BR112014010465B1

BR112014010465B1 - escora composta tubular tendo reforço interno e método para fabricação da mesma

Info

Publication number: BR112014010465B1
Application number: BR112014010465-4A
Authority: BR
Inventors: Samuel R. Stewart
Original assignee: The Boeing Company
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2012-10-05
Publication date: 2020-11-17
Also published as: EP2773497A1; CA2850628A1; EP2773497B1; CA2850628C; CN103889692B; JP6189312B2; WO2013066565A1; JP2015502504A; BR112014010465A2; PT2773497T; US8904904B2; CN103889692A; ES2770654T3; US20130112309A1

Abstract

ESCORA COMPOSTA TUBULAR TENDO REFORÇO INTERNO E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DA MESMA. A presente invenção refere-se a uma escora (20) que compreende um tubo composto substancialmente oco (22). Um encaixe (24) em cada extremidade do tubo adapta a escora para fixação em uma estrutura. O tubo é reforçado por pelo menos um par de reforços opostos. Um método de criação da escora é também revelado.

Description

INFORMAÇÃO PRECEDENTE 1. Campo:

[001] A presente revelação refere-se, de forma geral, a estruturas de colunas compostas e lida mais particularmente com uma escora tubular composta internamente reforçada para maximizar a razão da resistência em relação ao peso da escora.

2. Precedentes:

[002] As estruturas de colunas formadas de compostos são usadas em uma variedade de aplicações por causa da sua razão favorável de resistência em relação ao peso. Por exemplo, escoras tubulares compostas podem ser usadas na indústria aeroespacial como um suporte ou reforço para transferir as cargas em qualquer direção ao longo do eixo geométrico longitudinal da escora, assim colocando a escora em compressão ou em tensão. Encaixes nas extremidades da escora proporcionam resistência adicional nos pontos de fixação da escora em uma estrutura.

[003] Escoras compostas são conhecidas nas quais os encaixes de extremidade, frequentemente fabricados de metal, são presos em um corpo composto tubular por ligações ao invés de por prendedores. Os corpos tubulares têm uma seção transversal substancialmente constante e uma parede relativamente grossa, a fim de satisfazer critérios de carga do projeto. Os encaixes podem ser presos nas extremidades do corpo tubular por juntas de degrau duplo que podem resultar em forças de descascamento maiores do que as desejadas sendo aplicadas nas camadas interna e externa da parede do tubo. A fabricação desses tipos de escoras compostas é tanto trabalhosa quanto longa por causa da necessidade da disposição manual precisa das camadas, bem como da necessidade de dois ciclos de cura em autoclave para separadamente curar as camadas interna e externa da junta.

[004] Dessa forma, existe uma necessidade de uma escora composta tubular que possa ser mais rapidamente fabricada e usando menos hora de trabalho especializado. Também existe uma necessidade por uma escora composta como descrito acima que tenha uma razão melhorada de resistência em relação ao peso.

SUMÁRIO

[005] As modalidades reveladas apresentam uma escora composta tubular e método de fabricação relacionado que otimizam a razão de resistência estrutural da escora através do uso de uma conFIGURAção de tubo de seção transversal adequada que utiliza reforços internos curados juntos com o corpo do tubo, bem como a capacidade de adequar a espessura da camada externa. A escora é fabricada usando um mandril interno que permite a disposição dos reforços internos projetados para resultar em um momento idealizado de valor de inércia e maximizar o desempenho da escora. O mandril interno permite o uso de uma máquina de colocação de fibra automática para dispor as camadas do corpo tubular e os reforços, o que pode reduzir a necessidade de um ciclo de cura em autoclave para realizar uma compactação desejada. O corpo de tubo é unido nos encaixes de extremidade usando uma junta escalonada com uma única ligação lateral. Os reforços internos podem ser posicionados e projetados para resistir às forças de curvatura dependendo do plano de carregamento da fixação, dessa forma permitindo uma redução da espessura da parede do corpo do tubo.

[006] De acordo com uma modalidade revelada, uma escora é apresentada compreendendo um corpo tubular composto laminado tendo um interior oco substancial. Pelo menos um par de reforços se estende longitudinalmente através do interior de e é preso em lados opostos do corpo tubular. O corpo do tubo inclui encaixes de extremidade adaptados para prender a escora em uma estrutura. Os encaixes incluem uma abertura tendo um eixo geométrico central e adaptada para receber um pino alongado conectando o encaixe na estrutura. Cada extremidade dos reforços é substancialmente simétrica ao redor de um plano que se estende perpendicular ao eixo geométrico do pino. Cada um dos encaixes inclui um par da pluralidade de degraus externos e o corpo tubular inclui grupos de camadas respectivamente sobrepondo e unidas nos degraus. A escora ainda compreende uma única junta de cisalhamento entre cada um dos encaixes e uma extremidade correspondente do corpo tubular. Cada um dos reforços é um composto laminado curado junto com o corpo tubular.

