Los materiales aeroespaciales son materiales, frecuentemente aleaciones metálicas , que han sido desarrollados o han cobrado importancia gracias a su uso para fines aeroespaciales .
Estos usos exigen a menudo prestaciones, resistencia o resistencia térmica excepcionales, incluso a costa de un gasto considerable en su producción o mecanizado. Otros se eligen por su fiabilidad a largo plazo en este campo en el que la seguridad es una prioridad, en particular por su resistencia a la fatiga .
El campo de la ingeniería de materiales es importante dentro de la ingeniería aeroespacial . Su práctica está definida por los organismos de normalización internacionales [1] que mantienen estándares para los materiales y procesos involucrados. [2] Los ingenieros en este campo a menudo pueden haber estudiado para obtener títulos o títulos de posgrado en él como especialidad. [3]
Los primeros materiales aeroespaciales fueron aquellos materiales de larga data y a menudo de origen natural que se usaron para construir los primeros aviones. Entre ellos se encontraban materiales tan mundanos como la madera para las estructuras de las alas y la tela y el barniz para cubrirlas. Su calidad era de suma importancia, por lo que la madera sería de abeto de Sitka cuidadosamente seleccionado y la cubierta de lino irlandés . Se exigían normas para la selección, fabricación y uso de estos materiales. Estas normas fueron desarrolladas de manera informal por fabricantes o grupos gubernamentales como HM Balloon Factory , que luego se convertiría en RAE Farnborough , a menudo con la ayuda de departamentos de ingeniería de universidades.
La siguiente etapa en el desarrollo de materiales aeroespaciales fue la adopción de materiales de reciente desarrollo, como el duraluminio, la primera aleación de aluminio endurecido por envejecimiento . Estos ofrecían atributos que no estaban disponibles anteriormente. Muchos de estos nuevos materiales también requerían estudios para determinar el alcance de estas nuevas propiedades, su comportamiento y cómo aprovecharlas al máximo. Este trabajo se llevó a cabo a menudo a través de los nuevos laboratorios nacionales financiados por el gobierno, como el Reichsanstalt (Instituto Imperial Alemán) [4] o el Laboratorio Nacional de Física británico (NPL).
El NPL también fue responsable de quizás el primer material aeroespacial diseñado deliberadamente, la aleación Y. [5] Esta primera de las aleaciones de níquel-aluminio fue descubierta después de una serie de experimentos [6] durante la Primera Guerra Mundial , con el objetivo deliberado de encontrar un mejor material para la fabricación de pistones para motores de aeronaves .
Entre las guerras , muchas innovaciones aeroespaciales se dieron en el campo de los procesos de fabricación , en lugar de solo un material inherentemente más fuerte, aunque también se beneficiaron de materiales mejorados. Una de las aleaciones RR , RR53B, tenía silicio añadido que mejoraba su fluidez cuando se fundía. Esto permitió su uso para aplicaciones como la fundición a presión , así como la fundición en arena anterior , un medio para producir piezas que eran mucho más baratas y también más precisas en forma y acabado. Un mejor control de su forma permitió a los diseñadores darles forma con mayor precisión para sus tareas, lo que dio lugar a piezas que también eran más delgadas y ligeras.
Muchos de los avances de entreguerras se centraron en los motores de aviación , que se beneficiaron de las enormes mejoras que se estaban realizando para la creciente industria del automóvil. Aunque no se trataba estrictamente de una innovación "aeroespacial", el uso de aleaciones refractarias como Stellite y Brightray para el revestimiento duro de las válvulas de escape ofreció enormes ganancias en la fiabilidad de los motores de aviación. [7] Esto en sí mismo fomentó los vuelos comerciales de largo alcance, ya que los nuevos motores eran lo suficientemente fiables como para ser considerados seguros para vuelos largos a través de océanos o cadenas montañosas.
