BRPI0904166A2 - revestimentos para uma estrutura transmutável de uma aeronave, método de fabricação de um revestimento e estruturas transmutáveis para uma aeronave - Google Patents

Abstract

REVESTIMENTOS PARA UMA ESTRUTURA TRANSMUTáVEL DE UMA AERONAVE, MéTODO DE FABRICAçãO DE UM REVESTIMENTO E ESTRUTURAS TRANSMUTáVEIS PARA UMA AERONAVE. Trata-se de um revestimento (1) para uma estrutura transmutável de uma aeronave, sendo que o dito revestimento compreende uma ou mais corrugações (2). Um método de fabricação de revestimento correspondente para uma estrutura transmutável de uma aeronave também é descrito, o qual compreende conformar o revestimento (1) em uma forma desejada, incluindo uma ou mais corrugações (2). Em uma modalidade, as barras formadoras de alumhio (5) são introduzidas sequencialmente entre as dobras (7, 8) no material do revestimento.

Description

"REVESTIMENTOS PARA UMA ESTRUTURA TRANSMUTÁVEL DE UMAAERONAVE, MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM REVESTIMENTO EESTRUTURAS TRANSMUTÁVEIS PARA UMA AERONAVE"

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a revestimentos para aeronaves,em particular para as asas e fuselagem,

Antecedentes da Invenção

Estruturas transmutáveis estão sendo utilizadas de modocrescente em aeronaves, sejam elas veículos aéreos não tripulados (UAVs) ouaeronaves maiores. Essas estruturas exigem um revestimento que possa seconformar aos movimentos impostos pela estrutura transmutável. Materiaisconvencionais usados na produção de revestimento para aeronaves, porexemplo, folha de alumínio, não podem se recuperar plenamente das tensõesacima de um nível baixo (menor que 1% para a maioria dos metais). Materiaisde borracha são conhecidos por sua capacidade de se recuperar de tensõeselevadas, mas, possuem resistência e rigidez bastante elevadas.

O uso de materiais corrugados nas tradicionais estruturas de asasde aeronaves é conhecido. Tais materiais são fornecidos para aumentar aresistência e rigidez das asas, porém não estão adaptadas para permitir aocorrência de qualquer movimento estrutural. Mais ainda, esses revestimentossão em geral concebidos para suplementar a resistência e a rigidez que sãofornecidas pelos outros recursos estruturais da asa.

Um dos objetivos da presente invenção é fornecer umrevestimento que seja rígido e resistente em algumas direções, porém flexível ecapaz de aceitar níveis elevados de deformação em outras direções.

A presente invenção fornece um revestimento para uma estruturatransmutável de uma aeronave que compreende uma ou mais corrugações.

Vantajosamente, a revestimento da presente invenção for neceuma estrutura adaptável que é forte e resistente ao arqueamento ao longo dascorrugações e flexível ao longo da direção perpendicular às corrugações. Emalgumas modalidades, o revestimento é suficientemente forte para evitar anecessidade de elementos estruturais internos comumente encontrados nóinterior da aeronave, tais como Iongarinas e nervuras usadas para fabricar asasas, sendo que a resistência necessária provém do revestimento em si.portanto, é desejável reduzir o peso da aeronave construída com o uso dorevestimento.

Em certas modalidades, a revestimento pode ser côncavo aolongo do comprimento das corrugações. Essa característica proporciona umaadaptabilidade anteriormente indisponível nos possíveis usos do revestimento,o qual conserva sua resistência e relativa rigidez ao longo das corrugações esua flexibilidade perpendicular às corrugações. O revestimento côncavo podeser usado para produzir componentes da aeronave irregularmente conformados.

Em uma modalidade adicional, uma porção de flape pode serinserida em cada corrugação e se estender para fora da corrugação de formasuficientemente distante para cobrir uma porção do revestimento. Dessaforma, uma superfície de revestimento aerodinâmica substancialmente lisapode ser produzida. Preferencialmente, os flapes se estendem para fora deuma corrugação e são dobrados para cobrir e corrugação adjacente. Ademais,os flapes preferencialmente se estendem por todo o comprimento dascorrugações, de modo que toda a superfície de revestimento é coberta e ésubstancialmente lisa.

