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ES2392233B1 - Revestimiento de cajón de torsión rigidizado con larguerillos no paralelos. - Google Patents

Revestimiento de cajón de torsión rigidizado con larguerillos no paralelos. Download PDF

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ES2392233B1
ES2392233B1 ES201130123A ES201130123A ES2392233B1 ES 2392233 B1 ES2392233 B1 ES 2392233B1 ES 201130123 A ES201130123 A ES 201130123A ES 201130123 A ES201130123 A ES 201130123A ES 2392233 B1 ES2392233 B1 ES 2392233B1
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Abstract

Revestimiento de cajón de torsión rigidizado con larguerillos no paralelos. Se trata de un cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave que comprende un larguero delantero (15), un larguero trasero (17), costillas (21) y revestimientos rigidizados superior e inferior, en el que al menos uno de dichos revestimientos (31) está rigidizado con una pluralidad de larguerillos (33, 43), preferiblemente larguerillos con forma de omega, que se extienden todos ellos a lo largo de la envergadura completa del revestimiento, preferiblemente en una distribución cónica, y que tienen una sección transversal decreciente hacia el borde exterior del revestimiento.

Description

REVESTIMIENTO
DE CAJÓN DE TORSiÓN RIGIDIZADO CON
LARGUERILLOS NO PARALELOS
CAMPO DE LA INVENCiÓN
5 10
La presente invención se refiere a un revestimiento de cajón de torsión rigidizado con larguerillos no paralelos de sección transversal variable y, más en particular, a un revestimiento de cajón de torsión de un estabilizador horizontal o vertical de cola de una aeronave realizado con un material compuesto.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN
15 2 O 25 30
La estructura principal de las superficies sustentadoras de una aeronave está constituida por un borde de ataque, un cajón de torsión, un borde de salida , una raíz de unión y una punta. El cajón de torsión está constituido por varios elementos estructurales: revestimientos superior e inferior rigidizados por larguerillos por un lado, largueros y costillas por otro lado. Los elementos estructurales que forman un cajón de torsión se fabrican, típicamente, por separado y se unen con la ayuda de un utillaje complicado para alcanzar las tolerancias requeridas que vienen dadas por los requerimientos aerodinámicos, estructurales y de ensamblaje. En la actualidad y particularmente en la industria aeronáutica se utilizan de forma masiva materiales compuestos de matriz orgánica y fibras continuas, especialmente CFRP (Fibra de Carbono Reforzada con Plástico) en una gran diversidad de elementos estructurales. Por ejemplo, todos los elementos constituyentes de los cajones de torsión anteriormente citados (costillas, larguerillos, largueros y revestimientos) pueden ser fabricados usando CFRP. Los revestimientos que forman parte de los cajones de torsión están reforzados mediante elementos longitudinales, en sentido de la envergadura, denominados larguerillos, que mejoran tanto la resistencia como el
comportamiento a pandeo de los revestimientos, teniendo diferentes secciones
transversales en forma de "T', "1" "J" o omega.
Existen varios tipos de distribución de los larguerillos a lo largo del
revestimiento, siendo la más utilizada en revestimientos de cajones de torsión
5
aquella en que los larguerillos son paralelos al larguero posterior y entre sí.
Esta configuración permite orientar los larguerillos en la dirección principal de
carga, asi como incrementar su número en la zona de mayor responsabilidad
estructural .
Esta configuración de larguerillos en paralelo, junto con el hecho de que
1 0
ambos largueros no son paralelos entre sí provoca que, mientras los larguerillos
más cercanos al larguero posterior abarcan toda la longitud del revestimiento,
aquellos más cercanos al larguero frontal tienen una longitud menor porque son
interrumpidos por la presencia de dicho larguero.