[007] De acordo com outra modalidade, uma escora é apresentada para transferir as cargas em compressão ou tensão. A escora compreende um corpo tubular alongado tendo uma parede formada de múltiplas camadas compostas laminadas e encaixes de extremidade adaptados para prender o corpo tubular em uma estrutura usando um pino. A escora ainda compreende uma única junta unida de cisalhamento entre cada um dos encaixes e o corpo tubular e reforços compostos dentro do corpo tubular presos na parede para reforçar o corpo. Cada um dos encaixes de extremidade transfere as cargas para o corpo tubular ao redor do eixo geométrico longitudinal do pino correspondente. Os reforços compostos incluem pelo menos um primeiro par de reforços opostos alinhados ao longo de um eixo geométrico substancialmente perpendicular aos eixos geométricos do pino.

[008] De acordo com ainda outra modalidade, um método é apresentado para constituir uma escora, compreendendo fabricar um mandril alongado, incluindo formar cavidades no mandril ao longo do seu comprimento. O método também inclui colocar um encaixe em cada extremidade do mandril, localizar dispositivos de reforço composto nas cavidades do mandril e formar um corpo composto tubular dispondo as camadas compostas no mandril sobrepondo os dispositivos de reforço e os encaixes. O método ainda compreende curar junto o corpo tubular e os reforços e remover o mandril. A formação do mandril inclui formar um eixo em cada extremidade do mandril e a colocação dos encaixes no mandril é executada colocando os encaixes nos eixos. Os reforços podem ser formados fora de linha e colocados no mandril como uma disposição de parte completa. A localização dos dispositivos de reforço nas cavidades do mandril inclui dispor e formar os reforços e colocar os dispositivos de reforço formados nas cavidades. A formação do corpo tubular pode ser executada usando uma máquina de colocação de fibra automática para assentar e compactar tiras da fita composta sobre a superfície do mandril. A localização dos dispositivos de reforço nas cavidades do mandril pode incluir usar uma máquina de colocação de fibra automática para assentar e compactar as tiras de fita composta dentro das cavidades. A formação do corpo composto tubular pode incluir formar uma única junta de cisalhamento entre o corpo tubular e cada um dos encaixes. A remoção do mandril pode incluir dissolver o mandril com um líquido. O método pode ainda compreender inserir mandris de reforço dentro dos dispositivos de reforço e remover os mandris de reforço depois que o corpo tubular e os reforços tenham sido curados juntos.

[009] Em suma, de acordo com um aspecto da invenção, é apresentada uma escora, incluindo um tubo composto laminado tendo um interior substancialmente oco, pelo menos um par de reforços longitudinais presos nos lados opostos do tubo e um encaixe em cada extremidade do tubo adaptado para ser preso em uma estrutura.

[0010] Vantajosamente, a escora em que os reforços estão localizados dentro do interior oco do tubo.

[0011] Vantajosamente, a escora em que o encaixe inclui uma abertura tendo um eixo geométrico central e adaptada para receber um pino alongado conectando o encaixe na estrutura e cada um dos reforços é substancialmente simétrico ao redor de um plano perpendicular ao eixo geométrico da abertura.

[0012] Vantajosamente, a escora em que cada um dos reforços é substancial mente simétrico ao redor de um plano perpendicular ao eixo geométrico da abertura.

[0013] Vantajosamente, a escora em que cada um dos encaixes inclui uma pluralidade de degraus externos e o tubo inclui grupos de camadas respectivamente sobrepondo os degraus, em que os degraus externos e os grupos sobrepostos de camadas formam uma única junta de cisalhamento.

[0014] Vantajosamente, a escora ainda incluindo um segundo par dos reforços dentro do interior oco do tubo e preso no tubo.

[0015] Vantajosamente, a escora em que o segundo par de reforços é substancialmente simétrico ao redor de um plano substancialmente paralelo ao eixo geométrico da abertura e cada um dos reforços é trapezoidal na forma da seção transversal.

[0016] Vantajosamente, a escora em que cada um dos reforços é um composto laminado e é curado junto com o tubo.

[0017] Vantajosamente, a escora em que cada um dos encaixes é de metal e é preso no tubo por uma única junta de cisalhamento.

[0018] De acordo com outro aspecto da invenção, é apresentada uma escora para transferir cargas em compressão ou tensão, incluindo um tubo alongado tendo uma parede formada de múltiplas camadas compostas laminadas; um encaixe em cada extremidade do corpo tubular adaptado para prender o tubo em uma estrutura com um pino, uma única junta de união de cisalhamento entre cada um dos encaixes e o tubo e reforços compostos presos na parede do tubo para reforçar o corpo.

[0019] Vantajosamente, a escora em que cada um dos encaixes transfere cargas para o tubo ao redor do eixo geométrico longitudinal do pino correspondente e os reforços compostos ficam localizados dentro do tubo e incluem pelo menos um primeiro par de reforços opostos alinhados ao longo de um eixo geométrico substancialmente perpendicular aos eixos geométricos do pino.

[0020] Vantajosamente, a escora em que os reforços compostos incluem um segundo par de reforços opostos alinhados ao longo de um eixo geométrico que se estende substancialmente paralelo aos eixos geométricos do pino.

[0021] Vantajosamente, a escora em que cada um dos encaixes inclui uma parede externa tendo uma pluralidade de degraus externos e o corpo do tubo inclui grupos de camadas respectivamente sobrepondo os degraus externos e formando uma única junta de cisalhamento.

