Estructuras Principales Del Avion

7/30/2019 Estructuras Principales Del Avion

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PRINCIPALES DELAVION

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E S T R U C T U R A S P R I N C I P A L E S D E L A V I N

Fuselaje:

DEFINICIN: El fuselaje es el cuerpo estructural del avin, de figurafusiforme, que aloja a los posibles pasajeros y carga, junto con los sistemas y

equipos que dirigen el avin. Se considera la parte central por que a ella se acoplan

directamente o indirectamente el resto de partes como las superficies

aerodinmicas, el tren de aterrizaje y el grupo motopropulsor. En aviones

monomotores el fuselaje contiene al grupo motopropulsor y la cabina del piloto;

sirve tambin de soporte a las alas y estabilizadores; y lleva el tren de aterrizaje.

En aviones multimotores no contiene al grupo motopropulsor: los motores van

dispuestos en barquillas o mstiles, sobre o bajo las alas, o en la cola.

En el caso del ATR el fuselaje

se une de forma directa a las

alas y a la cola, mientras que

el grupo motopropulsor se une

al fuselaje de forma indirecta

a travs de las alas.

FORMA: Su forma obedece a una solucin de compromiso entre unageometra suave con poca resistencia aerodinmica y ciertas necesidades de

volumen o capacidad para poder cumplir con sus objetivos. El fuselaje variar

entonces dependiendo de las tareas que el avin va a desempear. Mientras que un

avin comercial buscar un promedio entre volumen para carga y PAX, y

aerodinmica; un caza militar buscar un fuselaje completamente aerodinmico,

que le permita realizar maniobras a altas velocidades sin sufrir deterioros

estructurales.

En aviones comerciales la seccin recta del fuselaje tender a ser circular paraaliviar las cargas de presurizacin de la cabina, ya que de esta forma la presin se


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reparte de igual manera por todo el interior. Gran parte del volumen estar

dedicado a la cabina de pasajeros cuya disposicin variar segn diversos factores

(duracin del vuelo, poltica de la aerolnea, salidas de emergencia...). La mercanca

o carga se suele albergar en las bodegas del avin situadas en la parte inferior del

avin. En aviones cargueros exclusivamente la forma del fuselaje depender de la

carga que se vaya a transportar y se acomodar en funcin de la mercanca y su

salida/entrada de la aeronave, disponiendo en el fuselaje de puertas o accesos

especiales para la carga y descarga.

En el caso del airbus

beluga dedicado a la

carga, su fuselaje adquiere

esta forma tan peculiar para

poder dar cabida a grandes

piezas, como las alas del

A320.

Como conclusin podemos decir que en la construccin del fuselaje intervienen

numerosos factores de diseo, aerodinmica, cargas estructurales y funciones de la

aeroave.

Tpica disposicin del interior de un fuselaje en aviones comerciales,

de forma circular; quizs no sea la ms aerodinmica pero si la ms

funcional para el transporte de pasajeros y carga. Este caso es el del

moderno embraer 170, que puede albergar 70 pasajeros, en filas de

dos asientos para un rpido embarque y desembarque. La altura de

la cabina es de 6 pies y 7 pulgadas, y la anchura de 9 pies.

TIPOS DE CONSTRUCCIN: Los fuselajes se han ido construyendo de

diversas maneras a lo largo de la historia dependiendo de la funcin de la aeronave


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y de los medios tcnicos de los que se dispona. El primer tipo de fuselaje consista

en un entramado de varillas metlicas que conformaban la estructura principal del

avin, la cual era cubierta posteriormente con planchas de madera o lona. Era el

fuselaje tubular o reticular, el primero en usarse; consecutivamente fueron

apareciendo otras formas de concebir el cuerpo del avin segn las necesidades de

la poca, el fuselaje monocasco y el semimonocasco.

Fuselaje reticular o tubular: Se fabrica a partir de tubos de acero o de

madera, soldados, que van formando la estructura principal del avin en forma de

huso. En esta estructura encontramos las cuadernas que son los elementos ms

importantes que conforman y dan rigidez a la estructura; los largueros que unen

las cuadernas y que son largos tubos horizontales que recorren gran parte delavin; y las diagonales, que dan rigidez al conjunto largueros-cuadernas.