A presente invenção fornece ainda um método de revestimentopara uma estrutura transmutável de uma aeronave, que compreende conformaro revestimento em uma forma desejada, incluindo uma ou mais corrugações.As técnicas de acordo com a invenção permitem a fabricação de revestimentoscorrugados côncavos ou outros tipos de geometria mais complexa.

A presente invenção fornece anda uma estrutura transmutávelque compreende uma primeira superfície produzida a partir do revestimento deacordo com a invenção e a segunda superfície produzida a partir dorevestimento de acordo com a invenção, a primeira e segunda superfícies sãointerconectadas por meios de conexão adaptados para conferir um formatodesejado a primeira e segunda superfícies.

Segue uma descrição detalhada das modalidades da invenção atítulo de exemplificação, com referência aos desenhos anexos, onde:

A Figura 1 é uma vista esquemática de uma seção derevestimento corrugada côncava ao longo das corrugações;

A Figura 2 é uma vista esquemática da seção do revestimento daFigura 1 que possui uma curvatura adicional perpendicular às corrugações;

A Figura 3 mostra uma vista transversal esquemática dorevestimento que é fabricado com corrugações de lâmina;

A Figura 4 mostra uma vista transversal esquemática dorevestimento que é fabricado com corrugações equilibradas;

A Figura 5 é uma vista esquemática de um revestimento que incluihastes dispostas nas corrugações;

A Figura 6 é uma vista diagramática transversal esquemática deuma estrutura transmutável para uma aeronave;

As Figuras 7, 8 e 9 mostram esquematicamente uma modalidadeda invenção que utiliza flapes entre as corrugações;

A Figura 10 é uma vista transversal do revestimento de acordocom as Figuras 7, 8 e 9 que é fabricado;

A Figura 11 é uma vista transversal do revestimento que inclui ummeio de manipulação; e

A Figura 12 é uma vista transversal do revestimento mostrado naFigura 11 em que os meios de manipulação estão ativados.

A Figura 1 é uma vista esquemática em perspectiva de umaseção de revestimento corrugado 1 dotado de uma série de corrugações 2. Orevestimento 1 é formado usando-se um material do substrato impregnado comuma resina curável, e após o processo de conformação, o revestimento écurado para endurecer a resina.

A conformação do material do substrato érealizada formando um molde corrugado flexível (não mostrado) usando umaferramenta mestre, aplicando material do substrato impregnado de resina aomolde corrugado flexível, e conformando o molde e o material do substratosobre ele, aplicando-os a uma matriz rígida curva (não mostrado).

Em particular, o molde corrugado flexível é produzido aplicandoborracha de silicone a uma ferramenta mestre que compreende a molde rígidocorrugado, que não possui nenhuma curvatura. Quando a borracha de siliconetiver fundido, o molde de borracha flexível resultante é removido da ferramentamestre. Uma camada de material do substrato que compreende um materialde reforço adequado, como um fino tecido de fibra de aramida, vidro oucarbono, que foi pré-impregnado com uma resina epóxi, é opcionalmentecoberto com FEP (propileno etileno fluorado), que é um agente anti-aderênciaprocessável por fusão que facilita a remoção do revestimento do molde após acura. O material do substrato é em seguida aplicado ao molde de borrachaflexível, garantido que o tecido seja trabalhado no interior das corrugações domolde.

Preferencialmente, as fibras do tecido de aramida são orientadasem um ângulo de 45° para as corrugações desejadas, o que reduz a ocorrênciade pontos frágeis ao longo das corrugações em função da curvatura imposta aotecido quando ele foi dobrado, a orientação das fibras em relação àscorrugações é mostrada na Figura 1 através das linhas de referência 3.

Em seguida ao trabalho do tecido no interior do molde, o molde écolocado sobre a matriz, que compreende uma folha de alumínio curva, dotadado formato de revestimento pretendido. A montagem é em seguida curadapara endurecer a resina. Após a cura, o revestimento é retirado do molde.

