ITTO20070697A1 - PROCEDURE FOR THE ASSEMBLY OF FULL STRUCTURES - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: Procedimento per l'assemblaggio di strutture alari. DESCRIPTION of the industrial invention entitled: Process for the assembly of wing structures.
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per la fabbricazione di strutture alari. The present invention relates to a process for manufacturing wing structures.
Per una migliore comprensione dello stato della tecnica e dei problemi a esso inerenti, verrà dapprima descritto un procedimento di tipo noto, facendo riferimento alle figure da 5 a 9. Come noto, le ali dei moderni velivoli hanno una struttura interna 20 composta da longheroni e centine, rivestita esternamente da un pannello inferiore 10 e da un pannello superiore 12. Secondo la tecnica corrente, si inizia a costruire un'ala fissando il pannello inferiore a una struttura statica di supporto (cosiddetto scalo di costruzione, non illustrato) , sostanzialmente verticale che trattiene il pannello nella forma corretta secondo il profilo alare prestabilito. Sulla superficie superiore del pannello inferiore vengono poi disposti e quindi chiodati i longheroni e le centine costituenti la struttura interna dell'ala. For a better understanding of the state of the art and of the problems inherent to it, a known type of process will be described first, with reference to Figures 5 to 9. As is known, the wings of modern aircraft have an internal structure 20 composed of longitudinal members and ribs, covered externally by a lower panel 10 and an upper panel 12. According to the current technique, a wing is started by fixing the lower panel to a static support structure (so-called construction ramp, not shown), substantially vertical which holds the panel in the correct shape according to the predetermined airfoil. The longitudinal members and ribs forming the internal structure of the wing are then arranged and nailed onto the upper surface of the lower panel.
Affinché l'ala abbia il profilo alare stabilito dal progetto, è indispensabile che il pannello superiore venga fissato al resto dell'ala su una superficie congruente o corrispondente in modo preciso al profilo alare prestabilito. Gli esperti del settore sanno che se il pannello superiore venisse chiodato direttamente sulla sommità dei longheroni e delle centine già montati, esso assumerebbe una superficie irregolare, ondulata, con tensioni indotte da deformazioni impresse localmente per adeguare il pannello superiore alla superficie sommatale della struttura costituita da longheroni e centine. Occorre quindi interporre tra la superficie sommitale della struttura interna e la superficie inferiore del pannello di rivestimento superiore uno spessore, variamente sagomato, e avente altezza variabile in modo tale che il pannello superiore possa appoggiare con continuità su una superficie di contatto precisa, in modo tale da seguire il profilo alare prestabilito. In order for the wing to have the airfoil established by the project, it is essential that the upper panel is fixed to the rest of the wing on a congruent or precisely corresponding surface to the predetermined airfoil. The experts in the field know that if the upper panel were nailed directly on the top of the longitudinal members and ribs already mounted, it would assume an irregular, wavy surface, with stresses induced by deformations locally impressed to adapt the upper panel to the top surface of the structure consisting of side members and ribs. It is therefore necessary to interpose between the top surface of the internal structure and the lower surface of the upper cladding panel a thickness, variously shaped, and having a variable height so that the upper panel can rest continuously on a precise contact surface, in such a way to follow the predetermined airfoil.
