BRPI0714579A2 - caixilho de porta para aeronave - Google Patents
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Abstract
CAIXILHO DE PORTA AERONAVE. A invação refere-se a um caixilho de porta (1) em uma fuselagem de aeronave (2) que comporta uma armação de porta dentro da qual é montada uma porta, essa armação compreendendo: - um quadro externo (60), um qudro interno (50), e uma camada interna (40) colocada entre o quadro interno e o quadro externo, apta a absorber uma energia proveniente de um choque, a camada interna (40) sendo um reforçador em material compósito tendo uma forma em acordeão.
Description
CAIXILHO DE PORTA PARA AERONAVE
Dominio da invengao
A invengao refere-se a um caixilho de porta de aeronave realizado em material composito que assegura ao mesmo tempo a absorqao da energia que provem de um choque para assegurar ο bom funcionameηtο da porta, e igualmente a utilizagao otimizada dos compositos tanto ao nivel de desempenhos mecanicos como a nivel industrial.
A inven^ao encontra aplicagoes no dominio da aeronautica e, em particular, no dominio da estrutura dos caixilhos de portas. Estado da tecnica
Atualmente, nas aeronaves e em particular nas aeronaves de transporte de passageiros, procura- se assegurar a meIhor seguranga das pessoas a bordo e especialmente dos passageiros.
Para assegurar a seguranga dos passageiros no caso queda, uma evacuagao rapida dos passageiros e primordial. Para isso, os construtores de aeronaves procuram proteger as portas de aeronaves, ou se j a proteger as portas para evitar qualquer deterioragao e deformagao das portas no caso de choque a fim de assegurar seu bom funcionamento. De fato, se a porta estiver danificada, em particular durante uma queda, os passageiros da aeronave podem sair somente da fuselagem ou podem sair dificilmente. Se a porta de acesso a fuselagem nao pode abrir, e necessario esperar a intervengao das for?as especializadas de socorros ao solo para demolir a porta a fim de penetrar no compartimento de passageiros da aeronave e levar socorros aos passageiros, ο
3 ο que pode tomar um tempo relativamente longo. Ora, f o± mostrado que um aviao pode pegar f ogo rapidamente, em aproximadamente alguns minutos, apos uma queda. Ao contrario, se a porta e protegida e que pode funcionar e ser aberta pelas pessoas a bordo da aeronave sem esperar necessariamente a chegada das forgas especializadas, entao os passageiros ilesos podem sair da aeronave rapidamente e os socorros poderem entrar para ajudar as vitimas ο mais depressa possivel.
Em uma aeronave, pode haver varias portas de saida, especialmente：
-uma ou varias porta(s) de passageiros na frente da fuselagem da aeronave,
-uma ou varias porta(s) de passageiros na traseira da fuselagem,
- uma ou varias porta (s) ao centro da fuselagem, na
cabine de passageiros, e
-uma ou varias porta(s) de acessos aos bagageiros, sob a fuselagem da aeronave.
Nas aeronaves atuais, cada porta e montada sobre uma estrutura metalica instalada na fuselagem da aeronave. Esta estrutura metalica comporta os quadros e um conjunto de reforgadores que formam juntos um caixilho de porta. A porta e entao montada sobre uma armagao metalica, por exemplo uma armagao de aluminio. De fato, ο aluminio tem a vantagem de ser um metal resistente, simples dar formato e apto a se deformar sob efeito de um choque para absorver a energia proveniente do choque.
Um exemplo de caixilho de porta classico e representado sobre a figura 1. Esse caixilho de porta 1 e
instalado em uma fuselagem 2 de aeronave para suportar uma porta nao representada sobre a figura 1 e destinada a ser montado no espago vazio 3 do caixilho 1. Esse caixilho de porta 1 comporta uma armagao realizado atraves de um quadro interno 5, um quadro externo 6 e uma camada interna 4 colocada entre ο quadro interno 5 e ο quadro externo 6.〇 quadro interno 5 e destinado a receber os meios de fixagao da porta.〇 quadro externo 6 constitui a ligagao entre ο caixilho de porta lea fuselagem 2. A camada interna 4 tem por papel absorver a energia proveniente de um choque. A camada interna 4 Iiga ο quadro interno 5 e ο quadro externo 6 .
