ES2887823T3 - Procedimiento para fabricar un cajón de alas con nervaduras múltiples hecho de material compuesto con paneles reforzados integrados - Google Patents

Abstract

Procedimiento para fabricar un cajón de alas (10) para aeronave, que comprende las etapas de: a1) disponer, sobre una superficie de curado (22), un primer panel (12a), de un material compuesto, que comprende un revestimiento (16) que tiene un primer lado (16') y una pluralidad de larguerillos (18) que se extienden paralelos a una dirección longitudinal (x); a2) proporcionar una pluralidad de nervaduras (14), de material compuesto no polimerizado, que comprenden cada una una placa (15), un primer par de bridas (15a) y un segundo par de bridas (15b), estando dispuesto cada par de bridas (15a, 15b) en extremos opuestos de dicha placa (15); a3) proporcionar al menos una herramienta (24), teniendo cada herramienta (24) una primera superficie lateral (25) y una segunda superficie lateral (27), opuesta a la primera superficie lateral (25), y que comprende una parte central (24a), una parte inferior (24b) y una parte superior (24c), en el que la parte central (24a) de cada herramienta (24) está interpuesta entre dicha parte inferior (24b) y dicha parte superior (24c) de cada herramienta (24) y puede extraerse en una dirección transversal (y); b) disponer alternativamente una nervadura (14) en dicho primer lado (16') del primer panel (12a) a lo largo de la dirección transversal (y), colocando el primer par de bridas (15a) en dicho primer lado (16') del primer panel (12a), y una herramienta (24), entre cada par de nervaduras consecutivas (14) y en contacto con ambas; c) disponer un segundo panel (12b), de un material compuesto, que comprende un revestimiento (16), que tiene un primer lado (16'), y una pluralidad de larguerillos (18) que se extienden a lo largo de una dirección longitudinal (x), poniendo dicho segundo panel (12b) en contacto con el segundo par de bridas (15b) de cada nervadura (14); d) extraer la parte central (24a) de cada herramienta (24) a lo largo de la dirección transversal (y) y posteriormente retirar la parte superior (24c) y la parte inferior (24b) de cada herramienta (24); y e) hacer que el primer panel (12a), el segundo panel (12b) y cada nervadura (14) se sometan a un proceso de curado en autoclave con bolsa de vacío, de acuerdo con un ciclo específico de presión y temperatura, para curar los componentes no polimerizados.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para fabricar un cajón de alas con nervaduras múltiples hecho de material compuesto con paneles reforzados integrados

Sector técnico

La presente invención se refiere, en general, a un procedimiento para fabricar un componente estructural para aeronaves. En particular, la invención se refiere a un procedimiento para fabricar un cajón de alas con nervaduras múltiples hecho de material compuesto con paneles reforzados integrados, utilizable en particular como cajón estructural en un ala, o en un empenaje vertical u horizontal.

Técnica anterior

La configuración actualmente adoptada para cajones aeronáuticos - para alas o empenajes de aeronaves de ala fija - consiste en un conjunto de diferentes componentes estructurales primarios, tales como, típicamente, dos paneles reforzados con larguerillos longitudinales, dos largueros longitudinales, un cierto número de nervaduras transversales, elementos angulares y elementos de sujeción mecánicos convencionales.

Estos componentes, hechos de material compuesto y/o metal, se fabrican individualmente y, posteriormente, se ensamblan en la configuración final del cajón de alas mediante operaciones de perforación e instalación de elementos de sujeción mecánicos (remaches, pernos y similares). Esta configuración convencional se denomina configuración de 'acumulación' y se caracteriza por desventajas significativas en términos de costes de producción, que incluyen: una gran cantidad de partes a fabricar y gestionar en el sistema de producción, un proceso de ensamblaje muy oneroso debido a la gran cantidad de orificios a realizar y elementos de sujeción a instalar, así como las inspecciones necesarias para verificar la ausencia de aberturas o espacio entre las partes acopladas, y las actividades adicionales requeridas durante la construcción para aplicar los rellenos necesarios para llenar los huecos antes mencionados, cuando están presentes. Además, la denominada configuración de acumulación también conlleva importantes inconvenientes en el peso de la estructura, que son mal tolerados en aplicaciones aeronáuticas, especialmente por el aumento del coste operativo de la aeronave, es decir, del consumo de combustible. El aumento de peso de estos conjuntos se debe, fundamentalmente, a la inevitable presencia de orificios en las zonas de acoplamiento entre los distintos elementos. De hecho, los orificios, que son un debilitamiento localizado del componente, requieren un engrosamiento de las zonas en cuestión, con el fin de soportar con seguridad la carga de diseño. Además, para estructuras compuestas, el peso de los elementos de sujeción también tiene un efecto negativo, ya que es mayor que el peso de la porción de material extraída.