Esa estructura de tubos se cubre ms tarde con lona, o en otras ocasiones con

planchas metlicas o de madera, de tal forma que el fuselaje adquiere

externamente una forma aerodinmica y uniforme. Este recubrimiento no aade

resistencia estructural sino que son las cuadernas, largueros y diagonales los que

soportan todas las cargas en vuelo y tierra

Aunque en un inicio era un forma barata, segura y sencilla de fabricar el fuselaje,

las exigencias de la industria aeronutica pronto cambiaron. Los nuevos motoresque hacan que el avin pudiese ir ms rpido y alto, la demanda de aeronaves

para la guerra resistentes a grandes impactos, y el afn de conquistar el Atlntico

Norte con hidroaviones, hizo que este tipo de construccin se quedara obsoleta, ya

que no aguantaba los impactos, ni las cargas estructurales a las que le sometan los

nuevos motores... y gracias al desarrollo de hidroaviones a partir de cascos de

barcos se empez a utilizar un nuevo tipo de construccin: el fuselaje monocasco.

Hoy en da, todava hay aviones de fuselaje reticular en activo, tanto ligeros

como pesados aunque rara vez se construye ya aviacin ligera mediante estamanera.


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La Piper Cub es un claro ejemplo de fuselaje reticular o tubular.

Fuselaje monocasco: El fuselaje monocasco, proveniente de la industria naval,

fue utilizado primero en hidroaviones de madera, pero dadas sus ventajas de

resistencia fue pronto adoptado para muchos tipos de aeronaves. Este tipo deestructura monocasco o todo de una pieza es un tubo en cuyo interior se sitan a


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intervalos, una serie de armaduras verticales llamadas cuadernas, que dan forma y

rigidez al tubo. El tubo del fuselaje, o el revestimiento exterior s forma parte

integral de la estructura soportando y transmitiendo los esfuerzos a los que est

sometido el avin. Para que este revestimiento soporte estas cargas debe ser

resistente y por ello est fabricado en chapa metlica, que debe ser de cierto

espesor para aguantar mejor. A mayor espesor, mayor peso, y es que el fuselaje

monocasco, aun siendo ms resistente, es ms pesado. Por ello cay en desuso.

Hoy en da se emplea en misiles, aviones-blanco e hidroaviones que no precisen de

demasiado espesor de chapa.


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Fuselaje semimonocasco: El ms usado hoy en da, resolviendo el problema

del peso y espesor del anterior modelo. La introduccin de piezas de refuerzo en el

interior permiti aliviar el revestimiento pudiendo ser ms fino. Las cuadernas se

unen mediante largueros y larguerillos que recorren el avin longitudinalmente. Los

largueros y larguerillos permiten el adelgazamiento de la chapa de revestimiento.

Todo esto forma una compleja malla de cuadernas, larguerillos, largueros y

revestimiento, unida mediante pernos, tornillos, remaches y adhesivos.

Fuselaje semimonocasco del Boeing 737 con los compartimentos de equipaje de mano instalados.

PRESURIZACIN: A altitudes altas, la densidad del aire es menor y en el

volumen de aire que podramos respirar no habra suficiente oxgeno. Por ello es

necesario sellar el fuselaje, y contener en su interior, un aire comprimido y denso

respecto del exterior para mantener los niveles de oxgeno necesarios. Sin embargo

el aire siempre tiende a igualar las presiones; por lo tanto, el aire de cabina

empujar y ejercer una presin en las paredes para poder escapar, expandirse,

e igualarse al aire exterior, a menor presin. Por ello, las paredes del fuselaje

deben aguantar ese esfuerzo que est ejerciendo el aire (las cargas de

presurizacin). La forma circular, como antes habamos citado, alivia ese esfuerzoporque reparte esa presin (que es fuerza por superficie) por toda la superficie,


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disminuyendo la fuerza que ejerce el aire; y los nuevos materiales (composites) y

el fuselaje semimonocasco le dan resistencia al fuselaje.

Para que se d una presurizacin correcta es necesario que el fuselaje est

completamente sellado como decamos antes, y para ello se emplean tres mtodos

de construccin. El sellado de todas las uniones con materiales blandos que adems

no permitan el paso de la humedad (corrosin); el empleo de arandelas de goma

en todos los orificios de los tabiques presurizados; y juntas neumticas inflables en

los marcos de grandes aberturas como las puertas.

Es tambin importante, para una correcta presurizacin, que todo el fuselaje

tenga la misma presin interna. El problema surga en igualar las presiones de

cabina y bodega en aviones grandes, para lo cual se ideo un sistema de persianas

en el suelo que conectaban a la bodega, que se abran o cerraban automticamentesegn la diferencia de presiones.

El suelo de la cabina puede estar construido con tres tipos diferentes de paneles,

segn las cargas que vayan a soportar: paneles de cargas ligeras (bajo los asientos

de pasajeros) medias (pasillos) y altas.