Cada quadro 5 e 6 do caixilho de porta 1 comporta duas dormentes horizontals, respectivamente 5a, 5b e 6a, 6b, e dois montantes verticals, respectivamente 5c, 5d e 6c, Gd. 〇 conjunto formado de um dormente superior 5a e um dormente inferior 5b, de um montante dire i to 5c e um montante esquerdo 5d, montados uns com os outros, constitui um quadro 5.
Classicamente a camada interna 4, entre ο quadro interno 5 e ο quadro externo 6, e realizada atraves de uma pluralidade de reforgadores 4a, 4b, 4c,... 4n, chamados ferragens intercostais. Essas ferragens intercostais sao elementos independentes e, mais precisamente, os reforgadores horizontals entre os montantes do caixilho de porta e os reforgadores verticals entre os dormentes do caixilho de porta. Essas ferragens intercostais sao fixadas de um Iado ao outro, sobre ο quadro interno 5 e sobre ο quadro externo 6 · Atualmente, a arma?ao metalica de um caixilho de porta e otimizada de modo que as f erragens intercostais deformem-se durante um choque. Deformando-se‘ as ferragens intercostais absorvem a energia do choque, protegendo assim a porta. Tal armagao metalica permite assim respeitar as normas de seguranga relativas as portas de aeronave.
Os construtores de aeronaves procuram diminuir ao
maximo a massa da aeronave a fim de ganhar sobre ο consumo do aparelho de combustivel. Para isso, um dos meios e escolher materials mais leves.
A tendencia atual em aeronautica e substituir os elementos metalicos pelos elementos de material composito. De fato, e bem conhecido que os materials compositos permitem ganhar sobre a massa do aparelho e entao reduzir seu consumo. No entanto, no caso de um caixilho de porta, nao e suficiente de substituir ο aluminio por um material composito. De fato, a substituigao das ferragens intercostais em aluminio por ferragens intercostais em material composito colocaria um problema de absorgao de energia, pois os materiais compositos tem uma baixa capacidade de absorqao de energia. Um material composito submetido a uma forte pressao nao se deforma. Quebra-se.〇 esforgo, em um caixilho de porta, tal como acaba de ser descrito, mas com ferragens intercostais em material composito, no caso queda, e transferido inteiramente a porta com riscos de deformagao ο que poderia impedir seu funcionamento posterior. A energia proveniente do choque nao sera entao absorvida pelo caixilho de porta, ο que provocaria uma deterioragao da porta.
Alem disso, a arquitetura classica trabalha os reforgadores em cisalhamento ao nivel da sola destes, ο que e ο ponto fraco dos materials compositos. Alem disso, a realizagao de ferragens intercostais em material composito para realizar um caixilho de porta, tal como aqueIe descrito previamente seria relativamente dispendioso de um ponto de vista produqao. De fato, ο fabrico de um ntimero elevado de ferragens intercostais e a fixagao de cada ferragem entire os quadros interno e externo provocaria um aumento dos custos de produgao muito alto, bem como os ciclos de fabrico muito elevados em relaqao as exigencias atuais. Exposigao da ίηνβηςδο
A invengao tern precisamente por objetivo resolver os inconvenientes da tecnica exposta previamente. Para essa finalidade, a invengao propoe um caixilho de porta no qual a camada interna da armagao e realizada em material composito, com uma forma continua apta a absorver a energia de um choque, com um numero de pegas reduzido para assegurar uma produgao a um custo interessante, e com uma drenagem preferencial dos esforgos em trac?ao/compressao para desempenhos mecanicos otimizados para os compositos· Para isso, a camada interna da arma?ao tem uma forma em acordeao.
De maneira mais precisa, a invengao refere-se a um caixilho de porta em uma fuselagem de aeronave que comporta uma armagao de porta dentro da qual e montada uma porta, essa armagao compreendendo： -um quadro externo, -um quadro interno, e
-uma camada interna colocada entre ο quadro interno e 〇 quadro externo, apta a absorver uma energia proveniente
de um choque, caracterizada pelo fato de que a camada interna e um reforgador em material composito que tem uma forma em acordeao.
A invengao pode comportar uma ou varias das caracteristicas seguintes： - ο reforgador em acordeao compreende uma sucessao de
foles na forma de V e V invertido.
-cada f ole do ref orgador em acordeao tem um vert ice arredondado.