Attualmente, come illustrato nella figura 5, un sottoinsieme 30 dell'ala in costruzione, comprendente il pannello inferiore 10 e la struttura interna 20 fissata su di esso, viene trasferito mediante un'apparecchiatura di trasporto T dallo scalo di costruzione a una postazione di un impianto di compattazione- Qui {figura 6} il sottoinsieme dell'ala viene coricato orizzontalmente e, mediante un robot, si applica lungo la sommità 21 della struttura interna 20 un adesivo S ( shim) costituito da una resina indurente (solitamente una resina a due componenti caricata con fibre di vetro, alluminio e altro) destinata a riempire 1’intercapedine tra la sommità della struttura interna e la superficie inferiore del pannello superiore 12. Poi (figura 7) mediante l'apparecchiatura T si appoggia il pannello superiore 12 sulla sommità 21 della struttura interna dove è stato applicato lo shim S. Poi si chiude l'impianto di compattazione (figura 8): il pannello superiore 12 viene poi pressato verso il basso (figura 8) mediante una stadia U opportunamente conformata per costringere il pannello superiore ad assumere il profilo alare stabilito dal progetto. Occorre poi attendere circa 24 ore per lasciare che lo shim indurisca almeno parzialmente. La chiusura dell'impianto di compattazione porta il pannello superiore a poggiare in alcuni punti sulla struttura interna, mentre nelle rimanenti zone esso comprime lo shim, che è stato applicato in eccesso. Successivamente si apre l 'impianto di compattazione, si rimuove il pannello superiore 12 e (figura 9) si rifilano mediante una fresa C gli eccessi di shim che è debordato lateralmente dai longheroni e dalle centine della struttura interna, aspirando via i trucioli. Si può quindi ri-trasferire l'ala dalla postazione di applicazione dello shim allo scalo di costruzione, e si può proseguire con la lavorazione dell'ala. È noto che in questa fase occorre accedere agli spazi interni per collocarvi i vari dispositivi e impianti, prima di applicare il pannello superiore. Currently, as illustrated in Figure 5, a sub-assembly 30 of the wing under construction, comprising the lower panel 10 and the internal structure 20 fixed thereon, is transferred by means of a transport apparatus T from the construction yard to a location of a compaction system - Here {figure 6} the sub-assembly of the wing is laid down horizontally and, by means of a robot, an adhesive S (shim) is applied along the top 21 of the internal structure 20, consisting of a hardening resin (usually a resin with two components loaded with fiberglass, aluminum and other fibers) intended to fill the gap between the top of the internal structure and the lower surface of the upper panel 12. Then (figure 7) by means of the apparatus T the upper panel 12 is placed on the top 21 of the internal structure where the shim S has been applied. Then the compaction system is closed (figure 8): the upper panel 12 is then pressed towards the base. xed (figure 8) by means of a U staff suitably shaped to force the upper panel to assume the wing profile established by the project. It is then necessary to wait about 24 hours to let the shim harden at least partially. The closure of the compaction system causes the upper panel to rest in some points on the internal structure, while in the remaining areas it compresses the shim, which has been applied in excess. Subsequently, the compaction system is opened, the upper panel 12 is removed and (figure 9) the excess shim is trimmed using a cutter C, which is laterally overflowing from the longitudinal members and the ribs of the internal structure, sucking away the shavings. You can then re-transfer the wing from the shim application station to the construction yard, and you can continue with the processing of the wing. It is known that in this phase it is necessary to access the internal spaces to place the various devices and systems there, before applying the upper panel.
Il procedimento sopra discusso comporta diversi svantaggi: occorre, infatti, effettuare due trasferimenti dell'ala in costruzione dallo scalo alla postazione di applicazione dello shim; vi sono dei tempi morti per l'attesa della polimerizzazione dello shim; occorre predisporre e utilizzare un impianto di compattazione; occorre infine rifilare le parti di shim che sono debordate e aspirare i trucioli che ne risultano. Inoltre, occorre utilizzare shim di consistenze diverse quando lo spessore da riempire o compensare supera una certa altezza, generalmente quando supera 1,5 mm. L'operatore deve avere una notevole esperienza per capire o intuire, prima che lo shim venga applicato, che in certi punti lo spessore sarà maggiore della quota prestabilita, e che quindi dovrà applicare localmente un impasto di consistenza diversa e/o disporre un listello di spessoramento. The procedure discussed above has several disadvantages: in fact, it is necessary to make two transfers of the wing under construction from the slipway to the shim application station; there are dead times for waiting for the polymerization of the shim; a compaction system must be set up and used; finally, it is necessary to trim the parts of the shim that are overflowing and suck up the resulting shavings. Furthermore, shims of different consistencies must be used when the thickness to be filled or compensated exceeds a certain height, generally when it exceeds 1.5 mm. The operator must have considerable experience to understand or intuit, before the shim is applied, that in certain points the thickness will be greater than the predetermined height, and that therefore he will have to locally apply a mixture of different consistency and / or arrange a strip of shimming.
Uno scopo generale della presente invenzione è di proporre un procedimento di costruzione che consenta di ovviare agli inconvenienti sopra discussi, affrontando in via principale il problema di ottimizzare le fasi di produzione e ridurre i relativi tempi e costi. Un altro scopo specifico dell'invenzione è di produrre strutture alari aventi un profilo preciso. Un ulteriore scopo dell'invenzione è di ridurre al minimo le fasi di trasferimento e movimentazione, sia per ridurre le apparecchiature dedicate a questo scopo, e sia per aumentare la sicurezza degli operatori. A general purpose of the present invention is to propose a construction process which allows to obviate the drawbacks discussed above, mainly addressing the problem of optimizing the production steps and reducing the relative times and costs. Another specific object of the invention is to produce wing structures having a precise profile. A further object of the invention is to reduce the transfer and handling phases to a minimum, both to reduce the equipment dedicated to this purpose, and to increase the safety of the operators.