El sistema de presurizacin fue lo que caus la muerte de 121 personas a bordo de un 737-300 de

Helios, compaa chipriota con cuatro aviones fletados, uno de ellos el accidentado. Ya haba informes de

fallos en el sistema de presurizacin pero el piloto alemn decidi salir aquel fatdico 14 de Agosto de

2005. Las hiptesis apuntan a que una despresurizacin repentina provoc la asfixia y congelamiento de

la tripulacin y pasaje en unos pocos minutos, estrellndose el vuelo 522 desde Larnaca (Chipre) a

Praga en las inmediaciones del monte Varnava cerca de Grammatikos (en Grecia); tras haber sido

escoltado por dos F-16 del ejrcito griego. Sin embargo otras teoras sealan a un posible atentado ya

que los anlisis forenses de los deteriorados cuerpos encontrados esclarecen que la causa de la muerte

del pasaje fue la colisin y no la asfixia o congelamiento.

ESFUERZOS: Ya hemos visto que el fuselaje debe soportar las cargas depresurizacin, pero el fuselaje tambin debe soportar otros esfuerzos estructurales.


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En la fabricacin del fuselaje se debe tener en cuenta estos esfuerzos y disearlo de

tal forma que los aguante. El piloto debe conocer esos lmites estructurales y a qu

esfuerzos puede estar sometido nuestro avin. Los tres esfuerzos bsicos son la

traccin, compresin y esfuerzos cortantes. Y sus combinaciones son: flexin,

torsin y esfuerzos de contacto.

TRACCIN COMPRESIN ESFUERZOS CORTANTES

La traccin es la accin de dos fuerzas de sentido opuesto mientras que la

compresin, an siendo de sentido opuesto, presiona las partculas unas contra

otras. Son fuerzas de sentido coincidente. La chapa de los aviones suele tender acombarse ocasionado por el esfuerzo de compresin (fenmeno de pandeo). Los

esfuerzos cortantes tienden a separar el material de forma tangencial. El tpico

ejemplo aeronutico es el de dos chapas unidas por remaches (Imagen de la

derecha).

Las combinaciones de estos tres son quizs los esfuerzos ms comunes

encontrados en las aeronaves. La flexin, una composicin de la traccin y

compresin, es quizs la carga ms habitual. La flexin es una curvatura queadopta un componente estructural cuando se somete a fuerzas que tienden a

combar la estructura. Esta situacin se suele dar en la seccin del ala ms cercana

al fuselaje debido a la accin de la sustentacin. As, se dice, que est sometido a

enormes momentos flectores.


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La torsin se produce cuando la fuerza aplicada tiende a torcer el material, y por

lo tanto existe tendencia al giro. Los esfuerzos de contacto son la transmisin de

una carga de una pieza a otra por medio de esfuerzos cortantes. Se produce

tpicamente tambin en las juntas que unen dos piezas. Es muy comn encontrar

fallos en las juntas o remaches que no aguantan esfuerzos de contacto y se

rompen. El desgarro de chapa por unos remaches excesivamente duros o la rotura

por remaches excesivamente dbiles.

As como hemos visto que el fuselaje puede verse sometido a numerosos

esfuerzos, puede tambin verse sometido a numerosas cargas, como la carga de

presurizacin antes vista. A parte de esta carga inherente al vuelo a gran altitud,

existen otras variables a tener en cuenta durante el mismo.

CARGAS: La carga no es ms que una fuerza que soporta una estructura

mientras que el esfuerzo es una fuerza que deforma un material. El peso es una

carga por ejemplo. El avin soporta numerosas cargas y es deber del piloto conocer

sus lmites estructurales. Las cargas que aguanta el fuselaje son de diversa

naturaleza.

Pero antes de ver las diferentes cargas debemos crear una unidad de medida

clara que nos permita contabilizar la magnitud de la carga. Para ello tomamos como

referencia la fuerza que ejerce la gravedad a nuestro cuerpo (el peso), as

expresamos las cargas como mltiplo de la aceleracin de la gravedad (9,8 m/s2),

hablando de g. Una carga de 1g es igual al peso del avin (a la ejercida por la

aceleracin de la gravedad), mientras que una carga de 8gs es ocho veces el peso

del avin (ocho veces la aceleracin de la gravedad). Esto nos permite, primero,

hacernos una idea inmediata y clara de la magnitud de una carga o fuerza, y

segundo, relacionar las cargas con el peso, que es una variable muy importante envuelo. As, definimos factor de carga como la carga que acta sobre nuestro avin

expresada en g. Este factor es positivo (+3g) si las fuerzas actan hacia arriba

con respecto al eje longitudinal del avin, y negativo si la carga est aplicada hacia

abajo. Cuando la sustentacin se iguala al peso (L = W), g es igual a uno; cuando

el peso duplica a la sustentacin, g es igual a dos, y as sucesivamente. El

fuselaje de un avin no puede aguantar cargas excesivas (muchas g) y por ello en

cada tipo de avin viene especificado una carga lmite, la ms alta soportable por el

avin.