—ο reforgador em acordeao e realizado em so uma pega - a peqa que forma ο reforgador em acordeao comporta
quatro lados em acordeao ligados por angulos na forma de dente vazado.
-ο reforgador em acordeao comporta pelo menos dois elementos reforgadores independentes colocados extremidade a extremidade, entre os quadros interno e externo.
-ο reforgador em acordeao comporta dois elementos reforgadores verticals e de dois elementos reforgadores horizontals .
-ο refor?ador e fixado sobre ο quadro externo e/ou ο quadro interno pelos vertices de seus foles.
- ο material composito no qual e realizado ο reforgador em acordeao comporta fibras de carbono.
- ο material composito no qual e realizado ο reforgador em acordeao comporta fibras de kevlar.
- ο reforgador em acordeao e realizado com um processo
RTM.
A invengao refere-se igualmente a uma fuselagem de aeronave equipada de caixilho de porta como descrito previamente·
A invengao refere-se tambem a uma aeronave que comporta urn caixilho de porta tal como descrito previamente.
Breve descrigao dos desenhos
A figura 1, ja descrita, representa um caixilho de porta classico em aluminio.
A figura 2 representa urn caixilho de porta de acordo com a invengao.
A figura 3 representa uma camada interna em material composito em um caixilho de porta de acordo com a invengao. A figura 4 representa um caixilho de porta de acordo
com a f igura 2 tal como montado sobre uma fuse lagera de aeronave.
A figura 5 representa esquematicamente ο modo de transmissao dos esforgos no reforgador. As f iguras 6A e 6B representam a maneira como ο
reforgador absorve a energia no caso de choque. Descrigao detalhada de modos de realizagao da invengao
Sobre a figura 2, representa um exemplo de caixilho de porta para fuselagem de aeronave de acordo com a invenqao. O caixilho de porta representado sobre a figura 2 e um caixilho de porta de uma cabine de passageiros. E necessario notar, no entanto, que todas as portas que permitem a saida das pessoas, passageiros ou tripulagao, de uma aeronave podem ser realizadas com ο caixilho da invengao. Esse caixilho de porta 10 comporta uraa armagao formada de um quadro externo 60 e um quadro interno 50. Esses quadros interno e externo podem ser identicos aos da tecnica anterior, ou seja que sao metalicos, por exemplo em aluminio. Podem ser tambem em qualquer outro material utilizado habitualmente para as arma?5es de porta de aeronave.
Essa armagao comporta igualmente uma camada interna 40 situada entre ο quadro interno 50 e ο quadro externo 60. De acordo com a invengao, essa camada interna 40 e um reforgador realizado em material composito. Esse reforgador 4 0 tem uma forma em acordeao. Chama-se "forma-se em acordeao" uma forma em dentes de serra que comportam uma sucessao de foles em V e em V invertido, formados uns na sequencia dos outros. Esse reforgador em acordeao 40 e instalado sobre toda ο periraetro da armagao, ou seja sobre a totalidade do espago situado entre ο quadro interno 50 e ο quadro externo 60.
Como se ve no exeraplo da figura 2, os quadros interno e externo sao sensivelmente retangulares. O quadro interno 50 pode ter angulos arredondados para assegurar uma raelhor adaptagao a forma da porta na abertura 3 do caixilho de porta 10.
O reforgador em acordeao 40 pode ser fabricado de uma so pega e montado continuo ao redor do quadro interno 50, ο
2 0 quadro externo 60 vindo fixar-se seguidamente ao redor do
reforgador em acordeao. O reforgador em acordeao e fixado seguidamente sobre os quadros interno e externo atraves de fixagoes compositas classicas que colocam ο reforgador em sanduiche entre os quadros e uma tira vindo alojar-se no arredondamento do V de maneira a transferir os esforgos de maneira homogenea. Neste caso, ο reforgador comporta quatro lados em dentes de serra. Em cada angulo entre dois lados em dentes de serra, ο reforqador tem uma forma em dente vazado 45, 46, 47, 48, ou seja uma forma em quadrado
3 0 aberto, a abertura fazendo face a um angulo do quadro interno 50. Em outros termos, os lados do reforgador em acordeao ligados uns aos outro por angulos na forma de dente vazado.
