hacia fuera del borde de ataque (18),

- un conducto de succión interior (42, 98, 109, 117) que tiene una segunda perforación (44, 105, 120, 122, 126) y que se extiende a través de un interior de la piel de succión curvada (16) a cierta distancia del borde de ataque (18), - dos miembros de pared lateral (54, 56) conectados a los extremos exteriores (20, 22) de las secciones de piel, estando hechos los miembros de pared lateral (54, 56) a base de un material compuesto, y

- al menos un larguero interior (112, 114) que delimita el conducto de succión interior (42, 98, 109, 117), en el que la piel de succión curvada (16) comprende una configuración de contorno perfilado que determina una distribución de presión sobre al menos una de las dos secciones de piel cuando fluye aire sobre la piel de succión curvada (16),

en el que la distribución de presión comprende un punto de estancamiento, un pico de succión y un máximo de presión local aguas abajo del pico de succión y aguas arriba de un borde de salida del cuerpo de flujo, y

en el que la primera perforación se extiende desde el punto de estancamiento hasta el máximo de presión local.

2. El cuerpo de flujo (2, 88, 102) según la reivindicación 1, en el que la primera perforación se extiende desde el punto de estancamiento a lo largo de la sección de piel curvada (16) hasta 8%-15% de una longitud de cuerda y, en particular, hasta 10% de la longitud de cuerda del cuerpo de flujo (2, 88, 102).

3. El cuerpo de flujo (2, 88, 102) según la reivindicación 1 o 2, en el que los miembros de pared lateral (54, 56) están hechos de un material tipo sándwich dotado de al menos una capa de núcleo confinada entre unas capas de cubierta.

4. El cuerpo de flujo (2, 88, 102) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se crea el conducto de succión interior (42, 98, 109, 117) por medio de una disposición de pared interior inmovilizada contra un interior de la piel de succión curvada (16), comprendiendo la disposición de pared interior:

- una primera pared lateral interior (24) conectada al primer extremo (20) de la piel de succión (16),

- una segunda pared lateral interior (26) conectada al segundo extremo (22) de la piel de succión (16),

- un primer miembro de larguero (32) conectado a las paredes laterales interiores primera y segunda (24, 26) en los extremos primero y segundo (20, 22) de la piel de succión (16),

- un segundo miembro de larguero (28) conectado a las paredes laterales interiores primera y segunda (24, 26) en un extremo opuesto a los extremos primero y segundo (20, 22) de la piel de succión (16), de tal manera que se cree una superficie de conducto de succión cerrada de corte transversal cuadrilátero por el primer miembro de larguero (32), la primera pared lateral interior (24), el segundo miembro de larguero (28) y el segundo miembro de pared lateral interior (26),

en el que la superficie de conducto de succión de corte transversal cuadrilátero se extiende a cierta distancia a lo largo del borde de ataque (18).

5. El cuerpo de flujo (2, 88, 102) según la reivindicación 4, que comprende, además, al menos un larguerillo (34) dispuesto entre al menos una de entre la primera pared lateral interior (24), la segunda pared lateral interior (26) y la piel de succión (16),

en el que el al menos un larguerillo (34) se extiende a lo largo del borde de ataque (18) a cierta distancia del mismo.

6. El cuerpo de flujo (2, 88, 102) según la reivindicación 4 o 5, en el que la extensión del al menos un larguerillo (34) está interrumpida a lo largo del borde de ataque (18).

7. El cuerpo de flujo (2, 88, 102) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende, además, una pluralidad de costillas (90) a cierta distancia una de otra y dispuestas a lo largo del interior de la piel de succión (16), en el que las costillas (90) comprende cada una de ellas una muesca (96) y

en el que el conducto de succión (98) es tubular, tiene una segunda perforación (105) y se extiende a través de las muescas (96) de las costillas (90).

8. El cuerpo de flujo (2, 88, 102) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende, además, una pluralidad de costillas (90) a cierta distancia una de otra y dispuestas a lo largo del interior de la piel de succión (16), un primer miembro de larguero (32) y un segundo miembro de larguero (104),

en el que se crea el conducto de succión entre la piel de succión (16), el primer miembro de larguero (32) y el segundo miembro de larguero (104).

9. Método para fabricar un cuerpo de flujo (2, 88, 102) que comprende:

- conformar una piel de succión (16) hasta alcanzar una configuración de contorno perfilado dotada de un borde de ataque (18) y dos secciones de piel que se extienden desde éste, teniendo cada sección de piel un extremo exterior (20, 22) que mira hacia fuera del borde de ataque (18) de tal manera que la configuración de contorno perfilado de la piel de succión (16) determine una distribución de presión sobre al menos una de las dos secciones de piel cuando fluye aire sobre la piel de succión curvada (16), cuya distribución de presión comprende un punto de estancamiento, un pico de succión y un máximo local aguas abajo del pico de succión y aguas arriba de un borde de salida del cuerpo de flujo,

- crear una primera perforación que se extiende desde el punto de estancamiento hasta el máximo local,

- proveer un conducto de succión interior (42, 98, 109, 117) que tiene una segunda perforación (44, 105, 120, 122, 126) y que se extiende a través de un interior de la piel de succión curvada (16) a cierta distancia del borde de ataque (18),

- proveer al menos un larguero interior (112, 114) que delimita el conducto de succión interior (42, 98, 109, 117) y

- conectar dos miembros de pared lateral (54, 56) a los extremos exteriores (20, 22) de las secciones de piel, estando hechos los miembros de pared lateral (54, 56) a base de un material compuesto.

10. El método según la reivindicación 9, en el que la creación de la primera perforación comprende crear unos agujeros de primera perforación desde el punto de estancamiento a lo largo de la piel de succión curvada (16) hasta 8%-15% de una longitud de cuerda y, en particular, hasta 10% de la longitud de cuerda del cuerpo de flujo (2, 88, 102).

11. El método según la reivindicación 9 o 10, en el que la conformación de la piel de succión curvada (16) comprende un proceso de conformación superplástica (SPF) de una pieza de trabajo de titanio.

12. El método según la reivindicación 11, en el que la conformación de la piel de succión curvada (16) comprende integrar una pluralidad de componentes de rigidización en el interior de la piel de succión por medio del proceso SPF.

13. El método según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, que comprende, además, soldar unas costillas (90) al interior de la piel de succión (16) por soldadura fuerte.

14. Aeronave dotada de al menos un cuerpo de flujo (2, 88, 102) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.