Materiales compuestos en la industria aeronáutica

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Además del espíritu aventurero de los pioneros, desde el punto de vista tecnológico si hay algo que ha caracterizado la evolución de la aviación ha sido la obsesión por la reducción del peso de los aviones para conseguir cada vez mayores alcances con menores consumos de combustible.

Así, en los primeros años se empleaban los materiales más ligeros disponibles como la tela y la madera, para compensar la escasa potencia de los motores de la época. Sin embargo, conforme se fue incrementando ésta, y los aviones eran de mayor envergadura, se requería una mayor competencia estructural de los materiales empleados. Se empezó a utilizar acero combinado con la madera, lo que a su vez repercutió en el aumento de las demandas estructurales que debían soportar.

ejemplos uso materiales compuestos aeronáuticaGracias a la investigación se introdujo el aluminio en sustitución del acero, mucho más ligero y resistente, y luego el titanio, lo que dio un respiro a los fabricantes que veían muy limitada la capacidad de evolucionar sus modelos.

Así, el doble objetivo estaba claro: reducir el peso para aumentar el alcance operativo, a la vez que se reducían los costes de mantenimiento sin merma de la seguridad de las aeronaves, eliminando el riesgo de aparición de fisuras provocadas por la fatiga de los materiales. El desarrollo tecnológico llevó entonces a incorporar en la segunda mitad del siglo XX los materiales compuestos o “composites”. Actualmente suponen más del 50% de los componentes utilizados en la fabricación de aviones, sobre todo en piezas complejas que sufren las mayores cargas estructurales y que por lo tanto deben ser específicamente diseñadas para tales fines.

Los resultados obtenidos mediante programas como Abaqus e Isight han sido comparados con ensayos realizados con prototipos reales y se han conseguido excelentes correlaciones que han permitido validar los cálculos mediante simulación.

Los materiales compuestos se caracterizan por su baja inflamabilidad, ligereza y alta resistencia, por lo que su utilización permite reducir el consumo de combustible y las operaciones de mantenimiento, redundando en ahorros operativos muy significativos.

Sin embargo, encontrar la combinación ideal del número de laminados y su orientación para una aplicación concreta de un componente específico requiere la realización de una ingente cantidad de verificaciones estructurales. Si estas comprobaciones se tuvieran que realizar mediante ensayos, supondría un coste prohibitivo e insostenible para los fabricantes.

Y es aquí donde los paquetes de software de simulación demuestran plenamente su potencial a la hora de diseñar y optimizar este tipo de componentes.

Los resultados obtenidos mediante programas como Abaqus e Isight han sido comparados con ensayos realizados con prototipos reales y se han conseguido excelentes correlaciones que han permitido validar los cálculos mediante simulación. Las ventajas de la simulación son  más que evidentes, ya que permite comprobar una variedad innumerable de modelos y configuraciones de material compuesto para determinar el diseño óptimo.

Sectores industriales como el de la automoción, ferroviario y eólico están emulando al sector aeronáutico, por lo que el futuro y la expansión del uso de los materiales compuestos será muy prometedor en este siglo XXI.

 


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