Los materiales han avanzado mucho desde que los hermanos Wright volaron por primera vez con alas que consistían en tela de muselina envuelta sobre un marco de madera doblado al vapor.
La madera y la tela siguieron siendo los principales materiales de construcción durante la Primera Guerra Mundial. Las estructuras estaban apuntaladas con alambre para que el avión mantuviera su forma.
Pero la madera y la tela no son materiales muy duraderos y esos aviones eran difíciles de mantener, especialmente si se dejaban a la intemperie. Por eso, durante el período de entreguerras, los fabricantes fueron pasando gradualmente a la construcción en metal. Esto generalmente significaba un armazón de aluminio cubierto con láminas de aluminio remachadas.
Un ejemplo perfecto de innovación en tiempos de paz es el Boeing P-26 Peashooter, el primer avión de combate monoplano totalmente metálico de los Estados Unidos.
Con algunas excepciones, como la madera de abeto de ganso, el metal ha sido el material elegido desde la Segunda Guerra Mundial.
Sin embargo, con los avances tecnológicos, cada vez más fabricantes incorporan materiales compuestos a sus diseños y algunos diseñadores construyen aviones enteros con materiales compuestos. En este artículo, aprenderá sobre cuatro aeronaves compuestas populares, tres de las cuales son diseños experimentales de nicho y una de ellas es un avión acrobático en producción.
Pero primero, ¿qué son los materiales compuestos?
Los tres grandes: carbono, vidrio y kevlar
Esencialmente, un material compuesto es un material compuesto de más de dos o más materiales constituyentes.
Sí, sabemos que no se debe utilizar una palabra en su definición.
Quizás algunos ejemplos puedan ayudar.
El hormigón armado, con su mezcla de cemento y acero, es un material compuesto.
El contrachapado, aunque es principalmente madera, técnicamente es un material compuesto. Se mantiene unido con pegamento y, a menudo, está fabricado con más de un tipo de madera.
En la aviación, los materiales compuestos suelen ser plásticos reforzados con fibra. La fibra es de kevlar, fibra de carbono o fibra de vidrio empapada con una resina plástica. Muchas veces, los materiales se laminan o se apilan en capas y se unen para lograr una mayor resistencia. Y, a medida que la resina plástica se cura, la estructura se vuelve casi dura como una roca.
La construcción de barcos adoptó los materiales compuestos como método de construcción de elección hace años. Después de todo, la mayoría de nosotros hemos estado en un barco de fibra de vidrio, incluso si en su momento no apreciábamos plenamente su construcción compuesta.
La industria de la aviación recién está comenzando a adoptar el uso de materiales compuestos.
Airbus presume de que su nuevo A350 XWB está fabricado casi en su mitad con materiales compuestos, principalmente plástico reforzado con fibra de carbono (PRFC), incluida la mayor parte de las alas del avión. El PRFC ofrece una mejor relación resistencia-peso que el metal.
Además, el Boeing 787 está compuesto en un 50 por ciento por peso y en un 80 por ciento por volumen.
En el mundo de la aviación general, los aviones Cirrus se moldean a partir de fibra de vidrio y fibra de carbono, lo que permite una forma más suave y aerodinámica que la construcción tradicional de fuselaje sobre bastidor.
La construcción con materiales compuestos tiene sus inconvenientes. A diferencia del aluminio, los materiales deben curarse, lo que puede ralentizar la construcción en una planta de producción en masa. Y los costos iniciales de la fibra de carbono, por ejemplo, son más altos que los del aluminio.
Sin embargo, el uso de materiales más ligeros y duraderos supone un ahorro en combustible y mantenimiento.
Aviones espaciales y otros experimentos
Dos grandes ventajas de los materiales compuestos son la facilidad de construcción y las superficies suaves y aerodinámicas.
Estos dos atributos hacen que los materiales compuestos sean ventajosos para los constructores experimentales. Después de todo, no se quiere contratar un equipo de soldadores y dedicar un montón de mano de obra a un diseño único que puede no funcionar. Es más fácil y más rentable utilizar materiales compuestos cuando se experimenta con nuevos diseños innovadores.
El ingeniero aeroespacial Burt Rutan, fundador de Scaled Composites, con sede en Mojave, California, atribuye el éxito de su empresa a los materiales compuestos, que le permiten fabricar aviones nuevos, inusuales y futuristas en plazos cortos.
Entre ellos se encuentran:
Composites a escala ATTT : En la década de 1980, una agencia del Departamento de Defensa de EE. UU. llamada DARPA le pidió a Rutan que construyera un avión de despegue y aterrizaje cortos (STOL) para transportar tropas dentro y fuera del peligro, algo entre un helicóptero y un avión de carga.
DARPA es un excelente ejemplo de la pasión del gobierno por la sopa de letras y es la sigla de Defense Advanced Research Projects Agency (Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa). La agencia es responsable del desarrollo de nueva tecnología militar.
