Este artículo que vais a leer a continuación es un pequeño trabajo que tuve que hacer para una asignatura llamada arquitectura de aeronaves. La asignatura en sí trata sobre los tipos de cargas aplicadas en la aeronave, los tipos de uniones que requiere cada pieza, los modos de revision de la estructura mediante ensayos no destructivos, el diseño de las aeronaves, materiales, fallos de la estructura…etc. Os dejo con el.
CRITERIOS DE SELECCIÓN DE MATERIAL PARA EL REVESTIMIENTO EN LOS AVIONES BOEING 787 DREAMLINER Y A350-XWB
La elección de los materiales en el desarrollo de un nuevo avión depende de la situación y misión que tenga cada pieza, así como conseguir la máxima eficiencia entre resistencia estructural y peso total del avión. Hoy en día, en la construcción de nuevos aviones como el Boeing 787 y el A350 XWB se utilizan en ambos un 50% de materiales compuestos y aproximadamente un 20% de aleaciones de aluminio.
Una diferencia entre ellos es que el fuselaje de cola del 787 esta constituido por material compuesto de fibra carbono reforzada CFRP mientras que los fabricantes de Airbus han elegido una aleación de aluminio-litio para esta sección del fuselaje en lo que concierne al revestimiento. Tanto la fibra de carbono como la aleación de aluminio-litio tienen baja densidad y alta resistencia a tracción, tanto es así, que el aluminio-litio tiene una densidad de 2,63 g/cm3 reduciendo así en un 12% el peso comparado con las aleaciones tradicionales de aluminio. Sin embargo la fibra de carbono aun reduce más el peso teniendo una densidad de 1,6 g/cm3 lo que se traduce en una reducción de peso del 20%. En cuanto a los valores de límite elástico el aluminio-litio aventaja al material compuesto en unas 4 veces más.
Uno de los motivos importantes por los que boeing ha decidido utilizar fibra de carbono es la reducción de piezas a la hora del proceso de montaje y la reducción de herramientas dando mas seguridad a los trabajadores y consiguiendo mayor rapidez en la fabricación ya que el fuselaje solo consta de 6 piezas en el ensamblaje final. Dado que el 787 se ensambla a partir de componentes grandes en lugar de numerosas piezas pequeñas, no son necesarias las herramientas tradicionales de montaje. Se utilizan herramientas portátiles, diseñadas de forma ergonómica, para colocar los ensamblajes y se elimina el uso de grúas elevadas para trasladar la estructura del avión. Una estructura de materiales compuestos significa menos residuos en la producción y menos materiales peligrosos utilizados durante el proceso de ensamblaje. No solo el uso de composites tiene esta ventaja a la hora de la fabricación del avión sino también en el diseño del proyecto consiguiendo crear diseños de estructura optimizada y desarrollar un proceso de producción eficiente.
En cambio el fabricante europeo Airbus en el diseño y fabricación de su nuevo avión, el A350 XWB, ha utilizado para su sección trasera del fuselaje, como bien se explicaba anteriormente, la aleación de aluminio-litio, que principalmente se ha utilizado para aplicaciones espaciales siendo recientemente cuando empieza a tener mayor presencia en las estructuras aeronáuticas.
Una de las ventajas de trabajar con metal es que se conoce a la perfección su comportamiento a fatiga y su resistencia al avance de grieta, mientras que en los materiales compuestos al ser relativamente nuevos en la implantación de aplicaciones aeronáuticas no se conocen tan bien las características del material al avance de la grieta ni a fatiga. Desde luego, una desventaja importante al trabajar con aleaciones es su vulnerabilidad a la corrosión, cosa que en los materiales compuestos es nula, lo que requiere de tratamientos adicionales sobre la superficie del metal. Otra ventaja de utilizar como revestimiento aluminio-litio es que a la hora de realizar las labores de mantenimiento los operarios requerirán las mismas herramientas que se utilizan para el aluminio convencional lo que ahorra costes de formación de personal así como la compra de nuevas herramientas, repercutiendo en un ahorro importante para la compañía.
Airbus decidió no utilizar materiales compuestos para la aeroestructura misma porque esta es la parte del avión que sufre más daños cuando el avión esta en tierra: abolladuras y golpes ocasionados por los vehículos de servicio, por lo que tiene que ser fácil y barata de arreglar. Sin embargo las alas no suelen sufrir este tipo de desperfectos por lo que se puede hacer de un material más complejo.
En el A350 XWB, cada una de las 3 secciones del fuselaje esta constituida por cuatro segmentos largos de material compuesto con fibra de carbono (un segmento de techo y otro de suelo, así como 2 segmentos laterales) montados sobre estructuras metálicas. El motivo de esta combinación de materiales tan diferentes en la misma estructura es el innovador empleo de segmentos de fuselaje en materiales compuestos instalados sobre cuadernas de aluminio-litio que simplifica la fabricación, en comparación con el diseño planeado por Boeing para el 787 consistente en rodajas completas de fuselaje. El diseño hibrido de los segmentos de fuselaje previsto para el A350 XWB permite adaptarlos de forma optima a las exigencias relacionadas con su lugar de montaje en la estructura y, además, ahorra peso. Cuanto mas largos sean los segmentos tanto menos costuras perimetrales serán necesarias. Mientras que las costuras longitudinales, por su parte, incrementan la resistencia a flexión del fuselaje.
En conclusión, los principales criterios a la hora de seleccionar los materiales en el diseño de un nuevo avión son: primero que cumplan los requisitos técnicos de esfuerzos y cargas que va a soportar la aeronave, así como asegurar que mantienen las características aerodinámicas, lo segundo que sean materiales con la menor densidad posible, reduciendo el peso de la aeronave en la mayor medida de lo posible, en tercer lugar el facilitar la producción y en cuarto lugar pero aun así importantísimo que sea barato.
