Aviones compuestos: 4 aviones compuestos populares construidos hasta la fecha

Los materiales han recorrido un largo camino desde que los hermanos Wright volaron por primera vez con alas que consistían en tela de muselina envuelta sobre una estructura de madera doblada al vapor.

La madera y la tela siguieron siendo los principales materiales de construcción durante la Primera Guerra Mundial. Las estructuras se reforzaron 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 cuando se dejaban a la intemperie. Así, durante el Período de Entreguerras, los fabricantes pasaron gradualmente a la construcción metálica. 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 el Spruce Goose de madera, el metal ha sido el material preferido desde la Segunda Guerra Mundial.

No obstante, con los avances tecnológicos, más fabricantes están incorporando materiales compuestos en sus diseños, y algunos diseñadores están construyendo aviones enteros con materiales compuestos. En este artículo, aprenderá sobre cuatro aviones compuestos populares, tres de los cuales son diseños experimentales de nicho y uno de los cuales 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 por dos o más materiales constituyentes.

Sí, sabemos que no se supone que debes usar una palabra en su definición.

Quizás los ejemplos ayuden.

El hormigón armado, con su mezcla de cemento y acero, es un material compuesto.

La madera contrachapada, aunque principalmente de madera, es técnicamente compuesta. Se mantiene unida con pegamento y a menudo se fabrica con más de un tipo de madera.

En aviación, los materiales compuestos suelen ser plásticos reforzados con fibra. La fibra es 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 una mayor resistencia. Y, a medida que la resina plástica cura, la estructura se vuelve casi tan dura como una roca.

La construcción naval adoptó los materiales compuestos como su método de construcción preferido hace años. Después de todo, la mayoría de nosotros hemos estado en un barco de fibra de vidrio, incluso si no apreciamos completamente su construcción compuesta en ese momento.

La industria de la aviación está empezando a adoptar los composites.

Airbus presume de que su nuevo A350 XWB está casi la mitad hecho de materiales compuestos, principalmente plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP), incluyendo la mayor parte de las alas del avión. El CFRP ofrece una mejor relación resistencia-peso que el metal.

Además, el Boeing 787 es aproximadamente 50 por ciento compuesto en peso y 80 por ciento si se mide por volumen.

En el mundo de la aviación general, los aviones Cirrus están moldeados con fibra de vidrio y fibra de carbono. Esto permite una forma más suave y aerodinámica que la construcción tradicional de piel sobre bastidor.

La construcción compuesta tiene sus inconvenientes. A diferencia del aluminio, los materiales deben curarse, lo que puede ralentizar la construcción en una instalación de producción en masa. Y los costos iniciales de la fibra de carbono, por ejemplo, son más altos que los del aluminio.

No obstante, el uso de materiales más ligeros y duraderos se traduce en ahorros de combustible y mantenimiento.

Aviones espaciales y otros experimentos

Dos grandes ventajas de los materiales compuestos son la facilidad de construcción y las superficies lisas y aerodinámicas.

Ambas características hacen que los materiales compuestos sean ventajosos para los constructores experimentales. Después de todo, no querrás contratar un equipo de soldadores y destinar una gran cantidad de mano de obra a un diseño único que quizás no funcione. Es más fácil y rentable usar materiales compuestos al experimentar con diseños innovadores.

El ingeniero aeroespacial Burt Rutan, fundador de Scaled Composites, con sede en Mojave, California, atribuye a los materiales compuestos el éxito de su empresa, produciendo aviones nuevos, inusuales y futuristas en cortos períodos de tiempo.

Entre ellos se encuentran:

Scaled Composites ATTT: En la década de 1980, una agencia del Departamento de Defensa de EE. UU. llamada DARPA pidió a Rutan que construyera una aeronave 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 del amor del gobierno por la sopa de letras, y significa la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzados de Defensa. La agencia es responsable del desarrollo de nueva tecnología militar.

Utilizando fibra de vidrio y fibra de carbono, Rutan construyó un avión a escala del 60 por ciento con fines de prueba de concepto. El avión era un bimotor turbohélice de ala en tándem con una 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 botalones.

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 nave espacial suborbital era propiedad y estaba operada por Virgin Galactic del multimillonario empresario Richard Branson, una subsidiaria de Virgin Group que probaba la viabilidad del turismo espacial, transportando pasajeros a una altitud de 328,000 pies.

Los planes contemplaban una nave nodriza construida por Scaled Composites, la VMS Eve, también llamada WhiteKnightTwo, para transportar la VSS Enterprise a gran altura en la atmósfera; desde allí, la SpaceShipTwo se desprendería y encendería sus motores de cohete, lanzándose al 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, la VSS Enterprise se desintegró sobre el desierto de Mojave durante un vuelo de prueba y finalmente se estrelló, matando al copiloto Mike Alsbury e hiriendo gravemente al piloto Pete Siebold. El accidente ocurrió después de 13 segundos de vuelo propulsado por cohetes, cuando la VSS Enterprise se acercaba a Mach 1, a unos 50,000 pies de altura. La Junta Nacional de Seguridad del Transporte identificó tanto el error humano como las salvaguardias de diseño inadecuadas como factores contribuyentes.

Scaled Composites VMS Eve: VMS Eve es la aeronave transportadora, o nave nodriza, que transporta el avión espacial VSS Unity SpaceShipTwo de Virgin Galactic al aire para un lanzamiento a gran altura. 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 Spaceport de Virgin Galactic en Nuevo México.

Virgin dice que está cerca de llevar 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 avión, el GB1 Gamebird de fibra de carbono, y aunque 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 de fibra de carbono está construido para acrobacias, un biplaza en línea, como un avión de combate, con el piloto sentado en la parte trasera. Está propulsado por un Lycoming de seis cilindros de 303 hp y es capaz de alcanzar velocidades de hasta 235 nudos.

El GB1 pesa solo 1,300 libras en seco. La tasa de ascenso a nivel del mar es una asombrosa de 2,600 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 cure junto. La fibra de carbono también puede soportar golpes. Steinbach dice que resiste hasta 19 G sin fallas estructurales. En vuelo real, el avión es capaz de más y menos 10 G y más de 400 grados de alabeo 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 compañía planea aumentar la producción. El precio comienza en $400,000.

El futuro de los composites en 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.

Los pronósticos de mercado para las empresas de materiales compuestos que trabajan en aviación son en su mayoría positivos, especialmente a medida que nuevos procesos entran en funcionamiento.