Uma opção para a cura da montagem é usar processos de curatérmica conhecidos, em que a montagem é ensacada, trabalhando uma sacolano interior das corrugações e uma fina prega de descamamento é usada comorespiradouro entre a sacola e o revestimento.

Conforme observado na Figura 2, a seçã o de revestimento 1resultante é flexível in a direção perpendicular às corrugações e podem serfacilmente dobradas no formato desejado. Entretanto, ao longo dascorrugações, a seção de revestimento 1 é inflexível e retém substancialmentesua forma corrugada.

O revestimento 1 é mantido em sua configuraçãodobrada através dos meios de restrição 4.

As Figuras 3 e 4 apresentam uma vista transversal esquemáticadas seções de revestimentos 1 que possuem corrugações Iaminares ecorrugações equilibradas, respectivamente. Essas Figuras ilustram umatécnica alternativa de fabricação de revestimento, em que a conformação dorevestimento é realizada dobrando o material do substrato entre uma série debarras formadoras 5. As barras 5 são colocadas uma de cada vez e o materialé dobrado conforme desejado antes de aplicar uma outra forma. Como antes, omaterial pode ser pré-impregnado com uma resina epóxi. As barras podemcompreender alumínio ou quaisquer materiais adequados, como nylon ouPTFE.

O uso de barras formadoras 5 produz corrugaçõesparticularmente bem-definidas, pois cada barra 5 é aplicada seqüencialmenteapós a introdução de uma dobra no material. Nas técnicas onde o material dosubstrato é trabalhado em um molde corrugado, é difícil assegurar o perfeitocontato entre o material e o molde, em geral permanecendo lacunas.O processo particular usado na Figura 3 é o seguinte: tecido dearamida pré-impregnado é coberto com FEP1 e se a cura térmica for utilizada,uma fina prega de descamamento de nylon é colocada como respiradouro emambos os lados do material e a combinação dos materiais é ensacada para sersubmetida à autoclavagem. Uma primeira barra de alumínio é colocada acimadas margens do material e o material é em seguida dobrado para cima paraformar uma primeira dobra 7. Uma segunda barra é colocada de encontro àdobra 7 e o material é em seguida dobrado para baixo acima do mesmo paraformar um pico de corrugação 10.

A segunda barra é então removida e a barraé colocada de encontro ao material para formar uma segunda dobra 8, que seestende no sentido descendente. Este processo é repetido até que todas asbarras sejam usadas ou até que todo o material tenha sido dobrado. Pesose/ou fita podem ser usados par manter no local a montagem resultante. A curaé então realizada normalmente e o revestimento é retirado do molderemovendo as barras e as camadas adicionais.

O processo usado na Figura 4 é substancialmente similar ao daFigura 3, mas após formar a primeira dobra 6 e colocar a segunda barra deencontro a ela e dobrando o material em torno da segunda barra, a segundabarra é deixada no local para manter a manter a estrutura da corrugaçãoequilibrada. Novamente o processo de dobra pode ser repetido até o materialser dobrado.

O formato do revestimento resultante é governado pelo formatodas barras formadoras, e pode assumir grande variedade de formas. Porexemplo, as barras podem ser curvas e/ou uma geometria que varia de formaseqüencial permitindo que complexos formatos de revestimento sejam criados.É preciso compreender que as técnicas descritas acima podem ser usadas praproduzir revestimentos não-côncavos ao longo das corrugações, bem comocôncavos.A Figura 5 mostra um exemplo de uma seção de revestimento 1,em que uma haste 11 está situada no interior de uma ou mais corrugações 2 epode estender para fora a partir de sua extremidade. Preferencialmente, umahaste 11 é fornecida em cada uma das corrugações. A haste 11 pode serproduzida a partir de um compósito de carbono, por exemplo, e é usada paraconectar a seção de revestimento a outro componente, tal como uma outraseção de revestimento ou outra parte da fuselagem da aeronave. Na prática,as hastes podem ser incorporadas de modo mais conveniente usando a técnicade barra seqüencial mencionada acima, inserindo as hastes 1 1 durante oprocesso de dobra.