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Cargas lmites tpicas

g positivas (+) g negativas (-)

Aviones de caza 6 9 3 6

Bombarderos 3 4 1 2

Aviones comerciales 3 4 1 2

Aviacin general 25 45 1 18

Aviones acrobticos 5 6 3

Construccin amateur 6 3

Aviones ligeros (


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de carga de maniobra pueden ser superadas y cuales no, a diferentes velocidades.

Las cargas por rfagas de aire pueden incluso llegar a 35 g, y variarnos

considerablemente la velocidad y la actitud del avin. Sus efectos son

especialmente peligrosos en grandes tormentas, fuertes vientos cruzados o

cizalladura. Para limitar la sobrecarga estructural del avin en casos de fuerte

turbulencia se aconseja disminuir la velocidad de crucero hasta la de maniobra

(Va).

Al desplazar las superficies de control, modificamos sustancialmente la

distribucin de presin alrededor de la superficie aerodinmica. Dependiendo de la

velocidad a la que vaya el avin y la magnitud del desplazamiento la carga vara.

Hay dos efectos tpicos producidos por este desplazamiento de las superficies de

control: la inversin de alerones y el flameo.La inversin de alerones se produce en aviones comerciales a altas

velocidades. Cuando pretendemos inclinar el avin usando los alerones, el esfuerzo

que tienen que hacer es tan alto al estar situados en el extremo del ala (momento

mximo), que se genera un esfuerzo de torsin y el ala se retuerce, oponindose al

movimiento del alern, producindose un efecto contrario al deseado. Para resolver

el problema, a altas velocidades hacemos uso de los spoilers, (aunque algunos

aviones montan alerones interiores), abriendo unos y cerrando otros. Usando los

spoilers el esfuerzo y momento es menor; y el ala no tiende a retorcerse porqueestn situados ms cerca de la misma.

El Flameo es el caso opuesto, producindose oscilaciones violentas al entrar

en prdida local los alerones.

Cargas de inercia: Las cargas de inercia se deben a la resistencia que

opone todo cuerpo a la aceleracin. Estas cargas se dan por todo el avin. El ala,

por ejemplo, al pesar, se opone a la aceleracin creando carga de inercia y cierto

esfuerzo de torsin.

Cargas causadas por el sistema de propulsin: En general los motores

estn unidos al fuselaje por bancadas o mstiles. Estos elementos estructurales son

los que soportan la carga ms elemental, la propia traccin y la transmiten al resto

del avin; adems de la carga de inercia (el

propio peso de los motores).

El sistema de propulsin impone por

s mismo cargas de traccin o empuje; de

inercia; cargas giroscpicas (originadas por


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el cambio de plano de rotacin de los elementos giratorios del motor); cargas

impuestas por el par motor y por paradas sbitas del motor.

Cargas en el tren de aterrizaje: El tren est sujeto a cargas muy

diversas. Al aterrizar, el tren tiene que aguantar todo el peso del avin, convertir la

velocidad del avin en movimiento horizontal en el suelo y amortiguar el impacto

con la pista. Adems, todo lo que suponga una frenada del avin o un giro le

supone una carga. El tren de aterrizaje es un elemento que sufre mucho y por ello

debe ser bastante resistente. Para soportar todo este trabajo el tren no slo

consiste en una rueda conectada al avin. El tren se vale de sistemas de

amortiguacin o amortiguadores para absorber el impacto y la energa cintica del

descenso.El sistema debe absorber la energa cintica, equivalente a la cada libre

del peso del avin desde 80 cmts. de altura. El nmero de ruedas en cada tren, su

disposicin, la cantidad de unidades de ruedas, la cubierta de las ruedas del tren y

otros factores tambin contribuyen a repartir y aliviar las carga

El tren de la piper 28

cherokee nada tiene que

ver con el complejo tren

principal de seis ruedas

del boeing 777. Este

tren debe soportar unas

203000 libras de peso y

hacer rodar a un gigan-

tesco avin. Este tren principal puede hasta girarse 8 para ayudar a girar el tren del morro del avin.