[0022] Vantajosamente, a escora em que cada um dos reforços é um composto laminado e é curado junto com o tubo.

[0023] Vantajosamente, a escora em que cada um dos reforços se estende substancialmente por todo o comprimento entre os encaixes.

[0024] De acordo com ainda outro aspecto da invenção, é apresentado um método de criação de uma escora, incluindo fabricar um mandril alongado; colocar um encaixe em cada extremidade do mandril; localizar dispositivos de reforço composto no mandril; formar um tubo composto pela disposição de camadas compostas no mandril; curar junto o tubo e os reforços e remover o mandril.

[0025] Vantajosamente, o método em que a fabricação do mandril inclui formar um eixo em cada extremidade do mandril e formar as cavidades no mandril ao longo do seu comprimento e a colocação dos encaixes no mandril é executada pela colocação dos encaixes nos eixos.

[0026] Vantajosamente, o método em que a localização dos dispositivos de reforço no mandril inclui a disposição e a formação dos reforços e a colocação dos dispositivos de reforço formados nas cavidades do mandril.

[0027] Vantajosamente, o método em que a formação do tubo composto é executada usando uma máquina de colocação de fibra automática para assentar e compactar tiras de fita composta na superfície do mandril.

[0028] Vantajosamente, o método em que a localização dos dispositivos de reforço nas cavidades do mandril inclui usar uma máquina de colocação de fibra automática para assentar e compactar tiras de fita composta dentro das cavidades.

[0029] Vantajosamente, o método em que a formação do tubo composto inclui formar uma única junta de cisalhamento entre o tubo e cada um dos encaixes.

[0030] Vantajosamente, o método em que a remoção do mandril inclui dissolver o mandril com um líquido.

[0031] Vantajosamente, o método ainda incluindo inserir mandris de reforço dentro dos dispositivos de reforço e remover os mandris de reforço depois que o tubo e os reforços foram curados juntos.

[0032] De acordo com um aspecto adicional da presente invenção, é apresentado um método de criação de uma escora para aplicações em avião, incluindo fabricar um mandril alongado, incluindo formar cavidades no mandril ao longo do seu comprimento e formar eixos em cada extremidade do mandril; fabricar encaixes de extremidade de metal, colocar mangas no encaixe de extremidade de metal respectivamente sobre os eixos do mandril; dispor e formar uma pluralidade de reforços, cada um tendo uma forma de seção transversal correspondendo com a forma da seção transversal das cavidades do mandril; localizar os dispositivos de reforço composto nas cavidades do mandril; colocar mandris de reforço nos dispositivos de reforço; formar um tubo composto dispondo as camadas compostas no mandril sobrepondo os dispositivos de reforço, os encaixes e os mandris do reforço e curar junto o tubo e os dispositivos de reforço e remover os mandris pela dissolução dos mandris.

[0033] De acordo com ainda um aspecto adicional da presente invenção, é apresentada uma escora de avião para transferir as cargas em compressão ou tensão, incluindo um tubo alongado tendo uma parede formada de múltiplas camadas compostas laminadas; um encaixe em cada extremidade do tubo adaptado para prender o corpo tubular em uma estrutura com um pino; uma única junta de união de cisalhamento entre cada um dos encaixes e o corpo do tubo; e reforços compostos dentro do corpo do tubo presos na parede para reforçar o corpo e em que cada um dos encaixes transfere as cargas para o corpo do tubo ao longo do eixo geométrico longitudinal do pino correspondente, e os reforços compostos incluem pelo menos um primeiro par de reforços opostos alinhados ao longo de um eixo geométrico substancialmente perpendicular aos eixos geométricos do pino, cada um dos reforços tem uma forma de seção transversal substancial mente trapezoidal, os reforços compostos ainda incluem um segundo par de reforços opostos alinhados ao longo de um eixo geométrico que se estende substancialmente paralelo aos eixos geométricos do pino, cada um dos encaixes inclui uma parede externa tendo uma pluralidade de degraus externos e uma parede interna substancial mente lisa, e o corpo do tubo inclui grupos de camadas respectivamente sobrepondo os degraus externos.

[0034] As características, funções e vantagens podem ser atingidas independentemente em várias modalidades da presente revelação ou podem ser combinadas em ainda outras modalidades, nas quais detalhes adicionais podem ser observados com referência à descrição seguinte e aos desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0035] Os novos aspectos julgados característicos das modalidades vantajosas são apresentados nas reivindicações anexas. As modalidades vantajosas, entretanto, bem como um modo preferido de uso, objetivos adicionais e suas vantagens serão mais bem entendidos por referência à descrição detalhada seguinte de uma modalidade vantajosa da presente revelação quando lida em conjunto com os desenhos acompanhantes, nos quais:

[0036] A FIGURA 1 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma escora composta de acordo com as modalidades reveladas.

[0037] A FIGURA 2 é uma ilustração de uma vista superior de um dos encaixes de extremidade da escora mostrada na FIGURA 1.

[0038] A FIGURA 2A é uma ilustração de uma vista lateral na direção mostrada como 2A-2A na FIGURA 2,

[0039] A FIGURA 3 é uma ilustração de uma vista do corte tomada ao longo da linha 3-3 na FIGURA 1.