As hastes 11 são favoravelmente mantidas no local entre aprimeira e segunda dobras 7, 8 nos picos de corrugação 10, quando inseridasem associação ao método descrito para a Figura 3. A inclusão das hastes 11produz picos de corrugação 10 redondos. Como alternativa, as hastes podemser incorporadas no revestimento após o processo de cura e moldagem.

Um exemplo da forma como as hastes 11 podem ser utilizadas émostrado na Figura 6. Meios de conexão que compreendem conectores 12são engatados nas hastes em uma configuração adequada para interconectaruma primeira seção de revestimento 13 e a segunda seção de revestimento 14,formando assim uma estrutura transmutável. Os conectores 12 podem serdispostos de qualquer forma adequada que possa proporcionar o formatodesejado à estrutura do revestimento e os conectores podem ser,opcionalmente, ajustáveis para variar com a geometria da estruturatransmutável. Adicionalmente, os conectores 12 não precisam estar no mesmoplano entre si, visto que o revestimento é rígido ao longo das corrugações.Nesse aspecto, é possível cortar incisões (não mostradas) no revestimento,permitindo o acesso das hastes colocadas ao longo das corrugações, de modoque possam se unir aos conectores 12.

As Figuras 7 a 10 mostram uma modalidade adicional dorevestimento, em que uma porção de fiape 15 é inserida em cada corrugação ese estende para fora da corrugação de modo suficientemente distante paracobrir uma porção do revestimento. Preferencialmente, a porção de flapecobre uma corrugação adjacente e se estende por todo o comprimento dacorrugação. O fornecimento de uma série de flapes ao longo da superfície dorevestimento, a superfície é substancialmente lisa e ainda fornece aflexibilidade das corrugações. A porção de flape compreende uma peçaseparada de material 15 conectada a o material do substrato do revestimento e é móvel em relação à corrugação adjacente.

O processo pelo qual os flapes 15 são incorporados norevestimento é discutido adiante co referência à Figura 10. Novamente, umtecido de aramida pré-impregnado é usado para o corpo principal da seção derevestimento, muito embora agora, o tecido seja coberto por FEP apenas emum dos lados, por exemplo, no lado inferior. O processo é similar ao descritopara a Figura 4, exceto pelo fato de que as barras da matriz de alumínio 5 areusadas no lado inferior do tecido e as barras de borracha de silicone 16 sãousadas em lugar das barras de alumínio na porção superior do tecido. Asbarras de borracha de Si são aproximadamente 3 cm mais longas que asbarras de Al, o que permite que sejam agarradas para que sejam puxadas parafora da montagem curada. Antes que cada barra de borracha de Si sejainserida, uma tira de tecido pré-impregnada 15 é inserida de encontro aorevestimento, sendo que a tira também tem uma cobertura de FEP apenas emum dos lados. A cobertura de FEP está em um dos lados da tira de tecido 15voltada para o lado contrário do revestimento, enquanto a cobertura de FEP nocorpo principal do revestimento está no lado oposto da tira (isto é, o ladoinferior), de modo que a tira adere ao revestimento em seu lado voltado para orevestimento e não adere em nenhum outro local. A vantagem de usar barrasde borracha de Si invés de barras de Al de encontro ao lado superior dorevestimento é que a borracha de Si não adere ao revestimento durante oprocesso de cura e pode resistir às temperaturas de cura. Quando todas asbarras de borracha de Si e Al estiverem no local, toda a montagem é ensacadae curada.

A retirada do molde é realizada puxando as tiras de Si e removendoas barras de instrumentação e as camadas de liberação de FEP. Orevestimento corrugado resultante possui uma superfície substancialmente lisaque ainda é flexível.

A Figura 7 mostra o revestimento corrugado com flapes em umaconfiguração plana. A Figura 8 mostra o revestimento 1 em uma configuraçãocurva com os flapes na face côncava do revestimento, enquanto a Figura 9mostra o revestimento côncavo em outra direção com os flapes 15 localizadosna face convexa do revestimento. Em qualquer um dos casos, a superfícieapresentada é substancialmente lisa. Em termos de aerodinâmica, éclaramente desejável ter superfícies lisas para a asa e a fuselagem de umaaeronave.