Cargas por colisin con el terreno: Son cargas de impacto del avin con

el terreno, debidas a colisiones que renan caractersticas razonables desupervivencia. Este tipo de accidentes se suelen dar en las maniobras de despegues

y aterrizajes, cercano al terreno y con velocidad relativamente baja. En estas

condiciones se estudian estas cargas para evitar que estos incidentes pasen a ser

letales. El fuselaje debe intentar ser capaz de soportar la penetracin de cuerpos

que alteren el volumen de la cabina, tener bien retenidos los asientos de los

pasajeros, evitar la proyeccin de objetos y riesgos postaccidente (fuego...). La

disciplina que estudia la forma de disear fuselajes que renan estas caractersticas

y otras se denomina crashworthiness.


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Cargas de remolque y manejo en tierra: Las operaciones Push-back y de

remolque del avin con tractor producen cargas de arrastre en el tren de proa. En

principio son pequeas pero pueden

alcanzar valores altos en acelerones o

desaceleraciones del tractor. En tractores

de alta velocidad, como el de la imagen,

el tren de proa sufre ms que en el

tractor de barra o tractor estndar, por el

simple hecho de que el tractor de alta

velocidad permite hacer el remolcado

ms rpido al estar la rueda blocada hidrulicamente al tractor, siendo sta como

una parte ms del mismo.

Cargas acsticas: Las vibraciones, y las ondas sonoras ejercen una carga

sobre el avin. Parece no tener gran importancia, pero la vibracin continuada

durante el vuelo, puede hacer aparecer fatiga estructural en las partes afectadas.

En el campo militar la carga acstica se agudiza dado el entorno ruidoso en el que

vuelan las aeronaves. Los efectos tpicos son las grietas que aparecen en el

revestimiento metlico del ala, fuselaje y cola; y la deslaminacin en las capas de

materiales compuestos.

VELOCIDADES DE INFLUENCIA ESTRUCTURAL: Una vez conocidas las

cargas que pueden afectar a nuestra aeronave, el piloto debe conocer qu

velocidades son las adecuadas para evitar daos estructurales, a qu velocidad no

se pueden extender los flaps ya que se deterioraran, o a qu velocidad los alerones

saldran daados en un viraje. As definimos estas velocidades desde el punto de

vista operacional:

a) Velocidad mxima operativa (Vmo): velocidad que nunca debesobrepasarse aunque la velocidad de crucero o de picado puede ser

mayor. Si en otras maniobras sobrepassemos esta velocidad el fuselaje

se sometera a cargas excesivas daando la estructura del avin.

b) Velocidad con flaps extendido (Vfe): es la mxima velocidad a la que

se puede ir con el punto de flap mnimo. Si fuese superada, el flap podra

resultar daado. Hay una velocidad mxima operativa para cada punto

de flap.


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c) Velocidad con tren de aterrizaje extendido (Vle): Velocidad a la cual

se puede extender y retraer el tren sin que este sufra daos

estructurales.

d) Velocidad de maniobra (Va): Velocidad mxima para desplazamiento

mximo de las superficies de control, sin que sufran flameo, inversin de

alerones u otros fenmenos estructurales.

e) Velocidad mxima de vuelo del avin (Vne): La velocidad que nunca

debe ser superada dado que se podran producir graves fallos

estructurales.

Tpico anemmetro de aviacin general con sus velocidades de referencia (Vmo=Vno)


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FATIGA: Si las cargas antes estudiadas se producen de forma reiterada y

continuada, aparece la fatiga, que resulta ser un deterioro interno del material.

As como las cargas se medan en gs, la fatiga estructural de un componente o

sistema se mide en ciclos. Una estructura tiene un determinado nmero de ciclos,

si se nmero de ciclos rebasa el admisible se producir un fallo estructural por

fatiga. El fallo estructural por fatiga tambin se puede dar si los esfuerzos a los que

est sometida la estructura son excesivos y superan los admisibles u operativos.

Por ejemplo, el fuselaje soporta una carga continuada: la carga de presurizacin; al

ser continuada se produce fatiga. Cada vez que se presuriza la cabina y se

despresuriza se completa un ciclo de presurizacin. Llegado un nmero equis de

ciclos, el fuselaje debe ser revisado para que no presente fallos, dado que ha

rebasado el nmero de ciclos admisibles. Contra mayor sea el esfuerzo al que est

sometida una pieza, menor ser el nmero de ciclos que pueda soportar; mientras

que si el esfuerzo de trabajo est por debajo de un cierto nivel, el nmero de ciclos

es mucho mayor, en principio infinito. Sin embargo, por seguridad, todas las piezas

tienen un nmero de ciclos mximo.

