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isogrida

Isogrid en el interior del adaptador que conecta la nave espacial Orion al cohete Delta IV para la prueba de vuelo de exploración 1

Isogrid es un tipo de estructura parcialmente ahuecada formada generalmente a partir de una sola placa de metal (o lámina frontal) con nervaduras de refuerzo integrales triangulares (a menudo llamadas largueros). Fue patentado por McDonnell Douglas (ahora parte de Boeing ). [1] Es extremadamente ligero y rígido. [2] En comparación con otros materiales, su fabricación es costosa y, por lo tanto, está restringido a aplicaciones de vuelos espaciales y algunas partes particularmente críticas del uso aeroespacial más general.

Teoría y diseño

Vista superior del panel isogrid
Sección transversal del rigidizador de ala isogrid [3]

Las estructuras isogrid están relacionadas con paneles compuestos con estructura sándwich ; Ambos pueden modelarse utilizando la teoría del sándwich , que describe estructuras con láminas frontales rígidas separadas y una capa de interconexión más ligera. Las isogrids se fabrican a partir de láminas individuales de material y con aberturas triangulares de gran escala y un patrón abierto en las pestañas , en comparación con láminas cerradas y estructuras de espuma o panal para las estructuras compuestas tipo sándwich.

Las estructuras isogrid están constituidas por una fina piel reforzada con una estructura reticular. Este tipo de estructuras son adoptadas en la industria aeronáutica ya que presentan a la vez resistencia estructural y ligereza. [4]

El patrón triangular es muy eficiente porque conserva la rigidez ahorrando material y por tanto peso. El término isogrid se utiliza porque la estructura actúa como un material isotrópico , con iguales propiedades medidas en cualquier dirección, y reticular, refiriéndose a la estructura de lámina y refuerzos.

Una variante similar es la ortogrid (a veces llamada rejilla tipo gofre ), que utiliza aberturas rectangulares en lugar de triangulares. No es isotrópico (tiene diferentes propiedades desde diferentes ángulos), pero se adapta bien a muchos casos de uso y es más fácil de fabricar.

Tradicionalmente, se utilizaba el patrón de triángulo equilátero porque permitía un análisis simplificado. [5] [6] Dado que el patrón de triángulo equilátero tiene características de resistencia isotrópica (sin dirección preferencial), se le denominó rejilla iso . [5]

Fabricación

Los refuerzos de una isogrid generalmente se mecanizan a partir de una cara de una sola hoja de material como el aluminio con una fresadora CNC. Un espesor inferior a 0,040 pulgadas (1,0 milímetro ) podría requerir procesos de fresado químico . [7]

Se ha dado un gran impulso hacia las técnicas de fabricación aditiva debido a una disminución en los costos generales de material y producción y una alta eficiencia y precisión, al tiempo que se proporciona control sobre parámetros como la porosidad. Además, la facilidad de fabricación de prototipos con fines de prueba ha contribuido enormemente. [8]

Las isogrilas compuestas son configuraciones de costilla y piel, donde al menos una parte de la costilla es de un material diferente al de la piel, y el compuesto se ensambla mediante varios procesos manuales o automatizados. [9] Esto puede dar relaciones resistencia-peso extremadamente altas. [10]

Usos

Isogrids en el recipiente a presión CST-100

Los paneles isogrid forman estructuras autorigidizadas donde el bajo peso, la rigidez, la resistencia y la tolerancia al daño son importantes, como en aviones o vehículos espaciales. Las estructuras de isógridas aeroespaciales incluyen cubiertas de carga útil y propulsores, que deben soportar todo el peso de las etapas superiores y las cargas útiles bajo cargas G elevadas. Su configuración abierta con una única hoja sellada orientada hacia el exterior los hace especialmente útiles para tanques de propulsor para cohetes, donde sellar el propulsor pero permitir que se drene durante el uso o el mantenimiento son características necesarias.

Ejemplos

Algunas naves espaciales y vehículos de lanzamiento que utilizan estructuras isogrid incluyen:

