Compuestos en el sector aeroespacial

El peso lo es todo cuando se trata de máquinas más pesadas que el aire, y los diseñadores se han esforzado continuamente por mejorar las relaciones de elevación a peso desde que el hombre salió al aire por primera vez. Los materiales compuestos han jugado un papel importante en la reducción de peso, y hoy en día hay tres tipos principales en uso: epoxi reforzado con fibra de carbono, vidrio y aramida .; hay otros, como el reforzado con boro (un compuesto formado en un núcleo de tungsteno).

Desde 1987, el uso de compuestos en la industria aeroespacial se ha duplicado cada cinco años, y regularmente aparecen nuevos compuestos..

Usos

Los compuestos son versátiles, se usan tanto para aplicaciones estructurales como para componentes, en todas las aeronaves y naves espaciales, desde góndolas y planeadores de globos aerostáticos hasta aviones de pasajeros, aviones de combate y el transbordador espacial. Las aplicaciones van desde aviones completos como el Beech Starship hasta conjuntos de alas, palas de rotor de helicóptero, hélices, asientos y recintos de instrumentos..

Los tipos tienen diferentes propiedades mecánicas y se utilizan en diferentes áreas de la construcción de aviones. La fibra de carbono, por ejemplo, tiene un comportamiento de fatiga único y es frágil, como descubrió Rolls-Royce en la década de 1960 cuando el innovador motor a reacción RB211 con palas de compresor de fibra de carbono falló catastróficamente debido a los choques con pájaros..

Mientras que un ala de aluminio tiene una vida útil conocida por la fatiga del metal, la fibra de carbono es mucho menos predecible (pero mejora drásticamente todos los días), pero el boro funciona bien (como en el ala del Advanced Tactical Fighter). Las fibras de aramida ('Kevlar' es una conocida marca registrada propiedad de DuPont) se usan ampliamente en forma de lámina de panal para construir mamparos, tanques y pisos muy rígidos y muy livianos. También se utilizan en componentes de ala de borde delantero y trasero.

En un programa experimental, Boeing utilizó con éxito 1.500 piezas compuestas para reemplazar 11.000 componentes metálicos en un helicóptero. El uso de componentes compuestos en lugar de metal como parte de los ciclos de mantenimiento está creciendo rápidamente en la aviación comercial y de ocio..

En general, la fibra de carbono es la fibra compuesta más utilizada en aplicaciones aeroespaciales..

Ventajas

Ya hemos mencionado algunos, como el ahorro de peso, pero aquí hay una lista completa:

• Reducción de peso: a menudo se mencionan ahorros en el rango de 20% -50%.
• Es fácil ensamblar componentes complejos utilizando maquinaria de colocación automatizada y procesos de moldeo rotacional.
• Las estructuras moldeadas monocasco ('carcasa simple') ofrecen mayor resistencia con un peso mucho menor.
• Las propiedades mecánicas se pueden adaptar mediante un diseño de "colocación", con espesores cónicos de tela de refuerzo y orientación de tela.
• La estabilidad térmica de los compuestos significa que no se expanden / contraen excesivamente con un cambio de temperatura (por ejemplo, una pista de 90 ° F a -67 ° F a 35,000 pies en cuestión de minutos).
• Alta resistencia al impacto: la armadura de Kevlar (aramida) también protege los aviones, por ejemplo, reduce el daño accidental a los pilones del motor que llevan los controles del motor y las líneas de combustible.
• La alta tolerancia al daño mejora la supervivencia del accidente.
• Se evitan los problemas de corrosión 'galvánica' - eléctrica - que ocurrirían cuando dos metales diferentes están en contacto (particularmente en ambientes marinos húmedos). (Aquí la fibra de vidrio no conductora juega un papel).
• Los problemas combinados de fatiga / corrosión se eliminan prácticamente.

Perspectiva del futuro

Con los costos de combustible cada vez mayores y el cabildeo ambiental, los vuelos comerciales están bajo una presión sostenida para mejorar el rendimiento, y la reducción de peso es un factor clave en la ecuación.

Más allá de los costos operativos diarios, los programas de mantenimiento de la aeronave pueden simplificarse mediante la reducción del recuento de componentes y la reducción de la corrosión. La naturaleza competitiva del negocio de construcción de aeronaves asegura que cualquier oportunidad para reducir los costos operativos sea explorada y explotada siempre que sea posible..

La competencia también existe en el ejército, con una presión continua para aumentar la carga útil y el alcance, las características de rendimiento del vuelo y la 'capacidad de supervivencia', no solo de los aviones sino también de los misiles..

La tecnología compuesta continúa avanzando, y la llegada de nuevos tipos, como las formas de basalto y nanotubos de carbono, seguramente acelerará y extenderá el uso compuesto.

Cuando se trata de aeroespacial, los materiales compuestos están aquí para quedarse.