La fatiga puede ser de dos clases: mecnica y trmica. La fatiga mecnica se

origina por las vibraciones de las piezas, y por los esfuerzos fsicos que soportan los

aviones en servicio. La fatiga trmica tiene su origen en los motores. Elenfriamiento y calentamiento de las piezas produce contracciones y dilataciones en

los materiales. Esos esfuerzos continuados pueden fatigar el motor, produciendo

grietas en partes vitales del mismo. Por ello los motores deben ser revisados cada

tantos ciclos (encendido y apagado del motor). En los motores turborreactores

tiene especial importancia este tipo de fatiga, ya que el enfriamiento y

calentamiento es ms repetido y continuado, alcanzando mayores temperaturas.

MATERIALES: Para fabricar estructuras como el fuselaje, que deben soportar

numerosos esfuerzos y cargas, se debe tener muy en cuenta el material a usar. Los

cuatro grandes grupos de materiales de empleo aeronutico son las aleaciones

frreas (con hierro), las aleaciones ligeras (de Aluminio, Titanio o Magnesio),

materiales compuestos (o composites) y materiales auxiliares (gomas, plsticos,

lonas...)


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Aleaciones frreas: La aleacin frrea ms usada en aviacin es el acero (con

un 2% de carbono). El acero sustituy a la madera en la construccin de fuselajes

reticulares o tubulares puesto que aguantaba mucho mejor la humedad. A pesar de

que el acero es ms barato que las aleaciones ligeras

pesa mucho ms, y por ello su uso es muy limitado en la

industria aeronutica modernas, reducindose a partes

que requieran de gran resistencia (tren de aterrizaje,

herrajes de sujecin, elementos de fijacin...).

Los pernos y tornillos

son de acero, ya que es

ms resistente que las

las aleaciones ligeras.

Aleaciones ligeras:

Aleacin de aluminio: Las aleaciones de Aluminio son el resultado de la

combinacin del aluminio con otros metales como el Manganeso, cobre, cinc

o magnesio. Pesan poco pero resultan altamente resistentes, dos cualidades

muy apreciadas en aviacin. Sin embargo presentan un problema, y es que

aun siendo el aluminio anticorrosivo, sus aleaciones no. Por esta razn se

usan distintos medios para prevenir su deterioro. El caso ms conocido es el

Alclad, una aleacin de aluminio cubierta de aluminio puro. Mientras la

pelcula exterior de aluminio puro se mantenga, la resistencia a la corrosin

ser la misma que presenta el aluminio. Los largueros, cuadernas y dems

componentes se fabrican con aleaciones de cinc ya que son las aleaciones

con mayor resistencia.

Aleacin de Titanio: A medio camino entre el acero y las aleaciones de

Aluminio, es relativamente ligero pero tremendamente resistente a la

corrosin a temperaturas moderadas. Sin embargo es ocho veces ms caroque las aleaciones de Aluminio, su mecanizado es difcil y si se desea

sustituirlo suele se puede emplear o el mismo material o un acero. Se trata

de una aleacin muy especial, utilizada en piezas de los turborreactores y

lugares donde un material ms barato no servira.

Aleaciones de Magnesio: Es la aleacin ms ligera: pesa cuatro veces

menos que el acero. Su relacin resistencia-peso es excelente y se maneja

con facilidad. Sus usos son muy concretos: partes de asientos, cinturones de

seguridad, en la caja del tren y de los rotores de los helicpteros. Sin


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embargo se ha ido reemplazando por aleaciones de Aluminio, por problemas

de corrosin e inflamabilidad.

Materiales compuestos (composites): Los materiales compuestos estn

constituidos por dos elementos estructurales: fibras y material aglomerante. El

material aglomerante se llama matriz y las fibras estn entretejidas en esa

matriz. Las fibras poseen una alta resistencia emplendose materiales como el boro

o el carbono; la matriz suele

ser plstica (resinas,

polisteres) aunque en

ocasiones es metlica para

soportar altas temperaturas

(en turbo-rreactores y naves

espaciales). La estructura del

material est constituida por

capas. En cada capa las fibras

se encuentran aglomeradas en

la matriz y presentan una misma disposi-cin. El material es la suma de las capas

que se asemeja a un msculo humano o a un sndwich. La orientacin de las

fibras no es arbitraria, sino que viene definida por el esfuerzo o cargas a las que seva a ver sometido el material. As la resistencia mecnica del material vendr dada

por la direccin de las fibras o el tejido que forman. Podemos encontrarnos

estructuras de composites que aguanten mejor cargas perpendiculares que otras

estructuras ideadas, por ejemplo, para cargas longitudinales, etc...

