ES2971463T3 - Conjunto de bastidor para una sección trasera de una aeronave y sección trasera de una aeronave que comprende dicho conjunto de bastidor - Google Patents

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Abstract

Conjunto de bastidor para una sección trasera de una aeronave, que comprende al menos un bastidor (2) que tiene un plano de simetría (4), en el que el conjunto de bastidor también comprende al menos un elemento de soporte (3) que tiene dos extremos (3'), en el que cada uno de los extremos (3') está unido a dicho al menos un marco (2) en diferentes lados del plano de simetría (4). Permite una transferencia más efectiva de cargas provenientes del plano de cola vertical de la aeronave a el fuselaje. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto de bastidor para una sección trasera de una aeronave y sección trasera de una aeronave que comprende dicho conjunto de bastidor
Campo técnico de la invención
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a una sección trasera de una aeronave para fijar un plano vertical de cola (en adelante VTP) a al menos un bastidor de la sección trasera de una aeronave, teniendo aplicación en el campo técnico de la aeronáutica, permitiendo una transferencia más eficaz de las cargas procedentes del VTP al fuselaje.
Antecedentes de la invención
En la actualidad, considerando cualquiera de las diferentes formas utilizadas para la fijación del VTP al fuselaje de la aeronave, las cargas procedentes del VTP se transfieren directamente a la parte superior de la estructura del cono de cola, por ser la zona más próxima al citado VTP. Por lo tanto, la mayor parte de estas cargas terminan en una pequeña zona de la piel y bastidores del fuselaje.
Existen dos formas principales de fijar el VTP a la estructura del cono de cola, mediante juntas de cizallamiento o juntas de tracción.
La forma más común de transferir las cargas del VTP es mediante juntas de cizallamiento formadas por una serie de accesorios, normalmente dos por bastidor en el lado del fuselaje y otros dos en el lado del VTP Esta solución se ha representado en las figuras 1 y 2 . Las cargas del VTP se transmiten a través de un pasador y una orejeta de cada herraje. La transferencia de cargas en este caso puede apreciarse en la vista a) de la figura 1. Así, en este caso, las cargas del VTP se aplican sobre el fuselaje como momento puro, es decir, sin que se aplique ninguna otra carga sustantiva. Aparte de la piel, todos los accesorios del lado del cono de cola pueden fijarse a un solo bastidor o a un par de ellos, como se representa en la vista b) de la figura 2.
Otra posibilidad es el uso de juntas de tracción, como se muestra en la figura 3 . En este caso, en lugar de transmitir las cargas desde el VTP a través del pasador y la orejeta de cada herraje, la transmisión de la carga se lleva a cabo mediante una pluralidad de pernos de tracción fijados a ambos lados de la estructura implicada, es decir, el VTP y el fuselaje. Al contrario que en las uniones a cortante, no hay momentos implicados, aunque las juntas detracción están sometidas a fuerzas de tracción muy elevadas.
El principal inconveniente, común en ambas formas, son las elevadas fuerzas fuera del plano y las concentraciones de tensiones, en un área pequeña de la zona superior de la piel y los bastidores del fuselaje, lo que da lugar a componentes estructurales muy gruesos y pesados, por ejemplo bastidores muy cargados de metal mecanizado o forjado. En el caso de configuraciones híbridas, se producen cargas térmicas adicionales.
El documento US2016311515A1 divulga un procedimiento de ensamblaje de una parte de popa de una aeronave, procedimiento en el que la estructura de caja de la estructura de montaje del motor se inserta en el fuselaje a través de una abertura superior que se extiende desde un lado del fuselaje al otro a través de un plano medio vertical del fuselaje tal que la abertura superior se abre hacia la parte superior y hacia los lados del fuselaje.
El documento ES2293809A1 divulga una sección trasera de fuselaje para avión de carga, que tiene un segmento de cola vertical con bastidores extremos que tienen barras de refuerzo que están conectadas con puntos nodales de los bastidores mediante barras espaciadoras que están dobladas en su recorrido.
El documento WO2010070184A1 divulga una estructura de la zona de introducción de carga en la sección trasera del fuselaje de una aeronave, que incluye elementos para recibir cargas desde los planos de cola horizontales y verticales conectados a elementos estructurales.
Descripción de la invención
La presente invención se refiere a una sección trasera de una aeronave, tal como se define en la reivindicación 1. La invención supera los inconvenientes mencionados anteriormente.
Otras características se citan en las reivindicaciones dependientes.
La sección trasera de una aeronave según la presente invención comprende un bastidor destinado a ser fijado a un plano de cola vertical que tiene un plano de simetría, que normalmente permanece en posición vertical cuando se une al fuselaje de la aeronave. Cuando la aeronave está en uso, las cargas soportadas por el plano vertical de cola conducen a una orientación variable.