Ver también

Referencias

  1. ^ Huybrechts, Steven M.; Hahn, Steven E.; Meink, Troy E. (5 al 9 de julio de 1999). ESTRUCTURAS RIGIDAS EN REJILLA: UN ESTUDIO DE MÉTODOS DE FABRICACIÓN, ANÁLISIS Y DISEÑO (PDF) . Actas de la Conferencia Internacional sobre Materiales Compuestos de 1999. París, Francia . Consultado el 10 de enero de 2020 . McDonnell-Douglas Corporation (ahora parte de The Boeing Company) posee los derechos de patente para el desarrollo de la primera isógrida de aluminio.
  2. ^ Negro, Jonathan T. (2006). NUEVOS PANELES RÍGIDOS ULTRALIGEROS PARA ABERTURAS ESPACIALES (Doctor). Tesis doctorales de la Universidad de Kentucky . Consultado el 10 de enero de 2020 .
  3. ^ Patente estadounidense 4012549, Paul Slysh, "Estructura compuesta de alta resistencia", publicada el 10 de octubre de 1974, publicada el 15 de marzo de 1977 
  4. ^ Sorrentino, L.; Marchetti, M.; Bellini, C.; Delfini, A.; Albano, M. (20 de mayo de 2016). "Diseño y fabricación de una estructura isógrida en material compuesto: Resultados numéricos y experimentales". Estructuras compuestas . 143 : 189-201. doi :10.1016/j.compstruct.2016.02.043. ISSN  0263-8223.
  5. ^ abcd McDonnell Douglas Astronautics Company (febrero de 1973). Manual de diseño de isogrid (PDF) (Informe técnico). NASA. pag. 1.0.002 (12/252). NASA CR-124075 . Consultado el 10 de enero de 2020 .
  6. ^ Meyer, RR; Harwood, OP (1 de octubre de 1973) [1973]. Manual de diseño de isogridas. Centro Marshall de vuelos espaciales. 19730000395.
  7. ^ Astuto, Paul. "La Isogrida". Archivado desde el original el 24 de marzo de 2012 . Consultado el 27 de mayo de 2011 .
  8. ^ Tripathi, Kukreja, Madan. "Evolución en la Fabricación de Estructuras Reticuladas mediante CAM y Técnicas Aditivas". Puerta de la investigación .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  9. ^ Huybrechts, Steven; Troy E. Meink; Peter M. Wegner; Jeff M. Ganley (2002). "Teoría de la fabricación de estructuras rígidas de rejilla avanzadas". Compuestos Parte A: Ciencias aplicadas y fabricación . Elsevier. 33 (2): 155-161. doi :10.1016/S1359-835X(01)00113-0. Archivado desde el original el 4 de marzo de 2016 . Consultado el 26 de mayo de 2012 .
  10. ^ Wegner, Peter M.; Higgins, John E.; VanWest, Barry P. (2002). "Aplicación de tecnología avanzada de estructuras reforzadas con rejilla al carenado de carga útil Minotaur". 43ª Conferencia AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC sobre Estructuras, Dinámica Estructural y Materiales . Denver, CO. Archivado desde el original el 27 de mayo de 2012.
  11. ^ Knighton, DJ (1 de septiembre de 1972) [1972], "Análisis de NASTRAN de la estructura de isógridas del vehículo de lanzamiento Delta", Nastran: Experiencias de los usuarios , Goddard Space Flight Center, hdl :2060/19720025227, archivado desde el original el 29 de enero de 2021 , consultado el 7 de julio de 2017{{citation}}: Mantenimiento CS1: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace )
  12. ^ "Serie Atlas V 500" (PDF) . Alianza de Lanzamiento Unida. Archivado desde el original (PDF) el 9 de abril de 2016 . Consultado el 6 de junio de 2016 .
  13. ^ Kyle, Ed (26 de enero de 2014). "Progreso en el sistema de lanzamiento espacial de la NASA y Orion". Informe de lanzamiento espacial . Archivado desde el original el 4 de abril de 2014 . Consultado el 10 de enero de 2020 . El núcleo SLS de Boeing utilizará Aluminio AL-2219 mecanizado con isogrids{{cite web}}: Mantenimiento CS1: URL no apta ( enlace )
  14. ^ Joven, Anthony (23 de junio de 2014). "Boeing muestra el progreso del CST-100 en el Centro Espacial Kennedy". La revisión espacial . Noticias espaciales . Consultado el 25 de octubre de 2017 .
  15. ^ Editor, SpaceRef (5 de octubre de 2010). "Actualización de SpaceX: Vuelo de demostración 1 de COTS (con fotos)". EspacioRef . Consultado el 3 de noviembre de 2022 . {{cite web}}: |last=tiene nombre genérico ( ayuda )
  16. ^ Wagner, WA (1 de mayo de 1974) [1974], Tanques y componentes de tanques de metal para cohetes líquidos, Centro de investigación Lewis de la NASA, págs. 55–58, hdl : 2060/19750004950, archivado desde el original el 30 de enero de 2021 , recuperado 26 de noviembre de 2019{{citation}}: Mantenimiento CS1: bot: estado de la URL original desconocido ( enlace )
  17. ^ Bruno, Tory [@torybruno] (20 de abril de 2017). "Panel de prueba de ortogrida para el tanque propulsor Vulcan Rocket. (Más grande de lo que parece...)" (Tweet) . Consultado el 10 de enero de 2020 – vía Twitter .

enlaces externos