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Caja de alas

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]

Evaluar y probar

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]

Ver también

Referencias

  1. ^ abcd Immanuvel, D.; Arulselvan, K.; Maniiarasan, P.; Senthilkumar, S. (2014). "Análisis de tensiones y optimización del peso de una estructura de caja de ala sometida a cargas de vuelo" (PDF) . La Revista Internacional de Ingeniería y Ciencia (IJES) . 3 (1): 33–40. ISSN  2319-1813.
  2. ^ ab Moros, G.; Kassapoglou, C.; de Almeida, SFM; Ferreira, CAE (2019). "El peso cambia en el diseño de una caja de ala compuesta: efecto de varias opciones de diseño". CEAS Aeronaut Jpournal . 10 (2): 403–417. doi : 10.1007/s13272-018-0321-4 .
  3. ^ Oliveri, Vincenzo; Zucco, Giovanni; Peeters, Daniel; Clancy, Gearoide; Telford, Robert; Rouhi, Mohammad; McHale, Ciarán; O'Higgins, Ronán; Joven, Trevor; Weaver, Paul (abril de 2019) [2 de enero de 2019]. "Diseño, fabricación y prueba de una caja de alas termoplástica de rigidez variable consolidada in situ". Revista AIAA . 57 (4): 1671–1683. Código Bib : 2019AIAAJ..57.1671O. doi :10.2514/1.J057758. S2CID  128172559.
  4. ^ Cunningham, Justin (13 de junio de 2014). "La industria aeroespacial pasa a las alas de fibra de carbono". Materiales de ingeniería .
  5. ^ "El nuevo diseño de la caja del ala central de Airbus es muy prometedor para los aviones del futuro". Grupo Airbus. 13 de enero de 2017.
  6. ^ "Boeing completa con éxito las pruebas destructivas del Wingbox 787". Mundo de los compuestos . 17 de noviembre de 2008. Archivado desde el original el 29 de septiembre de 2011 . Consultado el 31 de agosto de 2011 .
  7. ^ Hoversten, Paul (30 de abril de 2009). "Entonces y ahora: bajo estrés". Revista Aire y Espacio .
  8. ^ Más sarcástico, H. Lawrence; Reeder, Franklin L.; Dirkin, William (julio de 1972). Pruebas de resistencia residual y propagación de grietas en alas centrales de avión C-130 con daños por fatiga impuestos por el servicio (PDF) (Reporte). NASA . Archivado desde el original (PDF) el 17 de febrero de 2015.
  9. ^ Gholizade, S. (2016). "Una revisión de métodos de ensayo no destructivos de materiales compuestos". Procedia Integridad Estructural . 1 : 50–57. doi : 10.1016/j.prostr.2016.02.008 .
  10. ^ Bayraktar, E.; Antolovich, SD; Bathias, C. (12 de septiembre de 2008). "Nuevos desarrollos en controles no destructivos de los materiales compuestos y aplicaciones en ingeniería de fabricación". Revista de tecnología de procesamiento de materiales . 206 (1–3): 30–44. doi :10.1016/j.jmatprotec.2007.12.001.
  11. ^ Housman, Damian (15 de noviembre de 2006). "El centro de logística aérea actualiza las cajas del ala central de los C-130". Comando de Material del Ejército del Aire .
  12. ^ "Mantener los C-130 en vuelo: reemplazos de la caja del ala central". Diario de la industria de defensa . 4 de abril de 2007.
  13. ^ Insinna, Valerie (8 de agosto de 2019). "La Fuerza Aérea de EE. UU. suspende las operaciones de vuelo de más de cien C-130 por grietas 'atípicas'". Noticias de defensa .
  14. ^ Tomkins, Richard (18 de julio de 2017). "Marshall Aerospace and Defense elegido para el trabajo del C-130J". Prensa Unida Internacional .