[0040] A FIGURA 4 é uma ilustração de uma vista seccional tomada ao longo da linha 4-4 na FIGURA 3.

[0041] As FIGURAS 4A a 4C são ilustrações similares à FIGURA 4A, mas mostrando respectivamente modalidades alternadas da escora composta.

[0042] A FIGURA 5 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de um mandril usado para fabricar a escora mostrada na FIGURA 1.

[0043] A FIGURA 6 é uma ilustração de uma vista superior do mandril mostrado na FIGURA 5, com os encaixes de extremidade da escora tendo sido presos nos eixos do mandril.

[0044] A FIGURA 7 é uma ilustração de uma vista seccional tomada ao longo da linha 7-7 na FIGURA 6.

[0045] A FIGURA 8 é uma ilustração de uma vista seccional tomada ao longo da linha 8-8 na FIGURA 7.

[0046] A FIGURA 9 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de um dispositivo de reforço.

[0047] A FIGURA 10 é uma ilustração de uma vista da extremidade do corte mostrando o reforço mostrado na FIGURA 9 sendo colocado em uma das cavidades do mandril.

[0048] A FIGURA 11 é uma ilustração similar à FIGURA 10, mas mostrando o reforço tendo sido totalmente instalado na cavidade e um mandril tendo sido instalado dentro do reforço.

[0049] A FIGURA 12 é uma ilustração similar à FIGURA 10, mas mostrando uma modalidade alternada do reforço sendo colocado em uma forma modificada de uma das cavidades do mandril.

[0050] A FIGURA 13 é uma ilustração similar à FIGURA 12, mas mostrando o reforço tendo sido totalmente instalado na cavidade e um mandril junto com enchimentos de raio tendo sido instalados.

[0051] A FIGURA 14 é uma ilustração similar à FIGURA 13, mas mostrando tiras de fita composta sendo dispostas sobre o mandril, cobrindo o reforço e o mandril do reforço.

[0052] A FIGURA 15 é uma ilustração de uma vista em perspectiva de uma máquina de colocação de fibra automática aplicando fita composta no conjunto de mandril mostrado na FIGURA 6.

[0053] A FIGURA 16 é uma ilustração de um diagrama de fluxo de um método de criação de uma escora composta de acordo com as modalidades reveladas.

[0054] A FIGURA 17 é uma ilustração de um diagrama de fluxo da produção do avião e metodologia de serviço.

[0055] A FIGURA 18 é uma ilustração de um diagrama de blocos de um avião.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0056] Com referência primeiro à FIGURA 1, um elemento estrutural colunar na forma de uma escora alongada 20 compreende um tubo geralmente cilíndrico 22 e um par de encaixes de extremidade 24 unidos em extremidades opostas do tubo 22. O tubo 22 pode compreender, mas não é limitado a um material composto, tal como múltiplas camadas laminadas de uma resina de polímero reforçada com fibra incluindo, mas não limitado a epóxi reforçado com fibra de carbono. No exemplo ilustrado, a forma da seção transversal do corpo do tubo 22 é substancial mente redonda, entretanto, outras formas de seção transversal são possíveis, tais como, sem limitação, formas quadradas, triangulares, hexagonais e pentagonais.

[0057] Cada um dos encaixes de extremidade 24 pode ser, mas não é limitado a um metal, tal como alumínio ou titânio ou um composto. Os encaixes de extremidade 24 podem ser fabricados por fundição, usinagem ou outras técnicas de fabricação comuns. Onde os encaixes de extremidade 24 são formados de materiais compostos, eles podem incluir insertos metálicos e/ou buchas metálicas (não mostradas). Cada um dos encaixes de extremidade inclui manilhas 26 compreendendo um par de projeções separadas 28 respectivamente tendo uma abertura 30 alinhada ao longo de um eixo geométrico 27 para receber um pino de fixação 32, sem limitação mostrado como cilíndrico, que conecta o encaixe 24 em uma estrutura (não mostrada). Embora mostrado como uma manilha 26 de projeção dupla 28, mais ou menos do que duas projeções 28 podem ser utilizadas, dependendo da aplicação. Os pinos 32, junto com os encaixes de extremidade 24, formam conexões articuladas entre a escora 20 e a estrutura (não mostrada) na qual ele é preso. A escora 20 pode ser utilizada, por exemplo, e sem limitação, como um suporte entre o motor de um avião (não mostrado) e a carcaça (não mostrada). Dependendo da aplicação, a escora 20 pode funcionar para transferir as cargas axiais de modo bidirecional, de modo que a escora 20 pode ser colocada em tensão ou em compressão ou ambos em um modo alternado, ao longo do seu eixo geométrico central 29. A escora 20 pode também experimentar carregamento de torção limitado.