En la técnica conocida para fabricar empenajes de cola también existe una técnica que permite la creación de cajones de alas integrados de múltiples largueros de un material compuesto curado conjuntamente. Esta tecnología, si bien supera todos los problemas técnicos típicos de la configuración de acumulación mencionada anteriormente, se caracteriza por importantes limitaciones geométricas y de configuración que limitan su aplicabilidad a los estabilizadores únicamente horizontales de aeronaves comerciales. Específicamente, los cajones de alas curados conjuntamente con múltiples largueros no son lo suficientemente competitivos, en términos de peso y coste, con respecto a los cajones de alas en configuración de acumulación para estructuras para las que se requiere una alta resistencia a la torsión, tales como cajones de alas y cajones unitarios de cola. Otro problema técnico de esta tecnología es que no es aplicable a configuraciones que prevén la presencia, además de los largueros, de larguerillos de refuerzo adicionales, para el refuerzo longitudinal de la estructura. Además, de acuerdo con la técnica anterior, no es posible realizar cajones de alas con perfiles aerodinámicos muy curvados y/o con elementos interiores de engrosamiento o refuerzo en dirección transversal (es decir, que se extiendan en la dirección de la longitud del perfil de ala), o con los larguerillos interrumpidos en la dirección longitudinal (es decir, perpendicular a la dirección de la longitud del perfil de ala) del cajón de alas. Estas limitaciones, que comprometen gravemente la posibilidad de hacer que el cajón de alas de la aeronave sea más eficiente desde un punto de vista estructural y por lo tanto en términos de peso, se deben esencialmente al hecho de que los múltiples largueros solo pueden ser curados conjuntamente en configuraciones en las que es posible extraer las herramientas auxiliares, es decir, las herramientas [A1] usadas para la construcción de cada celda o compartimento de la estructura.

El documento US 2018/063895 divulga la fabricación de un cajón de alas de material compuesto para uso en aeronáutica, comprendiendo dicho cajón de alas un primer panel que comprende un revestimiento que tiene un primer lado y una pluralidad de larguerillos que se extienden paralelos a una dirección longitudinal, una pluralidad de nervaduras, comprendiendo cada una una placa y bridas dispuestas en extremos opuestos de dicha placa y un segundo panel que comprende un revestimiento que tiene un primer lado y una pluralidad de larguerillos que se extienden paralelos a una dirección longitudinal.

Sumario de la invención

El objetivo de la presente invención es implementar un proceso para fabricar un cajón de alas de aeronave que supere los inconvenientes y limitaciones de aplicabilidad de la técnica anterior.

Este y otros objetivos se logran completamente de acuerdo con la presente invención mediante un procedimiento para fabricar un cajón de alas para aeronave definido en la reivindicación independiente 1 adjunta.

Se especifican modos de realización ventajosos de la invención en las reivindicaciones dependientes, cuyo contenido se ha de entender como una parte integral de la siguiente descripción.

En resumen, la invención se basa en la idea de proporcionar un procedimiento para fabricar un cajón de alas para aeronave, en el que el cajón de alas comprende un primer y un segundo panel, reforzados con una pluralidad de larguerillos de refuerzo longitudinales, y una pluralidad de nervaduras, dispuestas transversalmente, que se someten a un único proceso de curado. Esto es posible gracias al uso, antes del proceso de curado, de una pluralidad de herramientas, es decir, herramientas auxiliares, para asegurar un posicionamiento relativo preciso de los componentes, comprendiendo cada una de dichas herramientas una parte central desmontable, que permite la retirada de las herramientas incluso cuando el cuerpo principal está completamente ensamblado.

Al final del procedimiento de acuerdo con la invención, un par de largueros pueden ensamblarse mecánicamente al cajón de alas, de una manera conocida per se, con cierre externo en los lados largos del cajón de alas.

De acuerdo con un modo de realización de la invención, al menos uno entre el primer y el segundo panel se suministra ya polimerizado, y la pluralidad de nervaduras se ensambla a él mediante un proceso de unión conjunta, es decir, se coloca una capa de material adhesivo entre el panel y las nervaduras antes de la polimerización. Ventajosamente, cada herramienta se cubre, antes del proceso de curado, con una o más bolsas de curado, de una manera conocida per se.

Preferentemente, la parte central de cada herramienta tiene una sección ahusada a lo largo de la dirección transversal.

En virtud de dicha configuración de las herramientas, es posible simplemente extraer las herramientas del conjunto antes del proceso de curado, con lo que un procedimiento de acuerdo con la invención permite la creación de cajones de alas con múltiples nervaduras que tienen una configuración más compleja y también se puede usar para estructuras que requieren una mayor resistencia a la torsión en comparación con el uso de un estabilizador horizontal como cajón de alas.

Breve descripción de los dibujos

Otras características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada siguiente, proporcionada puramente a modo de ejemplo no limitante con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva de un cajón de alas de acuerdo con un posible modo de realización de la invención;

La figura 2 es una vista en perspectiva de un primer panel dispuesto sobre una superficie de curado;

La figura 3 es una vista en perspectiva de un primer panel y un par de nervaduras;

La figura 4 es una vista en perspectiva de un primer panel, un par de nervaduras y una herramienta;

La figura 5 es una vista en perspectiva de un primer y un segundo panel y un par de nervaduras y una herramienta;

La figura 6 es una vista en despiece ordenado de una herramienta; y

La figura 7 es una vista en despiece ordenado de un cajón de alas completo con sus largueros delantero y trasero.