El fin de un larguerillo, bien por encontrarse con el larguero frontal o bien
15
por cualquier otra razón , es una característica estructural critica que debe
evitarse por dos motivos principales. En primer término, porque la carga
soportada por el larguerillo debe transferirse al revestimiento dando lugar a
fuerzas y momentos que pueden desencadenar en la rotura de la unión física
entre revestimiento y larguerillo y, como consecuencia , poner en pel igro la
2 O
integridad estructural del estabilizador. En segundo término, porque , debido a la
ausencia de larguerillo en una zona del revestimiento, dicha zona requiere de
un espesor mayor tanto para resistir la carga adicional procedente del
larguerillo como para estabilizar dicha zona ; quedando como consecuencia la
zona penalizada en peso.
25
La presente invención está orientada a la solución de este problema.
SUMARIO DE LA INVENCiÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar un cajón de torsión 30 de una superficie sustentadora de una aeronave con revestimientos rigidizados optimizados en peso.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un cajón de torsión
de una superficie sustentadora de una aeronave con revestimientos rigidizados
por un número reducido de larguerillos.
Estos y otros objetos se consiguen con un cajón de torsión de una
5
superficie sustentadora de una aeronave que comprende un larguero delantero,
un larguero trasero, costillas y revestimientos rigidizados superior e inferior en
el que al menos uno de dichos revestimientos está rigidizado con una pluralidad
de larguerillos que se extienden todos ellos a lo largo de la envergadura
completa del revestimiento y que tienen una sección transversal decreciente
1 0
hacia el borde exterior del revestimiento.
En realizaciones de la presente in vención, todos los larguerillos tienen
una traza a lo largo de la envergadura del revestimiento en la que las
proporciones entre la cuerda del revestimiento y las distancias en el sentido de
la cuerda entre la traza de cada larguerillo y los largueros frontal y trasero
15
permanecen sustancialmente constantes. Por tanto, la distribución de los
larguerillos sobre el revestimiento es una distribución ~cónica" -en oposición a
la distribución ~ paralela" de la técnica anterior, lo que, junto con la sección
transversal decreciente hacia el borde extremo del revestimiento, permite una
reducción del número requerido de larguerillos que contribuye a una
2 O
optimización en peso.
En realizaciones de la presente in vención , el número de dichos
larguerillos se define como el número de larguerillos que, teniendo una sección
transversal mínima predeterminada , pueden ser colocados en el borde exterior
del revestimiento. El número de larguerillos es pues dependiente de la
25
geometría seleccionada para el larguerillo y de su sección mínima a partir de
los requerimientos de rigidización , permitiendo pues diferentes opciones si ello
resulta con veniente teniendo en cuenta restricciones de diseño y/o de
fabricación .
En realizaciones preferentes de la presente in vención , dichos larguerillos
30
son larguerillos con forma de omega debido a las propiedades rigidizadoras de
los larguerillos con forma de omega . Sin embargo, larguerillos con forma de T,
larguerillos con forma de I o larguerillos con forma de J también son larguerillos
apropiados para esta invención. En realizaciones preferentes de la presente invención, la superficie estabilizadora en un estabilizador horizontal de cola o un estabilizador vertical
5 de cola.
En realizaciones preferentes de la presente invención dicho revestimiento y dichos larguerillos están realizados con un material compuesto, particularmente CFRP.
Otras características y ventajas de la presente invención se
10 desprenderán de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS
15
La Figura 1 muestra la configuración estructural típica de
un cajón de
torsión, excepto por el revestimiento superior que se ha retirado para mejorar la
visibilidad del interior.
La Figura 2 muestra
una porción de un revestimiento de un cajón de
2 O
torsión típico en el que varios larguerillos terminan cerca del larguero frontal.
La Figura 3 muestra
una vista esquemática en planta de un cajón de
torsión rigidizado con larguerillos de sección variable distribuidos "cónicamente"
según la presente invención .
La
Figura 4 muestra una vista isométrica de un cajón de torsión
25
rigidizado con larguerillos con forma de omega de sección variable distribuidos
"cónicamente" según la presente invención.