Em uma modalidade da invenção, mostrada nas Figuras 11 e 12,os meios de manipulação 17 são fornecidos em uma ou mais das corrugaçõespara ajustar a configuração do revestimento. Os meios de manipulação podemcompreender uma bolsa inflável 17 disposta entre um par de corrugações, demodo que quando a bolsa é inflada, como ilustra a Figura 12, as corrugaçõessão afastadas, alterando assim o grau de dobra do revestimento.

Os processos de formação e arqueamento aqui discutidos podemser todos executados manualmente ou usando um processo automatizado.

Claims (23)

1. REVESTIMENTO PARA UMA ESTRUTURATRANSMUTÁVEL DE UMA AERONAVE, em que o revestimento compreendeuma ou mais corrugações.

2. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 1, emque as corrugações compreendem corrugações Iaminares ou corrugaçõesequilibradas.

3. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,em que o revestimento é cõncavo ao longo do comprimento das corrugações.

4. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 3, em que uma haste está situada no interior de uma oumais das corrugações e se estende para fora da extremidade da mesma.

5. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 4, em que uma porção de flape é inserida em cadacorrugação e se estende para fora da corrugação de forma suficientementedistante para cobrir uma porção do revestimento.

6. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 5, emque a porção de flape cobre uma corrugação adjacente.

7. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 5 ou 6,em que a porção de flape se estende por todo o comprimento da corrugação.

8. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 5 a 7, em que a porção de flape compreende uma peçaseparada de material conectada a um material do substrato do revestimento.

9. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 6, emque a porção de flape é móvel em relação à corrugação adjacente.

10. REVESTIMENTO, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1 a 9, em que os meios de manipulação são fornecidos em umaou mais das corrugações para ajustar a configuração do revestimento.

11. REVESTIMENTO, de acordo com a reivindicação 10, emque os meios de manipulação compreendem uma bolsa inflável.

12. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM REVESTIMENTO,para uma estrutura transmutável de uma aeronave, que compreende:conformar o revestimento em uma forma desejada, incluindo umaou mais corrugações.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, em que orevestimento é formado usando um material do substrato impregnado com umaresina curável, e após a etapa de conformação, o revestimento é curado.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, em que aconformação do material do substrato compreende as etapas de:formar um molde corrugado flexível;aplicar o material do substrato impregnado ao molde corrugadoflexível;conformar o molde e o material do substrato no mesmo aplicando-os a uma matriz rígida curva.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, em que aconformação do material do substrato compreende as etapas de:dobrar o material do substrato entre uma série de barrasformadoras.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações-12 a 15, em que as corrugações formadas no material do substrato sãocôncavas em todo o comprimento.

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações-12 a 16, em que o material do substrato é coberto com uma camada de umasubstância não aderente antes da cura.

18. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações-12 a 17, em que uma haste é inserida em uma ou mais das corrugações, antesou após a cura.

19. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 18, em que uma porção de flape é inserida em cada corrugação.

20. ESTRUTURA TRANSMUTÁVEL PARA UMA AERONAVE,que compreende uma primeira e uma segunda superfície produzida a partir dorevestimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, sendoque a primeira e a segunda superfícies são interconectadas por meios deconexão adaptados para conferir um formato desejado à primeira e à segundasuperfícies.

21. MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM REVESTIMENTO,para uma estrutura transmutável de uma aeronave, substancialmente deacordo com a presente descrição com referência aos desenhos anexos.

22. REVESTIMENTO PARA UMA ESTRUTURATRANSMUTÁVEL DE UMA AERONAVE, substancialmente de acordo com apresente descrição com referência aos desenhos anexos.

23. ESTRUTURA TRANSMUTÁVEL PARA UMA AERONAVE,substancialmente de acordo com a presente descrição com referência aosdesenhos anexos.