Descripción detallada

En el presente contexto, el término 'longitudinal' indica una dirección sustancialmente coincidente o paralela con la de la extensión principal del ala o del empenaje, mientras que el término 'transversal' indica una dirección sustancialmente perpendicular a la misma, identificable, en general, con una dirección sustancialmente coincidente o paralela con la de un perfil de ala o empenaje.

Con referencia a las figuras, un cajón de alas de aeronave en su conjunto se indica con 10.

El cajón de alas 10 comprende un primer panel 12a, un segundo panel 12b y una pluralidad de nervaduras 14.

El primer panel 12a, el segundo panel 12b y las nervaduras 14 están hechos de material compuesto. Preferentemente, el material compuesto comprende una matriz de resina termoendurecible o de bismaleimida y/o un refuerzo de fibra de carbono y/o vidrio.

El primer panel 12a y el segundo panel 12b se pueden fabricar de forma similar. En este ejemplo, en aras de la brevedad, solo se describirá el primer panel 12a, entendiéndose que el segundo panel 12b está compuesto generalmente por elementos similares o idénticos a los del primer panel 12a, obtenidos mediante procesos de fabricación similares.

El primer panel 12a comprende un revestimiento 16 y una pluralidad de larguerillos de refuerzo 18.

El revestimiento 16 comprende una secuencia de capas de material compuesto, preferentemente de un material compuesto de matriz de resina epoxi con refuerzo de fibra de carbono larga. El revestimiento 16 puede obtenerse, por ejemplo, por medio de laminación a mano o con sistemas automatizados de acuerdo con las pautas definidas por el diseño del componente, o por medio de cualquier otro proceso conocido de laminación de capas de material compuesto. En la laminación del revestimiento 16, la compactación con bolsa de vacío con o sin aplicación de calor se puede llevar a cabo de una manera conocida per se.

Los larguerillos 18 pueden tener una sección transversal cerrada del tipo omega, tipo trapezoidal o de acuerdo con otras geometrías. Preferentemente, los larguerillos 18 tienen una sección transversal de tipo omega. Los larguerillos 18 pueden obtenerse mediante cualquier procedimiento conocido para procesar materiales compuestos. Por ejemplo, los larguerillos 18 se pueden laminar inicialmente de forma plana, de manera similar al revestimiento 16, y a continuación cortar con un perfil limpio a lo largo de un borde de los mismos, y someter a un proceso de conformación, de acuerdo con diferentes procedimientos operativos de acuerdo con la técnica conocida. Por ejemplo, los larguerillos 18 se pueden formar en un molde macho con membrana y aplicación de vacío, o en un molde hembra con moldura, con o sin aplicación de calor, etc. De forma alternativa, los larguerillos 18 se pueden laminar directamente sobre un molde, una capa cada vez.

Los larguerillos 18 frescos, es decir, aún no polimerizados, pueden situarse con precisión sobre el revestimiento 16 mediante el uso de herramientas auxiliares para soportar los larguerillos 18, y sistemas de inclinación coordinados con una superficie de laminación (no mostrada, pero conocida per se) del revestimiento 16.

Cuando los larguerillos 18 se han situado sobre el revestimiento 16, los insertos de estabilización alargados 17, preferentemente hechos de caucho de silicona de sección transversal maciza, pueden colocarse en el espacio definido entre cada larguerillo 18 y el revestimiento 16. Los insertos de estabilización alargados 17 colocados en este espacio actúan como soporte, sobre el cual, durante el proceso de polimerización en autoclave, se consolidan las capas de material compuesto de cada larguerillo 18, adquiriendo la forma de diseño final. La ventaja de los insertos de estabilización alargados 17 es que son lo suficientemente flexibles para adaptarse a cualquier rampa y escalón que se pueda prever en el revestimiento 16 debajo de los larguerillos 18. Los insertos de estabilización alargados 17 son capaces de tolerar los altos niveles de temperatura y presión esperados en el autoclave para el proceso de curado (generalmente, aproximadamente 180 °C y 6 bares), sin deformación ni degradación, evitando defectos geométricos en los larguerillos 18. Ventajosamente, los insertos de estabilización alargados 17 están hechos con un compuesto de caucho de silicona que asegura la ausencia de contaminación de la matriz del material compuesto del primer o segundo panel 12a o 12b, y su expansión térmica debe controlarse para asegurar el cumplimiento los requisitos geométricos y la compactación adecuada de cada larguerillo 18 después del proceso de curado. Preferentemente, los insertos de estabilización alargados 17 están hechos de un caucho del grupo de elastómeros VMQ básicos (es decir, vinil-metil-polisiloxano, grupo Q, de acuerdo con la norma ISO 1629) que tiene, por ejemplo, una dureza de aproximadamente 70 Shore A, una densidad de aproximadamente 1,2 g/cm3 y un coeficiente de expansión térmica de aproximadamente 250 |jm/m°C. Otros procedimientos conocidos para obtener larguerillos 18 hechos de material compuesto de acuerdo con la invención comprenden, por ejemplo, el uso de bolsas tubulares inflables.