Questi e altri scopi e vantaggi, che saranno compresi meglio in seguito, sono raggiunti, secondo l'invenzione, da un procedimento come definito nelle rivendicazioni annesse. These and other objects and advantages, which will be better understood hereinafter, are achieved, according to the invention, by a process as defined in the appended claims.
Verrà ora descritta una forma di attuazione preferita ma non limitativa dell'invenzione. Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui: A preferred but not limiting embodiment of the invention will now be described. Reference is made to the attached drawings, in which:
la figura 1 è una vista prospettica che rappresenta una fase di scansione di due parti di un'ala in costruzione; Figure 1 is a perspective view which represents a step of scanning two parts of a wing under construction;
la figura 2 mostra un computer per l'elaborazione delle immagini digitali generate dalle scansioni della figura 1; Figure 2 shows a computer for processing the digital images generated by the scans of Figure 1;
la figura 3 illustra schematicamente un certo numero di inserti di compensazione; Figure 3 schematically illustrates a number of compensation inserts;
la figura 4 mostra l'applicazione degli inserti della figura 3 su una delle parti d'ala illustrate nella figura 1; Figure 4 shows the application of the inserts of Figure 3 to one of the wing portions illustrated in Figure 1;
le figure da 5 a 9 illustrano fasi operative di un procedimento tradizionale per l'assemblaggio di un'ala di velivolo. Figures 5 to 9 illustrate operating steps of a traditional method for assembling an aircraft wing.
Facendo ora riferimento alla figura 1, inizialmente si preassembla un sottoinsieme 30 costituito dal pannello inferiore 10 dell'ala con la struttura interna 20 dell'ala fissata sulla superficie superiore o interna 11 del pannello mediante processi di per sé noti. Si preassembla anche il pannello superiore 12 dell'ala. In tutta la presente descrizione e nelle rivendicazioni, i termini e le espressioni indicanti posizioni ed orientamenti quali "superiore" e "inferiore" si intendono rìferiti alla condizione installata su un velivolo. E-spressioni quali "interno" ed "esterno" sono invece riferite a posizioni dentro e fuori dal corpo dell'ala . Referring now to Figure 1, a sub-assembly 30 consisting of the lower panel 10 of the wing is initially pre-assembled with the internal structure 20 of the wing fixed to the upper or internal surface 11 of the panel by means of per se known processes. The top panel 12 of the wing is also preassembled. Throughout the present description and in the claims, terms and expressions indicating positions and orientations such as "upper" and "lower" are understood to refer to the condition installed on an aircraft. Expressions such as "internal" and "external" refer to positions inside and outside the wing body.
Il sottoinsieme 30 e il pannello superiore 12 vengono trattenuti da rispettive dime o rack 40 in modo tale che assumano le rispettive condizioni di forma stabilite da progetto in conformità con il profilo alare desiderato. Mediante uno o più mezzi di lettura ottici, quali scanner 50, si effettuano rispettive scansioni della superficie sommitale 21 della struttura interna 20 dell'ala e della superficie inferiore 13 del pannello superiore, o almeno delle zone (indicate in tratteggio con 14 nella figura 1) di tale superficie che si prevede debbano essere posizionate, una volta montato il pannello superiore, allineate o in corrispondenza della superficie sommitale 21 della struttura interna. The sub-assembly 30 and the upper panel 12 are held by respective templates or racks 40 in such a way that they assume the respective shape conditions established by the project in accordance with the desired airfoil. By means of one or more optical reading means, such as scanners 50, respective scans are carried out of the top surface 21 of the internal structure 20 of the wing and of the lower surface 13 of the upper panel, or at least of the areas (indicated in broken lines with 14 in Figure 1 ) of this surface which is expected to be positioned, once the upper panel has been mounted, aligned with or in correspondence with the top surface 21 of the internal structure.