Rutan construyó un avión a escala del 60 por ciento con el fin de realizar pruebas de concepto, utilizando fibra de vidrio y fibra de carbono. El avión era un avión de ala en tándem, con dos turbohélices y cola en T, llamado Advanced Technology Tactical Transport (ATTT o AT3). Scaled Composites realizó 51 vuelos de prueba en 1987. En 1988, Rutan reconstruyó el avión con dos brazos.
DARPA perdió interés en el diseño y el avión ahora se encuentra almacenado en la Base de la Fuerza Aérea Edwards.
Scaled Composites VSS Enterprise: si conoces esta aeronave, probablemente la conozcas como la primera SpaceShipTwo. Construida por Scaled Composites, esta aeronave espacial suborbital era propiedad y estaba operada por Virgin Galactic , una subsidiaria de Virgin Group del empresario multimillonario Richard Branson, que estaba probando la viabilidad del turismo espacial y transportaba pasajeros a una altitud de 328.000 pies.
Los planes exigían una nave nodriza construida por Scaled Composites, VMS Eve, también llamada WhiteKnightTwo, para llevar a la VSS Enterprise a lo alto de la atmósfera, desde allí, la SpaceShipTwo se desprendería y encendería sus motores de cohete, despegando hacia el espacio cercano.
Los vuelos de prueba comenzaron en octubre de 2010, pero la VSS Enterprise nunca alcanzó su objetivo final de transportar pasajeros al espacio.
En Halloween de 2014, el VSS Enterprise se desintegró en el desierto de Mojave durante un vuelo de prueba y finalmente se estrelló, matando al copiloto Mike Alsbury y hiriendo gravemente al piloto Pete Siebold. El accidente ocurrió después de 13 segundos de vuelo propulsado por cohetes cuando el VSS Enterprise se acercaba a Mach 1, a unos 50.000 pies en el aire. La Junta Nacional de Seguridad del Transporte identificó tanto el error humano como las protecciones de diseño inadecuadas como factores contribuyentes.
Composiciones a escala VMS Eve: VMS Eve es el avión de transporte, o nave nodriza, que transporta al avión espacial VSS Unity SpaceShipTwo de Virgin Galactic al aire para un lanzamiento a gran altitud. Mientras que VSS significa Virgin Space Ship, VMS significa Virgin Mother Ship. ¿Y Eve? Ese es el nombre de la difunta madre del propietario de Virgin, Richard Branson.
El VMS Eve también se conoce como WhiteKnightTwo. Construido por Scaled Composites, tiene dos fuselajes y cuatro motores a reacción. En vuelo, el SpaceShipTwo cuelga del ala entre los dos fuselajes. El VMS Eve voló por primera vez el 21 de diciembre de 2008. Permanece en el puerto espacial de Virgin Galactic en Nuevo México.
Virgin dice que está cerca de transportar pasajeros al espacio.
La aventura puede ser tuya por el costo de un boleto, solo $250,000.
Siente las fuerzas G
Al igual que Scaled Composites, Game Composites es otro diseñador y constructor que se ha lanzado de cabeza al mundo de los materiales compuestos.
La diferencia es que, hasta ahora, Game ha construido un solo avión, el GB1 Gamebird de fibra de carbono, y si bien es único, no es una rareza de la era espacial como algunas de las producciones de Scaled.
GB1 Gamebird : El GB1 fue diseñado por el alemán Phillip Steinbach y fabricado bajo un acuerdo de licencia con Game Composites, fundada en Arkansas en 2013. Steinbach fundó Game Composites con Steuart Walton, nieto de Sam Walton, fundador de Walmart.
El Gamebird, fabricado en fibra de carbono, es un avión biplaza en línea, como un avión de combate, con el piloto sentado en la parte trasera. Está propulsado por un motor Lycoming de seis cilindros de 303 CV y es capaz de alcanzar velocidades de hasta 235 nudos.
El GB1 pesa solo 1300 libras en seco. La velocidad de ascenso a nivel del mar es de unos increíbles 2600 pies por minuto.
Cada GB1 se ensambla a partir de 330 piezas de fibra de carbono y luego se hornea a 200 grados para que todo se endurezca en conjunto. La fibra de carbono también puede soportar golpes. Steinbach dice que resiste a 19 G sin fallas estructurales. En vuelo real, el avión es capaz de soportar más y menos 10 G y más de 400 grados de giro por segundo.
En otras palabras, no es para los débiles de corazón.
El Gamebird obtuvo su certificado de producción de la FAA en 2019 y la empresa planea aumentar la producción. El precio comienza en $400,000.
El futuro de los materiales compuestos en la aviación
Se espera que los materiales compuestos sigan creciendo en la aviación.
En 2015, la NASA estableció una asociación público-privada para investigar y desarrollar materiales compuestos en la industria de la aviación.
Las previsiones de mercado para las empresas de materiales compuestos que trabajan en el sector de la aviación son en su mayoría positivas , especialmente a medida que se ponen en marcha nuevos procesos.
1 comentario
Philip Thompson
So ! Please answer the question "WHICH airliners bodies are made of Composit Materials ?