En una superficie externa de cada larguerillo 18 se coloca típicamente una placa compensadora de presión (no mostrada, conocida per se), hecha de fibra de carbono o metal, suficientemente flexible, por ejemplo que consta de dos capas consecutivas de material compuesto, o capas de aluminio de 0,5-1 mm. Dicha placa compensadora de presión asegura que la forma de los larguerillos 18 se mantenga durante el proceso de curado.

En virtud de estos y otros procesos conocidos para fabricar componentes a partir de materiales laminados compuestos, es posible, por tanto, obtener un primer panel 12a y un segundo panel 12b que sean frescos, es decir, no polimerizados o sin curar, cada uno de los cuales comprende el revestimiento 16 y una pluralidad de larguerillos de refuerzo 18, dispuestos en un primer lado 16' del revestimiento 16. Estos larguerillos 18 se extienden a lo largo de una dirección longitudinal x, es decir, paralelos a una dirección principal de extensión del ala o del empenaje.

El primer y segundo paneles 12a y 12b así obtenidos son, como sabe el experto en la técnica, sustancialmente curvos de acuerdo con las especificaciones técnicas del ala o empenaje a obtener.

La pluralidad de nervaduras 14 puede comprender nervaduras 14 que son idénticas o similares en forma y proporciones. Lo más probable es que cada nervadura 14 sea diferente, dependiendo de la variabilidad del grosor del ala o empenaje a obtener, y las características geométricas específicas de las superficies inferior o superior del perfil aerodinámico, y el ahusamiento típico del cajón de alas 10 a lo largo de la dirección longitudinal, de una manera conocida per se.

Las nervaduras 14 pueden, por ejemplo, tener una forma de doble T obtenida colocando dos elementos en forma de C uno al lado del otro, preferentemente con la adición de rellenos hechos de material preimpregnado preformado unidireccional (llamados 'fideos', no mostrados y conocidos per se) en cavidades creadas en el acoplamiento de los dos elementos en forma de C. Por ejemplo, cada elemento en forma de C puede ser laminado plano, y luego cortado con un perfil limpio a lo largo de uno de los bordes del mismo, para someterse, a continuación, a un proceso de conformación de acuerdo con diversos modos operativos de acuerdo con la técnica conocida. De forma alternativa, cada elemento en forma de C también se puede laminar directamente sobre un molde macho, una capa cada vez, después del corte controlado numéricamente de cada uno de ellos. El corte, realizado en plano, con un perfil limpio de cada elemento en forma de C, también debe tener en cuenta la presencia de las aberturas 14', previstas en los puntos de intersección con los larguerillos 18 del primer panel 12a y/o el segundo panel 12b.

Cada nervadura 14 está hecha de material compuesto y comprende una placa central 15, un primer par de bridas 15a y un segundo par de bridas 15b. El primer par de bridas 15a y el segundo par de bridas 15b están dispuestos en extremos opuestos de la placa 15, para obtener una sección transversal en doble T convencional.

También es posible realizar las nervaduras 14 proporcionando la posibilidad de usar insertos de soporte 20, que se sitiarán en las mencionadas aberturas 14', en contacto con la nervadura 14, como se muestra en la figura 3. Estos insertos de soporte 20 tienen, preferentemente, el mismo grosor que la nervadura 14 y una forma que llena el espacio entre el corte limpio de las aberturas 14' y el larguerillo 18 del primer o segundo panel 12a o 12b sobre el que descansan. Preferentemente, los insertos de soporte 20 están hechos de material plástico resistente a las temperaturas y presiones típicas del proceso de curado, y están libres de bordes afilados para evitar dañar la película de la bolsa de curado con la que entrarán en contacto.

En virtud de estos y otros procesos conocidos para fabricar componentes a partir de materiales laminados compuestos, es posible, por tanto, obtener una pluralidad de nervaduras 14 frescas, es decir, no polimerizadas, que tienen cada una, preferentemente, una sección transversal en forma de doble T y una pluralidad de aberturas 14', previstas en los puntos de intersección con los larguerillos 18 del primer panel 12a y/o el segundo panel 12b.

A continuación se describirá un proceso de fabricación de un cajón de alas 10 con múltiples nervaduras hecho de material compuesto a partir de un primer y segundo panel 12a y 12b, y de una pluralidad de nervaduras 14, como se acaba de describir.

Inicialmente, como se muestra en la figura 2, el primer panel 12a hecho de material compuesto, que comprende el revestimiento 16 y una pluralidad de larguerillos 18, está dispuesto sobre una superficie de curado adecuada 22.

A continuación, como se muestra en la figura 3, la pluralidad de nervaduras 14, en este ejemplo dos nervaduras 14, hechas de material compuesto no polimerizado, se colocan en el primer lado 16' del revestimiento 16 del primer panel 12a. En particular, la primera nervadura 14 está dispuesta inicialmente a lo largo de una dirección transversal y, es decir, de una manera sustancialmente perpendicular a los larguerillos 18. En particular, la primera nervadura 14 se dispone colocando su primer par de bridas 15a respectivo en contacto con el primer lado 16' del revestimiento 16 del primer panel 12a, de modo que las aberturas 14' se sitúen en correspondencia con los larguerillos 18, cada uno de los cuales se extenderá a través de una abertura respectiva 14'.