De acuerdo con la invención, el conjunto de bastidor también comprende al menos un elemento de soporte, que tiene dos extremos, en el que cada uno de los extremos del al menos un elemento de soporte está unido al mismo bastidor y cada uno de los extremos está situado en un lado diferente del plano de simetría cuando el plano de cola vertical está unido a la sección trasera.
La conexión operativa entre el plano vertical de cola y el elemento de soporte contempla cualquier conexión capaz de transmitir las cargas desde el plano vertical de cola a los elementos de soporte, es decir, herrajes, pernos, remaches, juntas y similares.
Por lo tanto, la invención permite llevar o transferir las cargas a una posición inferior y enviarlas hacia ambos lados de cada bastidor, dividiendo toda la carga en estas dos zonas laterales y aumentando el brazo de momento. De esta forma se evitan las elevadas fuerzas fuera del plano y las concentraciones de tensiones en la zona superior de piel y bastidores típicas de las configuraciones del estado de la técnica, que dan lugar a componentes estructurales muy gruesos y pesados. Así, según la invención, las cargas en el VTP se redistribuyen de forma más eficiente al reaccionar a ambos lados de la estructura del cono de cola, aumentando el brazo de momento y la superficie en la que se pueden repartir estas cargas. Por lo tanto, la invención permite bastidores mucho más ligeros, además del elemento de soporte, que está doblemente sujeto a ambos lados del bastidor.
Las ventajas que aporta la invención propuesta pueden resumirse como sigue:
1. Mejora de la transferencia de carga entre el VTP y la estructura del cono de cola, transformando las importantes fuerzas de despegue de la piel en fuerzas de cizalladura. Esto es posible gracias a las nuevas zonas de reacción de la carga (zonas laterales), donde la componente de fuerza cortante es más importante que la de fuera del plano.
2. Mejora de la eficiencia de la piel al aumentar la superficie de trabajo de la piel (más superficie de piel para reaccionar a la carga).
3. Más membrana y menos cargas fuera del plano en la zona superior del cono de cola conducen a una piel menos propensa a la delaminación, etc.
4. Debido a la reducción de las cargas fuera del plano, se requerirán menores espesores para los bastidores, facilitando la fabricación de estos bastidores altamente cargados en materiales de composite (eliminando las partes metálicas), por lo que se pueden considerar procesos de ensamblaje unidireccionales y se eliminan las cargas térmicas típicas de las configuraciones híbridas. Además, en el caso particular de fabricar el elemento sustentador en carbono, se superan los problemas de fatiga y se reducen los costes de mantenimiento.
5. Importante ahorro de peso (gracias a la reducción del grosor de la piel y del bastidor). Cuando el elemento de soporte se fabrica en carbono, se evitan las cargas térmicas y se reduce el peso total.
Breve descripción de los dibujos
Para una mejor comprensión de la invención, se proporcionan los siguientes dibujos a título ilustrativo y no limitativo, en los que:
La figura 1 muestra esquemáticamente una solución del estado de la técnica relativa a la fijación de la VTP en una sección trasera de una aeronave en la que se utilizan juntas de cizallamiento; la vista a) muestra una sección transversal de un bastidor en el que la transferencia de carga se ha representado mediante flechas, la vista b) muestra una vista en perspectiva de la fijación del VPT y la vista c) muestra la disposición de los herrajes para la fijación de al menos un bastidor de la estructura del cono de cola al VTP
La figura 2 muestra dos vistas en perspectiva de la disposición entre bastidores de las uniones a cortante mostradas esquemáticamente en la figura 1 , en la estructura del cono de cola, en la que la vista a) incluye la piel y la vista b) no incluye la piel y se pueden apreciar los bastidores.
La figura 3 muestra una solución alternativa del estado de la técnica relativa a la fijación del VTP en una sección trasera de una aeronave en la que se utilizan juntas de tracción, en la que la vista a) muestra una sección transversal de un bastidor en la que la transferencia de carga se ha representado mediante flechas, las vistas b) y c) muestran la disposición de las juntas de tracción, en el VTP en la vista b), y en la piel de la estructura del cono de cola en la vista c).
La figura 4 muestra esquemáticamente una sección transversal de una primera realización de un conjunto de bastidor según la invención, mostrando su funcionamiento para un caso de carga de momento puro, es decir, las cargas procedentes del VTP se transmiten al elemento de soporte al bastidor de tal forma que dicho bastidor se encuentra bajo un caso de carga de momento puro.
La figura 5 muestra esquemáticamente una vista en perspectiva de un extremo trasero en el que se ha instalado el conjunto de bastidor según la primera realización mostrada en la figura 4.
La figura 6 muestra una vista en perspectiva de los elementos estructurales de soporte y auxiliares de la primera realización mostrada en las figuras 4 y 5 .