[0058] Com referência agora às FIGURAS 2, 3 e 4, cada um dos encaixes 24 inclui uma seção cilíndrica 35 tendo um diâmetro externo Di (FIGURA 2) que é substancial mente igual ao diâmetro externo D2 (FIGURA 4) do corpo do tubo 22. Os encaixes de extremidade 24 também incluem uma seção escalonada 40 de comprimento L formada por uma série de degraus cilíndricos 42 de diâmetro progressivamente menor. O aumento do comprimento L aproximadamente para a aplicação ajuda na dispersão da “rigidez” associada com a interseção de um encaixe de metal 24 e com o tubo composto 22. Em outras palavras, o aumento do comprimento L da seção escalonada 40 dispersa a carga transferida entre o encaixe de extremidade 24 do tubo 22 através de uma área maior. O interior de cada encaixe 24 pode ser substancial mente oco, definido por um furo liso que se estende longitudinalmente 44 tendo um diâmetro D3 que se estende através do comprimento do encaixe 24. Na modalidade ilustrada, o diâmetro D3 do furo 44 é substancialmente igual ao diâmetro interior D4 do tubo 22, a fim de maximizar a área de contato e, assim, a capacidade de transferência de carga, entre o encaixe 24 e o tubo 22. Entretanto, em outras modalidades, o diâmetro D3 do furo 44 pode ser diferente do que o diâmetro interior D4 do tubo 22. Como mostrado na FIGURA 2, as projeções 28 são separadas em 38 para receber uma projeção 33 em uma estrutura (não mostrada) na qual a escora deve ser presa. Embora não mostrado na FIGURA 2, o pino de fixação 32 (FIGURA 1) passa através de cada uma das projeções 28, 33.

[0059] O corpo do tubo 22 compreende uma pluralidade de grupos escalonados 45 de camadas compostas 48 que podem ser formadas de fita reforçada com fibra de prepreg aplicada, por exemplo, e sem limitação, por uma máquina de colocação de fibra automática (AFP) (não mostrada). Entretanto, o uso de outros tipos de materiais compostos, tais como, sem limitação, metálicos e cerâmicos, e outros tipos de técnicas de fabricação podem ser possíveis. Os grupos de camadas escalonados 45 são sequencialmente dispostos sobre os degraus 42 dos encaixes de extremidade 24, começando com a disposição da camada no degrau mais interno 42a e terminando com a disposição da camada no degrau mais externo 42b. Os grupos de camadas escalonados 45 sobrepõem respectivamente os degraus 42 para formar uma única junta de cisalhamento escalonada 40 que se estende ao longo do comprimento L da seção escalonada 40 do encaixe 35. Em outras modalidades, pode ser possível utilizar uma junta enviesada (não mostrada) entre o tubo 22 e o encaixe 24, que compreende múltiplos chanfros com as mesmas inclinações ou variadas. A parede 50 do corpo do tubo 22 tem uma espessura t (FIGURA 4). Na modalidade ilustrada, os grupos de camadas escalonados 45 formam uma extremidade de tubo fêmea na qual o encaixe macho 24 é recebido, entretanto, em outras modalidades, os grupos de camadas escalonados 45 podem formar uma extremidade macho do tubo 22 e os degraus 42 do encaixe 24 podem ser formados no diâmetro interior D3 do furo 44 que recebe a extremidade macho do tubo 22.

[0060] Com referência agora particularmente às FIGURAS 3 e 4, em uma modalidade, o tubo 22 pode ser internamente reforçado por dois pares de reforços compostos alongados 52, 54, respectivamente. O primeiro par de reforços 52 fica localizado diametralmente oposto entre si (FIGURA 4) na superfície interior 47 da parede do tubo 22 e é geralmente alinhado de modo simétrico ao longo do eixo geométrico 25 que se estende substancial mente ortogonal ao eixo geométrico 27 do pino 30. O segundo par de reforços 54 fica também localizado diametralmente oposto entre si e geralmente alinhado de forma simétrica ao longo do eixo geométrico 27 do pino 30. No exemplo ilustrado, cada um dos reforços 52, 54 é substancialmente trapezoidal na forma da seção transversal, entretanto, outras formas de seção transversal são possíveis. Cada um dos reforços 52 tem uma área de seção transversal maior do que os reforços 54, de modo a prover o tubo 22 com maior resistência à curvatura ao redor dos eixos geométricos do pino 27. Em uma modalidade, um ou ambos dos reforços 52, 54 têm uma forma de seção transversal que é substancialmente constante ao longo do comprimento do reforço 52, 54. Entretanto, em outras modalidades, a seção transversal de qualquer um dos reforços 52, 54 pode variar em forma ou área, tanto linearmente quanto não linearmente ao longo do comprimento do reforço 52, 54. Em algumas modalidades, os reforços 52, 54 podem ser unidos no tubo 22 depois que o tubo 22 é curado.

[0061] Embora a modalidade mostrada nas FIGURAS 3 e 4 utilize reforços 54 localizados dentro da superfície 47 do tubo 22, outras disposições de reforço são possíveis. Por exemplo, a FIGURA 4A ilustra reforços compostos 52, 54 que ficam localizados na superfície exterior 53 do tubo 22, enquanto a FIGURA 4B ilustra reforços 52, 54 que ficam respectivamente localizados na superfície exterior 53 e a superfície interior 47 do tubo 22. A FIGURA 4C ilustra ainda outra modalidade, na qual os reforços 54 localizados em ambas as superfícies interior e exterior 47, 53 respectivamente do tubo 22.