Las
Figuras 5a y 5b muestran , respectivamente, los secciones
transversales en
omega de un larg uerillo según la presente invención en los
bordes interior y exterior del cajón de torsión.
La Figura 6 muestra un revestimiento de un cajón de torsión rigidizado
con larguerillos paralelos con forma de omega destacando las regiones del
revestimiento sin soporte de larguerillos.
5
DESCRIPTION DETALLADA DE LA INVENCiÓN
En las siguiente descripción detallada de la invención nos referiremos
básicamente a un cajón de torsión de un estabilizador horizontal de cola
realizado en CFRP.
10
Un estabilizador horizontal de cola esta constituido principalmente por
dos cajones de torsión unidos entre sí en el plano de simetría del avión
(configuración con dos cajones de torsión laterales) o en la interfase con el
fuselaje (configuración con cajón de torsión central y cajones de torsión
laterales).
15
La Figura 1 muestra un cajón de torsión típico formado por un
revestimiento superior (no mostrado para facilitar la identificación de las
distintas partes), un revestimiento inferior 11 reforzado con larguerillos
longitudinales 13, un larguero frontal 15, un larguero trasero 17 y costillas 21.
La Figura 2 muestra una porCión de un revestimiento 11 rigidizado con
2 O
larguerillos 13 en forma de T paralelos al larguero posterior 17 en el que hay
regiones 22 sin soporte de larguerillos porque los larguerillos cercanos al
larguero frontal 15 quedan interrumpidos por dicho larguero frontal 15.
Según la presente invención , como se muestra en la Figura 3, el
revestimiento 31 de un cajón de torsión de un estabilizador horizontal de cola
25
está rigidizado por una pluralidad de larguerillos 33 que se extienden todos
ellos a lo largo de toda la envergadura del revestimiento en una distribución
"cónica" (tal como se ha definido anteriormente).
Los beneficios asociados a esta invención están relacionados con :
-La disminución del numero de larguerillos requeridos para optimizar en
30
peso el revestimiento.
-
La minimización del tamaño de las zonas de revestimiento sin soporte
de larguerillos de manera que no se necesita aumentar su espesor.
-El hecho de que ninguno de los larguerillos está interrumpido por el
larguero frontal evitando la problemática característica estructural mostrada en
5
la Figura 2.
En menor medida , existen otros beneficios relacionados con la
posibilidad de reducción del numero de costillas 21 necesarias en la estructura
en la zona alejada de la unión de cajones, debido al aumento del espaciado
entre dichas costillas 21 por el mejor comportamiento global de la estructura al
1 0
reducir el tamaño del cajón y mantener el numero de larguerillos. Este hecho
también supone un ahorro en peso y coste del estabilizador horizontal; además
de maximizar la posible integración del revestimiento con otros elementos en el
proceso de fabricación .
Debido al escaso espacio existente en el extremo del cajón más alejado
15
del plano de simetría del avión , el máximo numero de omegas que podría
colocarse en esta zona no es suficiente para reforzar la zona de unión entre
cajones de torsión , teniendo que aumentar el espesor del revestimiento en esta
zona e impactando el peso de la estructura . Por este motivo , es necesario que
junto con la distribución "cónica" de larguerillos, la sección transversal de los
2 O
larguerillos sea variable , siendo menor en el extremo del cajón para definir el
máximo numero de larguerillos posible, y mayor en la zona de mayor
responsabilidad estructural para resistir las cargas de esta zona y soportar una
mayor superficie del panel , compensando el menor numero de larguerillos y no
necesitando espesor adicional en dicha zona . Dependiendo de la forma de la
25
sección transversal del larguerillo usado, el número de larguerillos necesario
para optimizar el peso los revestimientos varía, siendo menor cuanto mayor es
la inercia proporcionada por cada revestimiento o cuanto mayor es la porción
del revestimiento que debe ser soportado y estabilizado por dicho elemento.