En este punto, se coloca una herramienta 24 en dicho primer lado 16' del revestimiento 16 del primer panel 12a, en contacto con la primera nervadura 14.

La herramienta 24 tiene la función de soportar los materiales de bolsa a usar en el proceso de curado, que están dispuestos para envolver totalmente cada herramienta 24, y que, al ser flexibles (siendo, en efecto, películas y telas plásticas) no podrían ubicarse de otra manera dentro de los compartimentos - es decir, los espacios definidos entre dos nervaduras consecutivas 14 - para la cobertura total y completa de las superficies compuestas a polimerizar. Además, la herramienta 24 también tiene la función de distanciar y sujetar las nervaduras 14 en las posiciones teóricas proporcionadas por el diseño y permite la transferencia de la pluralidad de nervaduras 14 (preformadas y no polimerizadas) sobre el primer panel 12a.

Para la configuración específica del ejemplo de un cajón de alas 10 que se muestra en las figuras, la herramienta 24 tiene, preferentemente, dimensiones adecuadamente más pequeñas que las superficies internas teóricas de los compartimentos, con el fin de garantizar suficiente espacio para que el grosor de los materiales de bolsa cubra la herramienta.

Ventajosamente, la herramienta 24 está provista de ranuras 26, conformadas para alojar los larguerillos 18 y las placas compensadoras de presión de los mismos. En particular, una herramienta provista de ranuras 26 tanto en su superficie superior 28 como en su superficie inferior 30, opuesta a su superficie superior 28, es adecuada para alojar en dichas ranuras 26 tanto los larguerillos 18 del primer panel 12a como los larguerillos 18 del segundo panel 12b.

Preferentemente, la herramienta 24 está hecha de material de baja densidad de masa, en particular, por ejemplo, un material que tiene una densidad de masa de menos de 1,7 g/cm3, y en una configuración con alta rigidez a la flexión, en particular, por ejemplo, capaz de contener la deformación por flexión en un milímetro por metro de longitud, esto con el fin de permitir una fácil manipulación, incluso manualmente, de la herramienta 24, y evitar cualquier deformación que pudiera transferirse a las nervaduras 14 en estado fresco durante su posicionamiento en el primer panel 12a. Para evitar dañar los materiales de la bolsa debido a impactos y/o rasgaduras con las herramientas 24, las herramientas 24 se fabrican, preferentemente, de resina o usando materiales plásticos, con o sin refuerzos.

Además, la herramienta 24 es, preferentemente, capaz de resistir una presión positiva de al menos 1 bar sin replegarse, ceder o deformarse, ya que durante el revestimiento de la misma con los materiales de bolsa puede contemplarse la aplicación de un vacío.

La herramienta 24 está compuesta por varias partes modulares, en particular al menos tres partes modulares, para permitir la extracción de la misma de cada compartimento después del cierre con el segundo panel 12b, siendo esto a pesar de los socavados que ofrece la configuración del cajón de alas 10, resultante tanto de la presencia de larguerillos 18 en el revestimiento 16 del primer panel 12a como en el revestimiento 16 del segundo panel 12b, y de cualquier perfil curvo que puedan tener el primer y el segundo panel 12a y 12b.

Por estas razones, la herramienta 24 comprende una parte central 24a, una parte inferior 24b y una parte superior 24c, en la que la parte central 24a está interpuesta entre dicha parte inferior 24b y dicha parte superior 24c, y es extraíble a lo largo de la dirección transversal y.

Preferentemente, al menos dos entre la parte central 24a, la parte inferior 24b y la parte superior 24c están unidas entre sí por un elemento de restricción desmontable 32. El elemento de restricción 32 puede comprender, por ejemplo, una placa que se extiende parcialmente sobre cada una de las partes de la herramienta 24, y que está unida a cada parte mediante elementos de sujeción mecánicos convencionales, tales como tornillos o pernos.

La parte central 24a de la herramienta 24 tiene, ventajosamente, una sección ahusada a lo largo de la dirección transversal y. En cualquier caso, la parte central 24a de la herramienta tiene una sección tal que se puede extraer a lo largo de la dirección transversal y, por ejemplo una sección que disminuye linealmente desde un extremo de la parte central 24a al otro, a lo largo de la dirección transversal y.

Ventajosamente, al menos una entre la parte central 24a, la parte inferior 24b y la parte superior 24c de la herramienta 24 tiene chaflanes 34 adaptados para mejorar su manipulación.

Una vez que una herramienta 24 ha sido colocada en contacto con la primera nervadura 14, se coloca una segunda nervadura 14, de la misma manera que la primera nervadura 14, sobre dicho revestimiento 16 del primer panel 12a, a lo largo de la dirección transversal y, en contacto con la herramienta 24, en el lado opuesto a la primera nervadura 14.