[0062] A atenção é agora direcionada para a FIGURA 5 que ilustra um mandril interno 56 que pode ser usado para fabricar a escora 20 previamente descrita. O mandril 56 inclui um corpo geralmente cilíndrico 57 tendo uma superfície de mandril externa geralmente cilíndrica 58. O corpo do mandril 57 também inclui quatro cavidades longitudinais espaçadas na circunferência 62 nele, cada uma tendo uma forma de seção transversal correspondendo substancialmente com as formas da seção transversal de um dos reforços 52, 54. O mandril 56 ainda compreende um par de eixos geralmente cilíndricos 64 nas suas extremidades opostas que podem ser formados integrais com o corpo do mandril 57. Cada um dos eixos 64 tem um diâmetro 66 correspondendo substancial mente com o diâmetro interior D3 do furo 44 nos encaixes 24 (FIGURA 3). Um furo vazado centralmente localizado 68 se estende axialmente através do corpo 57, cujas finalidades serão descritas mais tarde em mais detalhes.

[0063] O mandril 56 pode ser formado de um material comercial mente disponível que pode ser dissolvido quando submetido a um líquido adequado, tal como água em um estágio posterior do processo de fabricação. Em uma modalidade, um material em pó adequado é misturado com água e derramado ou injetado em um molde (não mostrado), a fim de formar os aspectos do mandril 56. Seguinte à moldagem, o mandril é curado, seco usando uma fonte de calor adequada, tal como um forno de convecção e depois vedado, como requerido. Alternativamente, um mandril 56 solúvel em água pode ser fabricado usando processos de fabricação aditivos. Em outra modalidade, o mandril 56 pode ser fabricado a partir de um bloco de material usando processos removíveis com material adequado. Em ainda outras modalidades, o mandril 56 pode ser formado de um material que é incinerado quando elevado para uma temperatura predeterminada ou pode compreender uma bexiga inflável que é esvaziada e removida do corpo do tubo 22 depois que o processo de fabricação está completo. Em ainda outras modalidades, o mandril 56 pode ser desmontado e removido em pedaços depois que 0 tubo 22 está curado.

[0064] Com referência agora às FIGURAS 6 e 7, depois que o mandril 56 foi fabricado, os encaixes de extremidade 24 são encapados sobre os eixos 64. Como pode ser observado na modalidade ilustrada na FIGURA 7, cada um dos eixos 64 enche de maneira substancial mente completa o diâmetro D3 do furo 44 (FIGURA 3) do encaixe de extremidade 24 correspondente. Em outras modalidades, o eixo 64 pode se estender somente parcial mente através do comprimento L (FIGURA 3) do furo 43.

[0065] Com referência agora às FIGURAS 8 e 9, em uma modalidade, os reforços 50, 52 podem ser dispostos e formados para a forma usando ferramentas separadas (não mostradas) usando processos convencionais de disposição e consolidação. Depois, como mostrado na FIGURA 10, o dispositivo de reforço formado 50, 52 pode ser inserido nas cavidades correspondentes do mandril 60, 62. Alternativamente, entretanto, equipamento automático, tal como uma máquina AFP, pode ser utilizado para dispor diretamente o reforço 52 dentro da cavidade 62 assentando tiras (não mostradas) de fita prepreg reforçada com fibra dentro das cavidades 60,62 e compactando as tiras contra o mandril 56. Com referência à FIGURA 11, depois que os dispositivos de reforço 50, 52 foram colocados dentro da cavidade 62, mandris de reforço adequados 84, que podem compreender um material sólido dissolúvel, ou bexigas infláveis, são colocados dentro do reforço 52, a fim de manter a forma do reforço 52 e impedir que ele feche durante as etapas de fabricação subsequentes.

[0066] Um ou mais dos reforços 50, 52 podem incluir traços que podem melhorar a conexão estrutural entre o reforço 50, 52 e o tubo 22. Por exemplo, com referência à FIGURA 12, os reforços 50, 52 podem incluir flanges laterais integrados 61 que são recebidos respectivamente dentro de recessos 63 formados na superfície 58 do mandril 56, adjacente às cavidades 60,62. Como mostrado na FIGURA 13, quando os reforços 50, 52 são colocados nas cavidades do mandril 60, 62, os flanges 61 ficam substancialmente nivelados com a superfície do mandril 58. Um enchimento de raio 65 pode ser instalado entre o mandril do reforço 84 e os flanges 61 para ajudar a impedir que os flanges 61 fechem para dentro durante as fases subsequentes de compactação e cura. A seguir, como mostrado na FIGURA 14, camadas compostas 48 formando os grupos de camadas 45 (FIGURA 3) são dispostas sobre o mandril 56, cobrindo os flanges 61 e a seção escalonada 40 (FIGURA 3) dos encaixes de extremidade 24. Durante esse processo de disposição, os mandris de reforço 84 suportam as camadas 48 e reagem às forças de compactação da camada aplicadas nessas aplicações onde uma máquina AFP é usada para executar o processo de disposição.