Las propiedades mecnicas de estos materiales son notablemente superiores a

las aleaciones ligeras. Sin embargo, resultan ser ms frgiles que stos, aun

usando fibras de carbono y boro, siendo su reparacin compleja. Por esta razn no

es aplicable por ley a las alas y el fuselaje, ya que son estructuras primarias y degran importancia. En cuanto a la matriz, las resinas epoxi son las que presentan

una mejor adhesin de las fibras, aunque su uso est prohibido en las cabinas, ya

que genera demasiado humo al quemarse.


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Construccin tipo sndwich: Se

trata de una forma de colocar los

materiales que deba ser nombrada dada

su uso generalizado en aviacin, y sus

buenas propiedades mecnicas. Se trata

de dos capas de fibra de carbono, de

vidrio, o de aluminio pegadas a un ncleo.

El ncleo puede tener forma de panel de

abeja, fabricado en aluminio o resinas; o tratarse de un ncleo de goma-espuma.

La estructura sndwich aguanta con xito las cargas que impone la flexin

(compresin y tracin), y el ncleo soporta esfuerzos cortantes con facilidad. Su

aplicacin se centra en superficies de control de vuelo y suelos decabina.

El uso de la fibra de carbono tambin se extiende a los turborreactores. Todos los componentes

resaltados estn fabricados con composites. El crter de electrnica est hecho por ejemplo usando la

estructura sndwich, mientras que las paletas de gua estn fabricadas con fibra de carbono y aleaciones

de Titanio; y las de entrada de fibra de carbono aglomerada con epoxy. La bomba de combustible

tambin est construida en fibra de carbono. En la imagen de la siguiente pgina aparecen tambin

componentes tpicamente fabricados con composites en cazas militares. El arco del canopy y el

asiento eyectable estn hechos de fibra de vidrio con epoxy; el borde de ataque se ha fabricado usando

la construccin de sndwich, con ncleo de panel de abeja; y la caja que contiene el tren de aterrizaje es

de fibra de carbono.


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Esta imagen

muestra el uso

genrico de

composites en

aviacin comercial.

Las partes de azul

corresponden a las

fabricadas en fibra

de carbono, las

amarillas a fibra de

Aramida (Poliamida

aromtica, COHN2)

y las rojas a fibra devidrio. Como se

puede comprobar

sus uso est muy

generalizado y

apenas slo el

fuselaje y las alas

se salvan de los

composites, al ser

estructuras

primarias.


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Hemos visto como se empez construyendo los aviones de madera, luego vino el acero para los

fuselajes reticulares / tubulares, pronto sustituido por las aleaciones ligeras. Hoy en da los composites y

sus variantes van comindole terreno a los antiguos materiales. Como citbamos antes, ante su difcilreparacin, todava se opta por el uso de aleaciones en aviones como el Boeing 717, de corto alcance,

ya que la aerolnea no puede permitirse el lujo de tenerlo parado mucho tiempo por unas reparaciones.

Sin embargo todo apunta a que el futuro es de los composites. Prueba fehaciente es el uso de estos

materiales en aviones de ltima generacin, como el Airbus A380, que adems, al ser de largo alcance,

el tiempo de reparacin no le supone un problema. El anlisis de los materiales empleados en su

construccin nos puede hacer una idea de cmo se construirn los aviones comerciales en el futuro

prximo.

En naranja / rojo, verde y violeta aparecen coloreadas las partes correspondientes a fibras de vidrio,

cuarzo y carbono respectivamente. En color azul las partes metlicas y en amarillo las partes construidas

en glare. Este ltimo material es relativamente reciente, y se trata de un tipo especfico de fibrametlica, hecha de aluminio y fibra de vidrio compuesta. Junto con la madera y el metal, el glare ser el

nuevo tercer material usado en estructuras primarias ( fuselaje y superficies aerodinmicas primarias),

siendo un hbrido entre el metal y los composites. Glare viene de Glass-Aluminium FML (fibber-metal

laminate). Abajo aparece el uso de la construccin de sndwich con ncleo de panal de abeja en el

A380. Cabina del A380 de Qantas (F-WWOW) (Abajo).