De forma alternativa, la pluralidad de nervaduras 14 y herramientas 24 pueden cargarse simultáneamente en el lado 16' del revestimiento 16. De acuerdo con este modo de realización, es posible disponer una primera herramienta 24, colocándola sobre su primera superficie lateral 25 - girándola así sustancialmente 90° - para tener hacia arriba una segunda superficie lateral 27 de la misma, opuesta a la primera superficie lateral 25. A continuación, se procede a situar una nervadura 14 sobre dicha primera herramienta 24, colocando la placa respectiva 15 sobre dicha segunda superficie lateral 27. Se procede así alternando la disposición de una herramienta 24 y una nervadura 14 para obtener un conjunto que comprende una sucesión alterna de herramientas 24 y nervaduras 14 que comienza y termina con un par de herramientas externas 24. A continuación, el conjunto se hace girar apropiadamente y posteriormente se coloca sobre el revestimiento 16 del primer panel 12a, de modo que cada primer par de bridas 15a descanse sobre dicho primer lado 16' del primer panel 12a. Esta operación puede coordinarse con precisión por medio de sistemas metálicos de acoplamiento adecuados dispuestos tanto en la superficie de curado 22 como en los extremos de las herramientas 24.

En esencia, una nervadura 14 y una herramienta 24 están dispuestas de forma alterna de modo que cada par de nervaduras consecutivas 14 esté en contacto con una misma herramienta 24.

Antes de ser colocada dentro de un compartimento respectivo, es decir, en contacto entre un par de nervaduras consecutivas 14, cada herramienta 24 puede, preferentemente, ser revestida con los materiales de bolsa necesarios para el proceso de curado en autoclave.

En particular, es posible revestirlas con los materiales de bolsa típicos del proceso de curado con bolsa al vacío en autoclave, tales como, por ejemplo, película de nailon de alta temperatura, tejido de nailon o poliéster de ventilación superficial, película separadora de alta temperatura. Estos pueden disponerse manualmente en cada herramienta 24 en secuencia, uno encima de otro, formando, usando cintas y sellador, una extensión tubular que envuelve completamente cada herramienta 24, como un caramelo. De forma alternativa, los materiales de bolsa necesarios ya pueden estar hechos en un formato tubular y ajustados como una media en cada herramienta 24. Después de revestir, se puede aplicar vacío a la capa más externa de la bolsa de curado para asegurar que los materiales de bolsa se adapten a las superficies de cada herramienta 24, evitando arrugas y formación de puentes de los mismos materiales.

Una vez que se han dispuesto todas las nervaduras 14 y herramientas 24 necesarias, estando dispuesta así entre cada par de nervaduras consecutivas 14 una herramienta 24 respectiva en contacto con ambas nervaduras 14, se dispone el segundo panel 12b. El segundo panel 12b se coloca en contacto con cada segundo par de bridas 15b de cada nervadura respectiva 14, cubriendo cada compartimento, es decir, los espacios entre cada par de nervaduras consecutivas 14.

El posicionamiento correcto del segundo panel 12b puede asegurarse, por ejemplo, mediante sistemas de coordinación mecánica, tales como conos macho/hembra existentes, o mediante otros sistemas de manipulación de precisión conocidos adecuados.

En un modo de realización, es posible usar un primer panel 12a hecho de material compuesto ya polimerizado y, por tanto, disponer una capa respectiva de adhesivo estructural de alta temperatura entre cada primer par de bridas 15a de cada nervadura 14 y dicho primer lado. 16' del primer panel 12a. De manera similar, también es posible usar un segundo panel 12b hecho de material compuesto ya polimerizado, y así disponer una capa respectiva de adhesivo estructural de alta temperatura entre cada segundo par de bridas 15b de cada nervadura 14 y dicho primer lado 16' del segundo panel 12b. Cuando se usa un primer o segundo panel 12a o 12b de material compuesto ya polimerizado, el proceso de curado se denomina unión conjunta y la capa de adhesivo estructural garantiza la adhesión entre las nervaduras 14 y el primer o segundo panel 12a o 12b, respectivamente.

En otro modo de realización, es posible interponer, entre el segundo panel 12b y el segundo par de bridas 15b de cada nervadura 14, una capa de liberación de alta temperatura respectiva (tal como, por ejemplo, FEP o PTFE) con el fin de hacer, tras el proceso de curado, al segundo panel 12b desmontable del resto del cajón de alas 10, siendo esto con el fin de garantizar la accesibilidad al interior del mismo para cualquier instalación de sistemas o componentes estructurales. Posteriormente, el segundo panel 12b puede montarse sobre las nervaduras 14 con procedimientos tradicionales, aprovechando que, tras el proceso de curado, el perfil del segundo par de bridas 15b se ha moldeado sobre el segundo panel 12b (excepto para la película de liberación, que generalmente es muy fina, por ejemplo, teniendo un grosor de aproximadamente 0,1 mm), lo que facilita el perfecto acoplamiento de las partes.

Ventajosamente, es posible disponer un par de herramientas 24 externamente en dicho primer lado 16' del revestimiento 16 del primer panel 12a, respectivamente en contacto con una primera y una última nervadura 14.

El proceso se completa sellando los extremos respectivos de las bolsas de curado de cada herramienta 24 entre sí y en las superficies respectivas de la superficie de curado 22 y una herramienta de curado superior respectiva dispuesta en el segundo panel 12b, y con dos tiras adicionales de materiales de bolsa colocadas fuera del cajón de alas 10 en las herramientas externas 24.