[0067] A FIGURA 15 ilustra o uso de uma máquina AFP 74 para dispor os reforços 52, 54 e/ou as camadas 48 que formam a parede 50 do tubo 22. A máquina AFP 74 pode ser qualquer de vários tipos adequados diferentes que incluem uma cabeça aplicadora de fita composta 78 controlada por um robô 76. O mandril 56 e os encaixes de extremidade 24 são suportados em mecanismo giratório adequado 70 que gira 82 o mandril 56 ao redor de um eixo geométrico central 80. As camadas 48 podem incluir reforço de fibra unidirecional tendo orientações de fibra variadas de acordo com um planejamento de camada predeterminado incluindo, mas não limitado a 0, -30, -45, 90, - 60, -45 e -30 graus ou outras orientações de fibra. Como previamente mencionado, outros tipos de processos de disposição automáticos podem ser utilizados para dispor os reforços 50, 52 e/ou as camadas da parede do tubo 50 incluindo, sem limitação, enrolamento de filamento e disposição de tecido.

[0068] A FIGURA 15 resume as etapas gerais do método previamente descrito para fabricar a escora 20. Começando em 86, os encaixes de extremidade 24 são fabricados usando fundição adequada e técnicas de moldagem e/ou usinagem. Em 88, o mandril 56 é formado que inclui formar ou montar o corpo do mandril 57, cavidades 60, 62 e eixos 64. Em 90, os encaixes de extremidade 24 são instalados nos eixos 64 do mandril 56. Em 92, os reforços 50, 52 são dispostos e formados usando ferramentas separadas. Alternadamente, os reforços 50, 52 podem ser dispostos diretamente dentro das cavidades 60, 62 usando uma máquina AFP. Nessas modalidades onde os reforços 50, 52 são individualmente dispostos e formados em ferramentas separadas, eles são então colocados dentro das cavidades do mandril 60, 62 na etapa 94. Na etapa 96, mandris de reforço 84 são instalados dentro dos dispositivos de reforço 52, 54 junto com elementos adicionais, tais como macarrões ou outros enchimentos, como exigido. Na etapa 98, as camadas 48 da parede do tubo 50 são dispostas sobre o corpo do mandril 57, cobrindo os dispositivos de reforço 50, 52 e a seção escalonada 40 dos encaixes de extremidade 24. Em 100, um conjunto de saco de vácuo (não mostrado) é instalado ao redor do dispositivo da escora. Em 102, o dispositivo da escora é compactado e curado usando um autoclave ou outros processos que aplicam calor e pressão no dispositivo. Finalmente, em 104, os mandris 56, 84 são removidos. Na modalidade onde os mandris 56,84 são formados de um material solúvel em água, a água pode ser injetada em uma extremidade ou ambas as extremidades do furo vazado 68, resultando nos mandris 56, 84 sendo dissolvidos e jorrados para fora através do furo vazado 68.

[0069] Modalidades da revelação podem ser utilizadas, sem limitação, no contexto do método de fabricação e serviço de avião 106 como mostrado na FIGURA 15 e um avião 108 como mostrado na FIGURA 16. Durante a pré-produção, o método de fabricação e serviço de avião 106 pode incluir especificação e projeto 110 do avião 108 na FIGURA 16 e aquisição de material 112.

[0070] Durante a produção, a fabricação de componentes e submontagem 114 e integração do sistema 116 do avião 108 na FIGURA 16 acontecem. A seguir, o avião 108 na FIGURA 16 pode passar pela certificação e entrega 118, a fim de ser colocado em serviço 120. Enquanto em serviço 120 por um consumidor, o avião 108 na FIGURA 16 é planejado para a manutenção de rotina e serviço 122, que pode incluir modificação, reconfiguração, renovação e outras manutenções ou serviços.

[0071] Cada um dos processos do método de fabricação e serviço de avião 106 pode ser desempenhado ou executado por um integrador do sistema, um terceiro e/ou um operador. Nesses exemplos, o operador pode ser um consumidor. Para finalidades dessa descrição, um integrador do sistema pode incluir, sem limitação, qualquer número de fabricantes de avião e subempreiteiros do sistema principal, um terceiro pode incluir, sem limitação, qualquer número de fornecedores, subempreiteiros e abastecedores e um operador pode ser uma companhia aérea, uma companhia de aluguel, uma entidade militar, uma organização de serviço e assim por diante.

[0072] Com referência agora à FIGURA 16, uma ilustração de um avião 108 é representada, na qual uma modalidade vantajosa pode ser implementada. Nesse exemplo, o avião 108 é produzido pelo método de fabricação e serviço de avião 106 na FIGURA 16 e pode incluir a carcaça 124 com a pluralidade de sistemas 126 e interior 128.0 mandril revelado pode ser usado para fabricar vários componentes estruturais da carcaça 124, tal como longarinas. Exemplos dos sistemas 126 incluem um ou mais do sistema de propulsão 130, sistema elétrico 132, sistema hidráulico 134 e sistema ambiental 136. Qualquer número de outros sistemas pode ser incluído. Embora um exemplo de avião seja mostrado, modalidades vantajosas diferentes podem ser aplicadas em outras indústrias, tal como as indústrias automotora e marinha.