La figura 7 muestra esquemáticamente una sección transversal de un bastidor en el que se ha representado una segunda realización de la invención, en la que el elemento de soporte está colocado en una posición superior, por lo que los elementos estructurales auxiliares se reducen únicamente a herrajes.
La figura 8 muestra una vista en perspectiva de la segunda realización representada en la figura 7 , en la que se muestran los largueros que estabilizan el elemento de soporte y en la que el elemento de soporte está colocado en una posición superior, de modo que los elementos estructurales auxiliares necesarios se reducen a sólo herrajes.
La figura 9 muestra dos detalles en perspectivas opuestas de un ejemplo, que no forma parte de la invención, en el que los larguerillos del VTP se utilizan para su fijación a un bastidor del cono de cola de la aeronave.
Realizaciones preferentes de la invención
Como se representa en la figura 4 , en una sección trasera de una aeronave, el plano vertical de cola (1) tiene un plano de simetría (4) y está unido operativamente, por ejemplo mediante pernos, remaches o herrajes metálicos, a al menos un elemento de soporte (3) que actúa como una viga y tiene dos extremos (3'), en el que cada uno de los extremos (3') del elemento de soporte (3) está unido o sujeto al mismo bastidor (2), que tiene también el mismo plano de simetría (4) del VTP. Este plano de simetría (4) es el plano vertical de simetría, es decir, el plano de simetría perpendicular al suelo cuando la aeronave está en tierra.
A su vez, cada uno de los extremos (3') está situado en un lado diferente del plano de simetría (4) del plano vertical de cola (1) cuando está unido al fuselaje.
Preferentemente, según una primera realización representada en las figuras 4 a 6 , el elemento de soporte (3) tiene una configuración plana, es decir, formada por una placa. Según la primera realización, los extremos (3') son mayores que la zona central para resistir mejor las cargas en las fijaciones al bastidor (2), como puede apreciarse en la figura 5.
Cada uno de los extremos (3') del al menos un elemento de soporte (3) está unido a una cara interior (2') del mismo bastidor (2). Como puede apreciarse en las figuras 4 y 5 , cada fijación entre los extremos (3') y el bastidor (2) está situada en un semiespacio más próximo al VTP (1) definido entre el VTP (1) y un plano geométrico medio (6) del bastidor (2) perpendicular al plano de simetría (4). Dada la orientación de los elementos que forman la configuración estructural de la invención, el elemento de soporte (3) actúa como una viga horizontal.
El al menos un elemento de soporte (3) es perpendicular al plano de simetría (4), y el plano vertical de cola (1) está unido operativamente a dicho al menos un elemento de soporte (3) mediante elementos auxiliares (5).
Como se muestra en las figuras 5 y 6 , el elemento auxiliar (5) tiene una zona superior rectangular configurada para ser fijada al VPT (1) y dos soportes inferiores, estando cada soporte inferior configurado para ser fijado a elementos de soporte (3) adyacentes.
Según esta realización, el elemento auxiliar (5) tiene una zona superior rectangular configurada para recibir el plano vertical de cola, y dos soportes inferiores, estando cada uno de ellos unido operativamente a un elemento de soporte (3). Preferentemente ambos elementos de soporte (3) son adyacentes, colocados uno frente al otro. A su vez, cada uno de los elementos de soporte (3) puede estar formado por dos placas y cada soporte inferior puede encajar entre las dos placas, realizándose la conexión mediante remaches o pernos.
Las figuras 7 y 8 , muestran una segunda realización, que representa el caso extremo de la primera realización en la que el elemento de soporte (3) ha sido elevado a su posición máxima. En la segunda realización, el al menos un bastidor (2) presenta una discontinuidad superior en la zona más próxima al plano vertical de cola (1), en la que el elemento de soporte (3), formado por una placa rectangular, está unido al bastidor (2) de forma que cubre dicha discontinuidad.
El al menos un elemento de soporte (3) es perpendicular al plano de simetría (4), y el plano vertical de cola (1) está unido operativamente a dicho al menos un elemento de soporte (3) mediante elementos auxiliares (5) que comprenden herrajes metálicos.
De acuerdo con la segunda realización se requieren largueros longitudinales (8), cuya finalidad es conectar los planos de los bastidores (2) afectados por la introducción de este concepto, para transferir la carga longitudinal y evitar grandes deformaciones en dirección X. Estas nuevas piezas son necesarias debido a la ausencia de contacto entre la piel superior y los bastidores. En la primera realización representada en las figuras 5 y 6 , este trabajo lo realizan los elementos auxiliares (5) conectados al elemento de soporte (3).