Después de aplicar el vacío completo a las bolsas de curado y llevar a cabo las pruebas de fugas necesarias, cada herramienta 24 se extrae de los compartimentos y se retiran las herramientas externas 24. De acuerdo con la invención, la extracción de las herramientas 24 de los compartimentos es posible debido a la configuración particular de cada herramienta 24. Específicamente, es posible, en primer lugar, proceder a la extracción de la parte central 24a, manteniendo, preferentemente, la parte superior 24c constreñida, para evitar su caída por gravedad. A continuación, se puede retirar la parte superior 24c y finalmente la parte inferior 24b.

Es posible extraer o retirar la parte central 24a de cada herramienta 24 únicamente mediante una acción de tracción en la dirección transversal y. A continuación, la parte superior 24c y la parte inferior 24b de cada herramienta 24 se mueven primero en una dirección vertical para evitar los socavados en el interior de los compartimentos, y a continuación se tira de ellas a lo largo de la dirección transversal y.

Cuando está presente, es necesario retirar el elemento de restricción 32 antes de proceder a la extracción de la parte central 24a de cada herramienta 24, para poder liberar la parte central 24a, la parte inferior 24b y la parte superior 24c entre sí.

También es posible retirar las herramientas 24 después del proceso de curado en autoclave, es decir, es posible realizar la etapa e) descrita en la reivindicación independiente 1 antes de la etapa d) descrita en la misma, siguiendo las mismas operaciones ya presentadas.

Finalmente, el conjunto que comprende el primer panel 12a, el segundo panel 12b y cada nervadura 14 se somete a un proceso de curado. El proceso de curado se conoce per se e implica la aplicación de un ciclo de temperatura y presión específico, y no se describirá adicionalmente.

Después del proceso de curado, es posible proceder con la rotura, es decir, la retirada de las bolsas de curado, y a continuación con la elevación de la herramienta de curado superior y, finalmente, con la retirada de la placa compensadora de presión y de los insertos de estabilización alargados 17 colocados entre los larguerillos 18 y el revestimiento 16, así como cualquier inserto de soporte 20 en las aberturas 14' de cada nervadura 14.

En este punto, el componente monolítico así obtenido puede equiparse con un larguero delantero correspondiente 36 y un larguero trasero correspondiente 38 (mostrados en la figura 7, conocidos per se), fabricados por separado como componentes sueltos, por medio de un ensamblaje tradicional, para complementar el cajón de alas 10.

Como puede verse a partir de la descripción proporcionada anteriormente, se pueden obtener diversas ventajas mediante un procedimiento de fabricación de acuerdo con la invención.

En virtud de dicho procedimiento, es posible reducir, en comparación con la configuración denominada de "acumulación": los costes de producción, en virtud del menor número de partes a fabricar y gestionar en el sistema de producción; el número de orificios y los elementos de sujeción relativos que se instalarán, reduciendo así los tiempos y costes de ensamblaje y adquisición de las brocas y los elementos de sujeción, que, típicamente, son muy onerosos; el número de inspecciones que deben llevarse a cabo durante el ensamblaje para probar los elementos de sujeción y para verificar la ausencia de juego entre las partes de acoplamiento; y el peso de la estructura, debido al reducido número de elementos de sujeción requeridos y la eliminación del engrosamiento local en las zonas de perforación necesarias para soportar con seguridad las cargas de diseño.

Además, con respecto a la técnica conocida para la construcción de cajones de alas mediante curado conjunto de materiales compuestos, es posible fabricar, a través del procedimiento de acuerdo con la invención, una configuración menos simplificada y aplicable no solo a estabilizadores horizontales, sino también a estructuras que requieran una alta resistencia a la torsión, tales como cajones de alas y unitarios de cola, que son económicamente competitivas.

Sin alterar el principio de la invención, los modos de realización y los detalles de implementación pueden variar ampliamente con respecto a los descritos e ilustrados puramente a modo de ejemplo no limitante, sin apartarse de este modo del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para fabricar un cajón de alas (10) para aeronave, que comprende las etapas de:

a1) disponer, sobre una superficie de curado (22), un primer panel (12a), de un material compuesto, que comprende un revestimiento (16) que tiene un primer lado (16') y una pluralidad de larguerillos (18) que se extienden paralelos a una dirección longitudinal (x);

a2) proporcionar una pluralidad de nervaduras (14), de material compuesto no polimerizado, que comprenden cada una una placa (15), un primer par de bridas (15a) y un segundo par de bridas (15b), estando dispuesto cada par de bridas (15a, 15b) en extremos opuestos de dicha placa (15);

a3) proporcionar al menos una herramienta (24), teniendo cada herramienta (24) una primera superficie lateral (25) y

una segunda superficie lateral (27), opuesta a la primera superficie lateral (25), y que comprende una parte central (24a), una parte inferior (24b) y una parte superior (24c), en el que la parte central (24a) de cada herramienta (24) está interpuesta entre dicha parte inferior (24b) y dicha parte superior (24c) de cada herramienta (24) y puede extraerse en una dirección transversal (y);

