El cajón alar de un avión de ala fija es la estructura principal de carga del ala, que forma el centro estructural de las alas y también es el punto de unión de otros componentes del ala, como los flaps del borde de ataque , las alas oscilantes , los flaps del borde de salida y los dispositivos de punta de ala . El cajón alar continúa más allá de las raíces del ala visibles y se conecta con el fuselaje en el cajón alar central, que forma el núcleo estructural de un avión.
El cajón alar se denomina así porque, en muchos diseños, la combinación de los largueros delanteros y traseros del ala y los revestimientos superior e inferior del ala forman juntos una forma de "caja" natural que recorre el ala. [1] Si bien la estructura interna del ala generalmente proporciona gran parte de la resistencia a través de una combinación de largueros, costillas y largueros, el revestimiento externo generalmente también soporta una parte de las cargas. En muchas aeronaves, el volumen interior del cajón alar también se ha utilizado para almacenar combustible, lo que comúnmente se conoce como un diseño de ala húmeda . [1]
En los últimos años, se ha producido un aumento del uso de materiales compuestos en el interior de los cajones de ala; esta tendencia se ha seguido en gran medida para conseguir pesos inferiores a los diseños que solo utilizan materiales convencionales. [2] [3] En concreto, la fibra de carbono se ha convertido en un material popular debido a su altísima relación resistencia-peso. [4] En enero de 2017, el conglomerado aeroespacial europeo Airbus Group anunció que había creado el primer cajón de ala central de una sola pieza de material compuesto del mundo, afirmando que representaba una reducción del 20 por ciento en el coste de fabricación al ser más fácil de montar. [5]
Debido a su papel estructural crucial, el cajón del ala se somete a un considerable análisis y escrutinio para estar seguros de sus capacidades, así como para lograr un rendimiento óptimo. Por ello, los ingenieros aeroespaciales han ideado diversas técnicas para calcular y verificar las tensiones involucradas y las han empleado los fabricantes de aeronaves. [1] El uso de cálculos y pruebas cada vez más capaces se ha acreditado directamente con la habilitación de 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 convirtió en algo común en los programas aeroespaciales; por ello, los paquetes de software como CATIA desempeñan un papel importante en el proceso de diseño y fabricación. [1]
Además, las autoridades de certificación exigen normalmente la verificación física del rendimiento estructural del cajón del ala en el proceso de certificación de los aviones de pasajeros civiles . En consecuencia, es habitual que los fabricantes de aeronaves produzcan unidades de prueba que no vuelan y que se someten a pruebas en tierra, ejerciendo cargas de hasta 1,5 veces las fuerzas aerodinámicas máximas que se espera que encuentren en cualquier momento a lo largo de su vida útil. [6] Las pruebas destructivas de los elementos del ala han existido desde los primeros días de la aviación, aunque las técnicas específicas empleadas se han vuelto cada vez más sofisticadas, en particular desde la invención del extensómetro en 1938, que se ha utilizado ampliamente en la industria aeroespacial desde la Segunda Guerra Mundial . [7]
Las pruebas no destructivas también se realizan no solo durante el proceso de certificación inicial, sino a menudo a lo largo de la vida útil de una aeronave individual para protegerse contra fallas por fatiga e inspeccionar los posibles daños infligidos. [8] Las técnicas comunes incluyen inspección visual, pruebas ultrasónicas , pruebas radiográficas , pruebas electromagnéticas , emisiones acústicas y shearografía . [9] [10] A veces, a través de tales técnicas, se identifica la necesidad de reemplazar el cajón de ala de una aeronave individual; aunque este es un procedimiento bastante intensivo y costoso, que lleva a los operadores a menudo a optar por finalizar la vida útil de una aeronave, ocasionalmente se realizan tales reemplazos. [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 trabajo de reparación al descubrir grietas excesivas en el cajón de ala. [13] Las aeronaves destinadas a una vida útil prolongada a menudo han recibido cajones de ala de reemplazo como parte de los programas de extensión de vida. [14]