La caja del ala de un avión de ala fija se refiere a la estructura primaria de carga del ala, que forma el centro estructural de las alas y también el punto de unión para otros componentes del ala, como los flaps del borde de ataque , las alas oscilantes , los flaps del borde de salida y dispositivos de punta de ala . El ala continúa más allá de las raíces visibles del ala y se conecta con el fuselaje en el ala central, que forma el núcleo estructural de una aeronave.
La caja del ala se llama así porque, en muchos diseños, la combinación de los largueros del ala delantera y trasera y los revestimientos del ala superior e inferior forman juntos una forma de "caja" natural que atraviesa el ala. [1] Si bien la estructura interna del ala comúnmente proporciona gran parte de la resistencia a través de una combinación de largueros, nervaduras y largueros, el revestimiento externo también suele soportar una proporción de las cargas. En muchos aviones, el volumen interior de la caja del ala también se utiliza para almacenar combustible, lo que comúnmente se conoce como diseño de ala húmeda . [1]
En los últimos años, ha habido un uso cada vez mayor de materiales compuestos dentro del ala; Esta tendencia se ha seguido en gran medida para lograr pesos más bajos que los diseños que utilizan únicamente materiales convencionales. [2] [3] Específicamente, la fibra de carbono se ha convertido en un material popular debido a su muy alta relación resistencia-peso. [4] Durante enero de 2017, el conglomerado aeroespacial europeo Airbus Group anunció que había creado la primera caja de ala central compuesta de una sola pieza del mundo, afirmando que representaba una reducción del 20 por ciento en el costo de fabricación al ser más fácil de ensamblar. [5]
Debido a su papel estructural crucial, el Wingbox está sujeto a un análisis y escrutinio considerables para estar seguros de sus capacidades, así como para lograr un rendimiento óptimo. Como tal, los ingenieros aeroespaciales han ideado y empleado por los fabricantes de aviones varias técnicas para calcular y verificar las tensiones involucradas. [1] Se ha atribuido directamente al uso de cálculos y pruebas cada vez más capaces el mérito de haber permitido la producción de alas más ligeras y eficientes. [2] Hacia la última parte del siglo XX, el uso de la tecnología de diseño asistido por computadora (CAD) se volvió común en los programas aeroespaciales; Como tal, los paquetes de software como CATIA desempeñan un papel importante en el proceso de diseño y fabricación. [1]
Además, las autoridades de certificación normalmente exigen la verificación física del rendimiento estructural de la caja del ala en el proceso de certificación de aviones civiles . En consecuencia, es habitual que los fabricantes de aviones produzcan unidades de prueba no voladoras que se someten a pruebas en tierra, ejerciendo cargas de hasta 1,5 veces las fuerzas aerodinámicas máximas que se espera encontrar en cualquier momento de su vida operativa. [6] Las pruebas destructivas de elementos de las alas han existido desde los primeros días de la aviación, aunque las técnicas específicas empleadas se han vuelto cada vez más sofisticadas, particularmente desde la invención de la galga extensométrica en 1938, que ha sido de uso generalizado dentro de la industria aeroespacial desde la segunda Guerra Mundial . [7]
Las pruebas no destructivas también se realizan no sólo durante el proceso de certificación inicial sino a menudo durante toda la vida útil de una aeronave individual para protegerla contra fallas por fatiga o inspeccionar posibles daños infligidos. [8] Las técnicas comunes incluyen inspección visual, pruebas ultrasónicas , pruebas radiográficas , pruebas electromagnéticas , emisiones acústicas y shearografía . [9] [10] A veces, mediante tales técnicas, se identifica la necesidad de reemplazar la caja del ala de un avión individual; Aunque se trata de un procedimiento bastante intensivo y costoso, que lleva a que los operadores opten a menudo por poner fin a la vida operativa de una aeronave, este tipo de sustituciones se realizan ocasionalmente. [11] [12] Durante el verano de 2019, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos se vio obligada a dejar en tierra más de 100 de sus aviones de transporte Lockheed Martin C-130 Hercules para inspección y trabajos de reparación al descubrir grietas excesivas en el ala. [13] Las aeronaves destinadas a una vida útil prolongada a menudo han recibido cajas de alas de repuesto como parte de los programas de extensión de vida. [14]