Em um outro modo de realizagao da invengao, ο reforgador em acordeao comporta varios elementos independentes colocados extremidade a extremidade, entre os quadros interno e externo. O reforgador em acordeao pode comportar, por exemplo, quatro elementos reforgadores, isto e, dois elementos curtos 42 e 44 colocados horizontalmente entre os dois dormentes 50a, 60a e 50c, 60c dos quadros interno e externo, e dois elementos longos 41,43 colocados verticalmente entre os montantes 50b, 60b e 50d, 60d dos quadros interno e externo. Neste modo de realizagao, cada elemento reforgador e independente, fabricado de maneira independente. Nas zonas onde a fuselagem possui uma segao constante, os dois elementos reforgadores horizontals sao identicos e os dois elementos reforgadores verticals sao identicos. Cada elemento reforqador tem a forma do elemento reforgador representado sobre a figura 3, com um alongador adaptado ao comprimento dos quadros.
No exemplo da figura 3, ο elemento representado e ο elemento reforgador vertical 41.
Cada elemento reforgador comporta uma sucessao de foles na forma de V 70a e na forma de V invertido 70b. Os 2 5 foles situados nas duas extremidades do elemento reforgador tem uma forma de V mais largo para assegurar a insergao do elemento no angulo dos quadros interno e externo. Esse elemento reforgador pode terminar de um Iado ao outro por um pe piano 80 destinado a vir em apoio contra um dos montantes ou um dos dormentes do quadro interno para ser eventualmente fixado. O reforgador contem eventualmente os pes 20a, 20b… 20n que permitem ligar a estrutura a cobertura da fuselagem de maneira a retomar os esforgos de pressurizagao.
Corao mostrado sobre a figura 2, ο reforgador em
acordeao 40, sendo realizado de so uma pega ou em varios elementos, pode ser fixado sobre os quadros interno e externo por um ou -varios elementos de fixagao. Preferivelmente, e fixado ao nivel da ponta de cada fole em V ou em V invertido, como representado pela referenda 90 sobre a figura 2. Os elementos de fixagao podem ser rebites ou qualquer outro meio de fixa?ao utilizado geralmente para fixar os elementos em material composito.
Como se vera mais em detalhe seguidamente, os foles 70a, 70b do reforgador em acordeao tem, preferivelmente, os sens vertices arredondados a fim de melhorar a absorgao da energia do choque drenando os esforgos. Esses vertices arredondados permitem igualmente fixar mais facilraente ο reforgador entre os dois quadros. Sobre a figura 4, e representado ο caixilho de porta
da figura 2 quando e recoberto pela cobertura externa 8 5 da fuselagem. A figura 4 mostra entao ο caixilho de porta da invengao, visto do exterior da aeronave, quando a porta ainda nao e montada no espa?o 3. sobre a figura 5, representou-se esquematicamente a
drenagem dos esforgos em funcionamento normal. Para isso, a figura 5 mostra uma se?ao de um caixilho de porta de acordo com a invengao com seu quadro externo 60, seu quadro interno 50 e um fole 70 do reforgador em acordeao 40. Esse 3 0 fole 70 tem um vertice 71 arredondado que permite aumentar ο contacto entre ο refor9ador e ο quadro interno 50. Esse fole 7 0 e colocado em sanduiche entre uma tira 72 e ο quadro interno 50, isso permite transferir os esforgos de maneira progressiva e homogenea entre os quadros e ο reforgador. Com as superficies de contato assim arredondadas, ο reforgador em acordeao nao comporta nenhum canto vivo que poderia gerar cisalhamento. Esse arredondamento permite converter os esforgos integralmente em esf orgos de tragao no ref orgador que e bem mais favoravel aos materials compositos.
Sobre as figuras 6A e 6B, mostra-se a maneira como ο reforgador absorve a energia ligada a um choque.〇 choque induz esforgos muito importantes que vao ser drenados pela estrutura ate ao caixilho de porta externo 60. Sob efeito desses esforgos, ο reforgador vai desempenhar ο papel martir deformando-se para absorver a energia e proteger ο caixilho direto da porta 50, permitindo assim a evacuaqao dos passageiros.
Para isso ο reforgador vai destruir-se por delaminagao progressiva. Coloca assim ο caixilho de porta direto 50 em uma fundagao protetora.