El avión de pasajeros De Havilland Albatross de 1936 tenía un fuselaje de construcción tipo sándwich de madera: láminas de madera contrachapada de abedul separadas por una lámina de balsa . Esta misma construcción alcanzó fama con su uso en tiempos de guerra en el bombardero rápido Mosquito . Además de ser una construcción ligera y de alto rendimiento, también evitaba el uso de aluminio, un material estratégico durante la guerra, y podía utilizar las habilidades de los carpinteros, en lugar de las de los metalúrgicos especializados en aviación. Cuando Alemania intentó copiar este avión como Moskito , fue un fracaso, principalmente por razones de materiales. El adhesivo fenólico original de película Tego solo se producía en una fábrica que fue destruida por los bombardeos. Su reemplazo condujo directamente a fallas catastróficas y la pérdida del avión.
El radar se hizo lo suficientemente pequeño como para ser llevado a bordo de aviones, pero las frágiles bocinas de alimentación y los reflectores necesitaban ser protegidos y aerodinámicos de la corriente de aire. Se construyeron radomos moldeados, utilizando el plástico acrílico Perspex que ya se usaba para las ventanas de la cabina. Este se podía calentar para ablandarlo y luego moldearlo o moldearlo al vacío para darle forma. Otros polímeros desarrollados en esta época, en particular el nailon , encontraron usos en equipos de radio compactos como aislantes de alto voltaje o dieléctricos .
Las estructuras en forma de panal se desarrollaron como láminas planas tipo sándwich que se utilizaban para mamparos y cubiertas. Hace tiempo que se usaban con madera y cartón, pero se necesitaba un material más resistente para su uso en la industria aeroespacial. Esto se logró hacia el final de la guerra, con láminas tipo sándwich hechas totalmente de aluminio.
Los nuevos materiales ligeros incluyen compuestos de matriz cerámica , compuestos de matriz metálica , aerogeles poliméricos e hilos CNT , a lo largo de la evolución de los compuestos poliméricos . [8] Estos materiales ligeros han dado paso a estructuras más fuertes y fiables, tiempos de producción mejorados y mayores relaciones potencia-peso .
El término "calidad aeroespacial" se ha convertido en un eslogan de marketing de moda para los artículos de lujo, en particular para los automóviles y los artículos deportivos . Las bicicletas , los palos de golf , los yates de vela e incluso las linternas se venden en función de sus materiales de alto rendimiento, independientemente de si estos son relevantes o no. Desde su aparición en 1979, Maglite ha publicitado el uso de aluminio 6061 para los cuerpos de sus linternas, una de las primeras en hacer una característica deliberada de los materiales aeroespaciales por una razón no relacionada con el rendimiento.
Algunos usos deportivos se han basado en las cualidades reales del material. Muchos fabricantes de esquís han producido esquís totalmente a partir de materiales compuestos de tela y resina, utilizando la adaptabilidad de dicha construcción para variar la rigidez, la amortiguación y la rigidez torsional de un esquí a lo largo de su longitud. Hexcel , un fabricante de láminas de aluminio en forma de panal, se hizo famoso por sus esquís de marca, que utilizaban este mismo material avanzado.
Los usos deportivos pueden ser tan exigentes como las necesidades aeroespaciales. En particular, en el ciclismo, los materiales pueden estar sometidos a una carga mayor que en el uso aeroespacial, y el riesgo de posibles fallos se considera más aceptable que en el caso de las aeronaves.
Muchos de los usos de los materiales aeroespaciales para artículos deportivos han sido el resultado de un " dividendo de paz ". Después de la Segunda Guerra Mundial, la aleación Hiduminium apareció en los componentes de freno de bicicletas [9] ya que su fabricante buscaba expandir nuevos mercados para reemplazar sus aeronaves militares anteriores. En la década de 1990, tanto las fundiciones como los recicladores de titanio buscaron nuevos mercados no militares después del final de la Guerra Fría , y los encontraron tanto en cuadros de bicicletas como en palos de golf.
El compuesto de fibra de carbono y su patrón de tejido distintivo se han convertido en una opción decorativa popular en automóviles y motocicletas, incluso en contextos puramente decorativos como los tableros de instrumentos. Esto se ha extendido al uso de vinilo adhesivo flexible con patrón para reproducir esceuomórficamente la apariencia sin ninguna de las propiedades físicas.
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