Gli scanner 50 generano un'immagine o modello digitale tridimensionale di ciascuna superficie e le trasmettono ad un'unità di controllo ed elaborazione 60 - tipicamente un PLC o Programmable Logic Controller o un PC ( Personal Computer) - dotata di software applicativo per l'acquisizione delle immagini digitali, la loro elaborazione, e la generazione di un unico modello matematico tridimensionale rappresentativo dello spessore di compensazione che deve essere previsto tra la superficie sommitale 21 della struttura interna 20 e le parti 14 della superficie inferiore 13 del pannello superiore 12, affinché quest'ultimo assuma la forma stabilita dal progetto. Il modello tridimensionale dello spessore di compensazione viene quindi trasferito a macchine di rapid manufacturing, che realizzano uno o più spessori o inserti 70 (figura 3). Questi sono elementi che, visti in pianta, hanno forme corrispondenti alla superficie sommitale 21 della struttura interne o a sue porzioni, e spessore variabile in modo tale per cui, interponendoli tra le due superfici 14 e 21, distanziano opportunamente la struttura 20 dal pannello superiore affinché questo assuma un profilo esattamente coincidente con il profilo alare prestabilito. In altre parole, gli inserti 70 realizzano insieme una superficie superiore di appoggio quanto più estesa e continua che corrisponde a quella del profilo alare desiderato. The scanners 50 generate a three-dimensional digital image or model of each surface and transmit them to a control and processing unit 60 - typically a PLC or Programmable Logic Controller or a PC (Personal Computer) - equipped with application software for acquisition digital images, their processing, and the generation of a single three-dimensional mathematical model representative of the compensation thickness that must be provided between the top surface 21 of the internal structure 20 and the parts 14 of the lower surface 13 of the upper panel 12, so that this the last takes the form established by the project. The three-dimensional model of the compensation thickness is then transferred to rapid manufacturing machines, which produce one or more shims or inserts 70 (Figure 3). These are elements which, seen in plan, have shapes corresponding to the top surface 21 of the internal structure or portions thereof, and variable thickness so that, by interposing them between the two surfaces 14 and 21, they appropriately distance the structure 20 from the upper panel so that this assumes a profile exactly coinciding with the predetermined airfoil. In other words, the inserts 70 together form an upper support surface as extended and continuous as corresponding to that of the desired airfoil.
Le tecniche e i mezzi necessari sìa per la scansione delle due superfici 14, 21 tra le quali va applicato l'inserto (o gli inserti) di compensazione, e la scelta della particolare tecnologia per la produzione degli inserti, non sono di per sé rilevanti ai fini della comprensione dell'invenzione, e non verranno pertanto qui descritte in modo particolareggiato. Per quanto riguarda la tecnologia da adottare per la fabbricazione dell'inserto di compensazione, essa potrà essere scelta tra le moderne tecniche di prototipazione e produzione rapida {rapid prototyping and manufacturing) . Queste tecniche consentono la riproduzione di strutture molto intricate e dei dettagli più fini, anche dei sottosquadri. A titolo di esempio, potranno essere utilizzate tecniche per accrescimento, secondo le quali l’oggetto viene costruito per accrescimento mediante aggiunta e aggregazione successiva di particelle, fili o strati di materiale. Si citano, ad esempio, la stereolitografia (basata sulla fotopolimerizzazione) , la sinterizzazione laser selettiva (selective laser sintering) basata sulla sinterizzazione diretta di polveri mediante laser, il Laminated Object Manufacturing basato sulla sovrapposizione di strati di carta termoadesiva, la fused deposition modelling basata sul riscaldamento ed estrusione di filamenti di materiale termoplastico, il Solid Groung Curing basato sulla solidificazione di liquido fotopolimerico o il 3-D Printing, basato sulla sinterizzazione di polveri tramite laser, o il Multi-jet modelling basato su un getto di inchiostro di materiale termoplastico. The techniques and means necessary for scanning the two surfaces 14, 21 between which the compensation insert (or inserts) is to be applied, and the choice of the particular technology for the production of the inserts, are not in themselves relevant to the purposes of understanding the invention, and will therefore not be described in detail here. As for the technology to be adopted for the manufacturing of the compensation insert, it can be chosen among the modern techniques of prototyping and rapid production (rapid prototyping and manufacturing). These techniques allow the reproduction of very intricate structures and the finest details, even of undercuts. By way of example, growth techniques may be used, according to which the object is constructed by growth by adding and subsequently aggregating particles, threads or layers of material. For example, stereolithography (based on photopolymerization), selective laser sintering based on direct sintering of powders by laser, Laminated Object Manufacturing based on the superimposition of layers of thermo-adhesive paper, fused deposition modeling based on on the heating and extrusion of thermoplastic filaments, the Solid Groung Curing based on the solidification of photopolymer liquid or the 3-D Printing, based on the sintering of powders by laser, or the Multi-jet modeling based on an ink jet of thermoplastic material .