En una realización preferente ilustrada en la Figura 4 los larguerillos son
3 O
larguerillos con forma de omega 43_Dos posibles secciones transversales con
forma de omega 35, 37, correspondientes a los bordes interior y exterior del
revestimiento se muestran en las Figuras 5a y 5b.
Los larguerillos con forma de omega tienen una elevada inercia y pueden
dar soporte y estabilidad a una gran superficie del revestimiento debido a su
5
geometría. Estas características, junto con las ventajas que presentan para la
fabricación del componente debido a la simplificación y reducción del utillaje, y
por lo tanto del coste, hacen muy interesante su utilización en el refuerzo de
revestimientos tanto para cajones de torsión como para fuselajes.
Mientras que larguerillos con forma de omega se han utilizado
1 0
ampliamente durante los últimos años en fuselajes, no han sido usados en
cajones de torsión debido a su ineficiencia en términos de peso. Esto es porque
la combinación de este tipo de larguerillos con una distribución en paralelo
entre ellos implica , como puede verse en la Figura 6, grandes zonas de
revestimiento 29 sin soporte donde los larguerillos 23 se encuentran con el
15
larguero frontal 15 debido a su geometría, comparada con , por ejemplo,
larguerillos con forma de T. El espesor de estas zonas 29 debe aumentarse por
los motivos citados anteriormente, lo que aumenta el peso de la estructura .
Sin embargo estos inconvenientes no están presentes en un cajón de
torsión según la presente invención. Por el contrario, como consecuencia del
2 O
uso de una sección transversal con forma de omega y de la reducción del
número de larguerillos, se reducen tanto el peso del revestimiento como su
coste de fabricación , que están relacionados directamente con la sección
transversal y el número de los larguerillos .
En otras realizaciones, larguerillos con forma de T, lo J también pueden
25
ser usados, siendo el número de larguerillos necesarios mayor que cuando se
usan larguerillos con forma de omega y disminuyendo por tanto, hasta un cierto
nivel , los beneficios de la invención en términos de peso y costes, aunque se
mantienen los beneficios relacionados con las terminaciones de larguerillos
cerca del larguero frontal.
30
La invención es aplicable a cualquier cajón de torsión y preferiblemente a
cajones de torsión de estabilizadores horizontales o verticales de cola .
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el contenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    5 10 15
    1.-Cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave que comprende un larguero delantero (15), un larguero trasero (17), costillas (21) Y revestimientos rigidizados superior e inferior, caracterizado porque al menos uno de dichos revestimientos (31) está rigidizado con una pluralidad de larguerillos (33, 43) que se extienden todos ellos a lo largo de la en vergadura completa del revestimiento y que tienen una sección transversal decreciente hacia el borde exterior del revestimiento (37). 2.-Cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave según la reivindicación 1, en que todos los larguerillos (33, 43) tienen una traza a lo largo de la en vergadura del revestimiento en la que las proporciones entre la cuerda del revestimiento y las distancias en el sentido de la cuerda entre la traza de cada larguerillo (33 , 43) Y los largueros frontal y trasero (15, 17) permanecen sustancialmente constantes.
    2 O
    3.-Cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el que el número de dichos larguerillos (33, 43) se define como el número de larguerillos que, teniendo una sección transversal mínima predeterminada, pueden ser colocados en el borde exterior (37) del revestimiento.
    25
    4.-Cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que en el que dichos larguerillos (43) son larguerillos con forma de omega .
    30
    5.-Cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dichos larguerillos (33) son uno de los siguientes: -Larguerillos con forma de omega de T;
    -Larguerillos con forma de omega de 1; -Larguerillos con forma de omega de J.
  2. 6.-Cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave 5 según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicha superficie
    sustentadora es un estabilizador horizontal de cola.
  3. 7.-Cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicha superficie 10 sustentadora es un estabilizador vertical de cola .
  4. 8.-Cajón de torsión de una superficie sustentadora de una aeronave
    según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en el que dicho revestimiento (31)
    y dichos larguerillos (33, 43) están realizados con un material compuesto.
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