[0073] Aparelhos e métodos representados aqui podem ser utilizados durante pelo menos um dos estágios do método de fabricação e serviço de avião 106 na FIGURA 15. Como usado aqui, a frase “pelo menos um de”, quando usada com uma lista de itens, significa que combinações diferentes de um ou mais dos itens listados podem ser usadas e somente um de cada item na lista pode ser necessário. Por exemplo, “pelo menos um do item A, item B e item C” pode incluir, por exemplo, sem limitação, o item A ou item A e o item B. Esse exemplo também pode incluir o item A, o item B e o item C ou o item B e o item C.

[0074] Em um exemplo ilustrativo, componentes ou submontagens produzidos na fabricação de componentes e submontagem 114 na FIGURA 15 podem ser fabricados ou manufaturados em uma maneira similar aos componentes ou submontagens produzidos enquanto o avião 108 está em serviço 120 na FIGURA 15. Como ainda outro exemplo, um número de modalidades de aparelho, modalidades de método ou uma combinação delas podem ser utilizados durante os estágios de produção, tal como fabricação de componentes e submontagens 114 e integração do sistema 116 na FIGURA 15. Um número, quando se referindo a itens, significa um ou mais itens. Por exemplo, um número de modalidades de aparelho é uma ou mais modalidades de aparelho. Um número de modalidades de aparelho, modalidades de método ou uma combinação delas pode ser utilizado enquanto o avião 108 está em serviço 120 e/ou durante a manutenção e serviço 122 na FIGURA 15. O uso de um número das modalidades vantajosas diferentes pode substancialmente acelerar a montagem de e/ou reduzir o custo do avião 108.

[0075] A descrição das modalidades vantajosas diferentes foi apresentada com finalidades de ilustração e descrição e não é planejada para ser exaustiva ou limitada às modalidades na forma revelada. Muitas modificações e variações serão evidentes para aqueles versados na técnica. Adicionalmente, modalidades vantajosas diferentes podem proporcionar vantagens diferentes quando comparadas com outras modalidades vantajosas. A modalidade ou modalidades selecionadas são escolhidas e descritas a fim de melhor explicar os princípios das modalidades, a aplicação prática e para possibilitar que outros de conhecimento na técnica entendam a revelação para várias modalidades com várias modificações como sejam adequadas para o uso particular considerado.

Claims

1. Escora (20), caracterizada pelo fato de que compreende: um tubo composto laminado (22) tendo um interior substancial mente oco, um primeiro par de reforços longitudinais (52, 54) presos em lados opostos do tubo (22); um encaixe (24) em cada extremidade do tubo (22) adaptado para ser preso em uma estrutura, em que o encaixe (24) inclui uma abertura (30) tendo um eixo geométrico central (27) e adaptada para receber um pino alongado (32) conectando o encaixe (24) na estrutura, e em que o primeiro par de reforços (52) é substancialmente simétrico ao redor de um plano perpendicular ao eixo geométrico da abertura; em que a escora (20) compreende ainda um segundo par de reforços (54) longitudinais dentro do interior oco do tubo e preso em lados opostos do tubo (22), em que o segundo par de reforços (54) é substancialmente simétrico ao redor de um plano substancial mente paralelo ao eixo geométrico (27) da abertura (30) e em que cada um dos reforços (52, 54) é trapezoidal na forma da seção transversal.

2. Escora, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os reforços (52,54) ficam localizados dentro do interior oco do tubo.

3. Escora de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que: cada um dos encaixes (24) inclui uma pluralidade de degraus externos; e o tubo (22) inclui grupos de camadas respectivamente sobrepondo os degraus, em que os degraus externos e os grupos sobrepostos de camadas formam uma única junta de cisalhamento.

4. Método de fabricação de uma escora, caracterizado pelo fato de que compreende: fabricar um mandril alongado (56), colocar um encaixe (24) em cada extremidade do mandril (56), localizar dispositivos de reforço composto (50,52) no mandril (56), formar um tubo composto (22) dispondo camadas compostas sobre o mandril (56), curar junto o tubo (22) e os reforços e remover o mandril (56), em que a fabricação do mandril (56) inclui formar um eixo em cada extremidade do mandril (56) e formar as cavidades no mandril ao longo do seu comprimento, as cavidades tendo uma forma de seção transversal substancialmente correspondendo à forma de seção transversal dos reforços; e em que a colocação dos encaixes (24) no mandril (56) é executada colocando os encaixes (24) nos eixos.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a localização dos dispositivos de reforço no mandril inclui: dispor e formar os reforços; e colocar os dispositivos de reforço formados nas cavidades do mandril.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que a formação do tubo composto é executada usando uma máquina de colocação de fibra automática para assentar e compactar tiras de fita composta sobre a superfície do mandril (56).

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 6, caracterizado pelo fato de que a formação do tubo composto (22) inclui formar uma única junta de cisalhamento entre o tubo e cada um dos encaixes (24).

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 7, caracterizado pelo fato de que a remoção do mandril (56) inclui dissolver o mandril (56) com um líquido.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 8, caracterizado pelo fato de que compreende: inserir mandris de reforço dentro dos dispositivos de reforço; e remover os mandris de reforço depois que o tubo e os reforços foram curados juntos.