b) disponer alternativamente una nervadura (14) en dicho primer lado (16') del primer panel (12a) a lo largo de la dirección transversal (y), colocando el primer par de bridas (15a) en dicho primer lado (16') del primer panel (12a), y una herramienta (24), entre cada par de nervaduras consecutivas (14) y en contacto con ambas;

c) disponer un segundo panel (12b), de un material compuesto, que comprende un revestimiento (16), ^{que tiene un primer lado (16'), y una pluralidad de larguerillos (}18 ^{) que se extienden a lo largo de una} dirección longitudinal (x), poniendo dicho segundo panel (12b) en contacto con el segundo par de bridas (15b) de cada nervadura (14);

d) extraer la parte central (24a) de cada herramienta (24) a lo largo de la dirección transversal (y) y posteriormente retirar la parte superior (24c) y la parte inferior (24b) de cada herramienta (24); y e) hacer que el primer panel (12a), el segundo panel (12b) y cada nervadura (14) se sometan a un proceso de curado en autoclave con bolsa de vacío, de acuerdo con un ciclo específico de presión y temperatura, para curar los componentes no polimerizados.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además la etapa de:

f) proporcionar, antes de la etapa c) un par adicional de herramientas (24), externamente, en dicho primer lado (16') del primer panel (12a), cada una respectivamente en contacto con una primera y una última nervadura (14).

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende, antes de la etapa b), las etapas de:

g1) disponer una primera herramienta (24), colocada en su primera superficie lateral (25);

g2) disponer, de forma alternativa, una nervadura (14), colocando la placa respectiva (15) en dicha segunda superficie lateral (27) de la herramienta (24), y una herramienta (24), entre cada par de nervaduras consecutivas (14) y en contacto con ambas; y

g3) hacer girar el conjunto de nervaduras (14) y herramientas (24) para disponer el conjunto en dicho primer lado (16') del primer panel (12a) de modo que cada primer par de bridas (15a) descanse sobre dicho primer lado (16') del primer panel (12a).

4. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer panel (12a) está hecho de un material compuesto polimerizado, comprendiendo además el procedimiento la etapa de:

f1) disponer, antes de la etapa b), una capa respectiva de adhesivo estructural de alta temperatura entre cada primer par de bridas (15a) de cada nervadura (14) y dicho primer lado (16') del primer panel (12a).

5. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el segundo panel (12b) está hecho de un material compuesto ya polimerizado, y el procedimiento comprende además la etapa de:

f2) disponer, antes de la etapa c), una capa respectiva de adhesivo estructural de alta temperatura entre cada segundo par de bridas (15b) de cada nervadura (14) y dicho primer lado (16') del segundo panel (12b).

6. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además las etapas de:

f3) disponer, antes de la etapa c), una capa de liberación de alta temperatura respectiva entre cada segundo par de bridas (15b) de cada nervadura (14) y dicho primer lado (16') del segundo panel (12b).

7. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la pluralidad de larguerillos (18) del primer panel (12a) y/o del segundo panel (12b) está hecha de un material compuesto no polimerizado, y el procedimiento comprende además las etapas de:

h1) disponer, antes de la etapa al), insertos de estabilización alargados de sección transversal maciza (17) en un espacio definido entre cada larguerillo (18) y el primer o segundo panel respectivo (12a, 12b); y

h2) retirar, después de la etapa e), dichos insertos de estabilización alargados (17).

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dichos insertos de estabilización alargados (17) están hechos de un caucho del grupo de elastómeros VMQ básicos (es decir, vinil-metil-polisiloxano, grupo Q, de acuerdo con la norma ISO 1629).

9. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material compuesto de al menos uno entre el primer panel (12a), el segundo panel (12b) y la pluralidad de nervaduras (14) comprende una matriz de resina termoendurecible o de bismaleimida y/o un refuerzo de fibra de carbono y/o vidrio.

10. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la etapa de:

m) cubrir cada herramienta (24), antes de la etapa b), con una bolsa de curado.

11. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada nervadura (14) tiene aberturas (14') dispuestas en correspondencia con larguerillos de refuerzo respectivos (18) del primer panel (12a) y/o del segundo panel (12b).

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende la etapa de:

n) proporcionar insertos de soporte (20), hechas de material plástico para resistir el ciclo específico de presión y temperatura del proceso de curado en autoclave, en cada abertura (14') de cada nervadura (14), en contacto con los larguerillos de refuerzo respectivos (18).

13. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende además la etapa de:

p) antes de la etapa d), retirar de cada herramienta (24) un elemento de restricción desmontable (32) adaptado para asegurar entre sí al menos dos entre la parte inferior (24b), la parte central (24a) y la parte superior (24c) de cada herramienta (24).

14. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la parte central (24a) de cada herramienta (24) tiene una sección ahusada a lo largo de la dirección transversal (y).

15. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que cada herramienta (24) está hecha de un material que tiene una densidad de masa inferior a 1,7 g/cm3, y en una configuración que tiene una rigidez a la flexión tal que la deformación por flexión está limitada a 1 mm por cada metro de longitud.

16. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos una entre la parte central (24a), la parte superior (24c) y la parte inferior (24b) de cada herramienta (24) tiene chaflanes (34) adaptados para facilitar la manipulación.