La figura 9 muestra un ejemplo, que no forma parte de la invención, en la que el VTP (no representado) está unido al menos a tres bastidores (2) del cono de cola a través de sus larguerillos (7) del plano vertical de cola (1). Según la tercera realización, los elementos auxiliares (5) comprenden herrajes metálicos que tienen una superficie inclinada directamente unida a los larguerillos (7) del plano vertical de cola (1). Aunque en la primera y tercera versión de la invención los esquemas muestran una unión por pasadores, también se pueden considerar uniones remachadas para la conexión entre los herrajes o la extensión del VTP al elemento de soporte (3).
Además, para evitar la deformación entre el elemento de soporte (3) y los larguerillos del VTP (7) (tercera realización), el elemento de soporte (3) y los bastidores (2) a los que está conectado el elemento de soporte (3) pueden estar inclinados para hacer coincidir los planos de los bastidores con los planos de los larguerillos del VTP.
En este ejemplo, los largueros longitudinales (8) también pueden ser necesarios para el mismo propósito que en la primera realización.
Así, los componentes principales de la invención propuesta son:
- el elemento de soporte (3), cuya misión principal es reaccionar a las cargas y enviarlas a los lados derecho e izquierdo de la estructura en dirección de cizalladura;
- elementos auxiliares (5), tales como herrajes metálicos o paneles de composite, con el fin de transmitir las cargas desde el VTP al citado elemento de soporte (3);
- y, para la segunda y tercera realizaciones, largueros longitudinales adicionales (8) para conectar los planos de los bastidores (2) afectados por la invención, con el fin de transferir la carga longitudinal y evitar grandes deformaciones en dirección X.
La invención impacta en varios parámetros de ingeniería respecto a las soluciones actuales conocidas:
- Peso. La invención permite una disminución del peso total dado por los bastidores y la piel, aunque la adición de los elementos de soporte (vigas horizontales) y/o los elementos auxiliares (extensiones del VTP).
- Procesos de fabricación y montaje: Los bastidores mecanizados de alta carga (HLF), de gran complejidad, se sustituyen por nuevos elementos de composite más sencillos (elementos de soporte, bastidores "C" o "Doble C", elementos auxiliares...). Gracias al diseño en plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP), los procesos de ensamblaje en una sola dirección pueden aplicarse a toda la sección trasera del fuselaje, lo que se traduce en un tiempo de ensamblaje enorme y, por tanto, en una reducción recurrente de los costes. Además, en la segunda versión del concepto (con herrajes del v Tp ) no hay conexión entre la piel y ni los herrajes ni el bastidor/elemento de soporte en la zona superior, por lo que las operaciones de montaje en esta zona se simplifican.
- Materiales: Toda la estructura principal en este concepto podría estar hecha de CFRP Por lo tanto, no se producen cargas térmicas y se reduce el peso.
- Mantenimiento: No se necesitan inspecciones para los elementos de CFRP Los herrajes metálicos no presentan problemas de accesibilidad.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Sección trasera para una aeronave, que comprende:
un conjunto de bastidor que comprende al menos un bastidor (2) que tiene un plano de simetría (4), un plano vertical de cola (1) que está unido al conjunto de bastidor mediante al menos un elemento de soporte (3) que tiene dos extremos (3'), en el que cada uno de los extremos (3') está unido a dicho al menos un bastidor (2) en diferentes lados del plano de simetría (4),
en el que dicho al menos un elemento de soporte (3) actúa como una viga y comprende elementos auxiliares (5) para fijar el plano de cola vertical (1).
2. Sección trasera según la reivindicación 1, en el que cada uno de los extremos (3') del al menos un elemento de soporte (3) está unido a un lado (2') del mismo bastidor (2).
3. Sección trasera según la reivindicación 1 o 2, en el que dicho al menos un bastidor (2) define un plano geométrico medio (6) perpendicular al plano de simetría (4), y el al menos un elemento de soporte (3) está situado por encima de dicho plano geométrico medio (6).
4. Sección trasera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un elemento de soporte (3) está colocado en un plano perpendicular al plano de simetría (4).
5. Sección trasera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un elemento de soporte (3) tiene una configuración plana.
6. Sección trasera según la reivindicación 1, en el que cada elemento auxiliar (5) tiene una zona superior para su unión a un plano vertical de cola (1) y dos soportes inferiores, quedando cada soporte inferior unido a elementos de soporte (3) adyacentes.
7. Sección trasera según la reivindicación 1, en el que dicho al menos un bastidor (2) presenta una discontinuidad superior en la zona superior, en la que el al menos un elemento de soporte (3) está unido al bastidor (2) de manera que cubre dicha discontinuidad superior.
8. Sección trasera según la reivindicación 1, en el que dichos elementos auxiliares de fijación (5) comprenden herrajes.
9. Sección trasera según la reivindicación 7, que comprende una pluralidad de bastidores (2) y largueros longitudinales (8) que están colocados entre bastidores adyacentes (2).
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