〇 material composito no qual e realizado ο reforgador em acordeao pode ser formado a partir de fibras de carbono e de resina epoxi. Pode igualmente ser realizado a partir de kevlar®. Esses dois tipos de material composito tem a vantagem de serem particularmente resistentes, ο que permite a realizagao de um caixilho de porta apto a suportar uma porta carregada.
〇 reforgador em acordeao pode ser realizado por uma
tecnica de injegao sob vacuo, chamada processo RTM (Resin Transfer Molding, em termos anglo-saxoes) . Esse processo RTM consiste recortar a forma dos elementos do reforgador, ou do reforgador inteiro, em um tecido de fibras secas nao revestidos. Esse tecido pode ser escolhido e recortado de modo que as fibras sejam orientadas no sentido longitudinal do reforgador a fim de retomar um maximo de esf orgo. Esse tecido e colocado em um moIde； uma resina e injetada sob alta pressao nesse molde. A resina tem por efeito inserir- se nos intersticios das fibras de tecido, polimerizando as referidas fibras seguindo as formas do molde, ο que realiza a forma e a coesao do elemento procurado. A realizagao de elementos tendo um perfil aberto, ou seja um raio de curvatura suficientemente grande em relagao a superficie total do elemento, corao ο reforgador em acordeao, e relativamente simples com tal processo RTM.
〇 caixilho de porta com camada interna de material composito como acaba de ser descrito apresenta nao somente a vantagem de diminuir a massa total da aeronave, mas igualmente aumenta os desempenhos de absorgao de energia gragas a sua geometria especifica. Alem disso, permite tornar mais homogenea as cargas ligadas a pressurizagao da celula ο que permite propor poder colar a cobertura do aviao sobre ο caixilho de porta sem utilizar as fixagoes. Alem disso, a utilizagao de compositos em uma solicitagao de tragao permite multiplicar por 10 seus desempenhos comparados com uma utilizagao em cisalhamento. Alem disso, a realizagao de tal caixilho de porta necessita um niamero de pegas sensivelmente menor que um caixilho de porta classico, ο que diminui ο tempo de montagem dessas pegas e
3 0 entao ο custo de mao de obra.
Claims (10)
1. - Caixilho de porta (1) para fuselagem de aeronave (2) compreendendo uma armagao de porta dentro da qual e montado uma porta, essa armagao compreendendo： - urn quadro externo (60), -um quadro interno (50〉， e -uma camada interna (40) colocada entre ο quadro interno e ο quadro externo, apta a absorver uma energia proveniente de um choque, caracterizado pelo fato de que a camada interna (40) e um reforgador em material composito tendo uma forma em acordeao compreendendo uma sucessao de foles (70) na forma de V (70a) e V invertidos (70b).
2. - Caixilho de porta, de acordo com a reivindicagao i, caracterizado pelo fato de que cada fole (70) do reforgador em acordeao tem um vertice arredondado (71)·
3. - Caixilho de porta, de acordo com a reivindicagao 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que ο reforgador em acordeao (40) e realizado em uma unica pega.
4. - Caixilho de porta, de acordo com a reivindicagao 3, caracterizado pelo fato de que ο reforgador em acordeao comporta quatro lados em acordeao ligados por angulos na forma de dente vazado (45, 46, 47, 48).
5. - Caixilho de porta, de acordo com a reivindicagao 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que ο reforgador em acordeao (40) comporta pelo menos dois elementos reforgadores independentes colocados extremidade a extremidade, entre os quadros interno e externo.
6. - Caixilho de porta, de acordo com a reivindicagao 5, caracterizado pelo fato de que ο reforgador em acordeao comporta dois elementos reforgadores verticais (41, 43) e de dois elementos reforgadores horizontals (42, 44).
7. - Caixilho de porta, de acordo com qualquer uma das reivindicaqoes 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fato de que ο reforgador e fixado sobre ο quadro externo e/ou ο quadro interno pelos vertices (71) de seus foles (70).
8. - Caixilho de porta, de acordo com qualquer uma das reivindicagoes 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que ο material composito comporta fibras de carbono.
9. - Fuselagem de aeronave caracterizada pelo fato de que comporta pelo menos um caixilho de porta das reivindicagoes 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8.
10. - Aeronave caracterizada pelo fato de que comporta pelo menos um caixilho de porta das reivindicagoes 1' 2' 3, 4, 5, 6, 7 ou 8·
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