È importante rimarcare che mentre si effettuano le fasi di scansione, creazione dei vari modelli matematici tridimensionali, e produzione pratica dello spessore, è possibile continuare a lavorare sull’ala aperta, sistemando all'interno di essa i vari dispositivi e impianti necessari. It is important to note that while carrying out the scanning phases, creation of the various three-dimensional mathematical models, and practical thickness production, it is possible to continue working on the open wing, arranging the various necessary devices and systems within it.
Gli uno o più inserti di compensazione 70 vengono quindi applicati sulla superficie sommitale 21 della struttura interna, preferibilmente mediante un adesivo strutturale. Infine il pannello superiore 12 viene collocato sull'inserto di compensazione e chiodato definitivamente secondo il suo giusto profilo aerodinamico. The one or more compensation inserts 70 are then applied to the top surface 21 of the internal structure, preferably by means of a structural adhesive. Finally, the upper panel 12 is placed on the compensation insert and nailed definitively according to its correct aerodynamic profile.
Come si potrà apprezzare, grazie alla presente invenzione si evitano diverse operazioni tradizionali come discusso nella parte introduttiva della descrizione. Innanzitutto non occorre rimuovere l’ala in costruzione dallo scalo né effettuare altri trasferimenti. La scansione della superficie inferiore o interna del pannello superiore e della superficie sommitale della struttura interna dell'ala viene effettuata con quest'ultima trattenuta sullo scalo, senza necessità di smontarla. Poiché non occorre applicare alcuno shim, non occorre neanche predisporre apparecchiature per pressare il pannello superiore sullo shim applicato. Sono eliminati i tradizionali tempi morti di attesa dell'indurimento dello shim. Non occorre riaprire l'ala rimuovendo il pannello superiore, non occorre fresare per rifilare i bordi della struttura dall'eccesso di shim, né aspirare via i trucioli. Si è dispensati dal predisporre varie apparecchiature operative per l'applicazione dello shim e per la movimentazione e il trasferimento delle parti dell'ala in costruzione. As it will be appreciated, thanks to the present invention various traditional operations are avoided as discussed in the introductory part of the description. First of all, there is no need to remove the wing under construction from the airport or make other transfers. The scanning of the lower or internal surface of the upper panel and of the top surface of the internal structure of the wing is carried out with the latter held on the slipway, without the need to disassemble it. Since no shim needs to be applied, there is also no need to set up equipment to press the top panel onto the applied shim. The traditional dead times of waiting for the shim to harden are eliminated. There is no need to reopen the wing by removing the top panel, there is no need to mill to trim the edges of the structure from excess shim, nor to vacuum away the shavings. It is exempted from preparing various operational equipment for the application of the shim and for the handling and transfer of the parts of the wing under construction.
Si apprezzerà infine che lo spessore di accoppiamento può essere creato in tempi molto ridotti, che il procedimento è dotato di grande flessibilità, elimina e che la qualità finale dell'ala prodotta migliora. Finally, it will be appreciated that the coupling thickness can be created in a very short time, that the process is endowed with great flexibility, eliminates and that the final quality of the wing produced improves.
Si intende che l'invenzione non è limitata alla forma di attuazione qui descritta ed illustrata, che è da considerarsi come un esempio del procedimento; l'invenzione è invece suscettìbile di modifiche relative a forma e disposizioni di parti, scelta della tecnologia da adottare per la fabbricazione dello spessore, e dettagli costruttivi di questo. Ad esempio, il software che gestisce la produzione dello spessore potrà stabilire che per le zone dove le due superfici affacciate 14 e 21 distano meno di una distanza minima predeterminata, non si produce alcuno spessore. Di conseguenza il numero di inserti usati per coprire la superficie sommitale 21 della struttura interna potrà variare sia in funzione delle dimensioni dell'area che si desidera che ciascun inserto vada a coprire, e sia di limiti dettati da zone di spessore minimo. It is understood that the invention is not limited to the embodiment described and illustrated here, which is to be considered as an example of the process; the invention, on the other hand, is susceptible of modifications relating to the shape and arrangement of parts, choice of the technology to be adopted for manufacturing the thickness, and construction details thereof. For example, the software that manages the thickness production will be able to establish that for the areas where the two facing surfaces 14 and 21 are less than a predetermined minimum distance, no thickness is produced. Consequently, the number of inserts used to cover the top surface 21 of the internal structure can vary both as a function of the size of the area that it is desired that each insert covers, and of limits dictated by areas of minimum thickness.
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