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PESOS: Es importante que el piloto y copiloto conozcan los pesos del avin,

para que su pilotaje se ajuste de la mejor manera a la situacin. No hay que aplicar

la misma potencia al despegar con mucho peso que con poco; es vital cargar y

centrar bien el avin para que el vuelo se desarrolle con total normalidad y conocer

los pesos mximos para cada maniobra para evitar la fatiga estructural o una

posible catstrofe. Por todo ello, el piloto debe manejar los siguientes conceptos,

relacionados intrnsicamente con las limitaciones del fuselaje:

Peso vaco de fabricacin: el peso de la estructura, motores,

sistemas y otros elementos que forman parte integral del avin,

incluyendo los lquidos de los sistemas cerrados: oxgeno, lquido

hidrulico...

Peso bsico vaco: es el peso vaco de fabricacin ms losconjuntos estndar del avin: el combustible no utilizable, aceite del

motor, peso estructural de lavabos y lquidos afines (agua, productos

qumicos...), de cocinas, asientos de pasajeros y otras variaciones

que pueda introducir el operador.

Peso vaco operativo: es el peso de la aeronave lista para operar

sin la carga til ni combustible. Es el peso bsico vaco pero

incluyendo la tripulacin, su equipaje, prensa, catering, manuales de

vuelo, herramientas, chalecos salvavidas y balsas, contenedores... Peso con combustible a cero: es el peso vaco operativo ms la

carga til que incluye pasajeros, su equipaje y la mercanca.

Peso de despegue: es el peso con combustible a cero ms el peso

del combustible en depsitos internos y externos.

Peso de aterrizaje: es igual al peso de despegue menos el peso de

combustible y otros elementos gastados.

Peso mximo de despegue//Maximum Takeoff Weight

(MTOW): Es el peso mximo del avin al despegue, limitado por suresistencia estructural y los requisitos de aeronavegabilidad.

Peso mximo de aterrizaje// Maximum Landing Weight

(MLW): Es el peso mximo del avin al aterrizaje, limitado por su

resistencia estructural y los requisitos de aeronavegabilidad.

Peso mximo con combustible a cero// Maximum Zero Fuel

Weight (MZFW): Peso mximo permitido del avin con anterioridad

a la carga de combustible.

Peso mximo de rodaje: El peso mximo para maniobrar en tierra.


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Los pesos que ms se manejan son los MTOW, MLW y MZFW; sin embargo estos

datos son un lmite, no una garanta. A la hora de evaluar el despegue, aterrizaje u

otras maniobras se ha de tener en cuenta tambin el estado de la pista, las

condiciones meteorolgicas... La carga y los pesos mximos es algo calculado al

milmetro en los vuelos comerciales en los que se pretende maximizar los

beneficios, llegar lo ms lejos posible usando el menor combustible.

Ya hemos visto el fuselaje, su forma, sus pesos, maneras de construirlo, los

materiales con los que se puede fabricar y las cargas, esfuerzos y fatiga que

soporta. Estos apartados son quizs los de ms inters para el piloto, siendo el

resto de datos sobre corrosin, estructuras tolerantes al dao, uniones de

elementos u otros apartados ms secundarios o de carcter ms industrial, por lotanto no los voy a abordar. A lo que s me gustara hacer alusin de forma

anecdtica es al acabado del fuselaje: la pintura o pulido.Ambos tratamientos

presentan unas ventajas y desventajas que la compaa debe sopesar y decidir por

cul decantarse. La pintura, a parte de ser estticamente ms atractiva a los ojos,

evita la erosin del material y la entrada de humedad. Adems todas las superficies

de materiales compuestos deben ir pintadas por razones estructurales. Sin

embargo la pintura presenta un problema: peso; que se traduce en gasto de

combustible. Un Boeing 747-400 pintado puede pesar 225 kilogramos ms que unosin pintar. El pulido aunque sea una opcin ms ligera que el pintado, requiere

mayor mantenimiento, ya que debe ser pulida con regularidad para eliminar

elementos contaminantes adheridos. Sin embargo el ahorro de combustible supera

el de mantenimiento. Al final es una decisin de marketing de la compaa.

ANA y JAL, compaas niponas, optan por pintar sus jumbos con esquemas divertidos sobre personajes

infantiles como los pokmon (ANA) o Mickey Mouse (JAL). El turismo en Nueva Zelanda aument

significativamente tras el rodaje de El seor de los anillos en el pas, y la aerolnea de bandera, Air

New Zealand, pint sus aviones con escenas de la pelcula. Otra compaa conocida por sus lbreas es la

australiana Qantas, en la imagen el 747 Wunala dreaming. El ejemplo ms vivo de aviones pulidos es

el de American Airlines, en la imagen un 767 de la compaa estadounidense.


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Parabrisas y ventanillas:

DEFINICIN: las ventanas de los aviones son las aberturas que se practican

en el fuselaje para instalar transparencias que permitan ver el exterior.

Encontramos dos tipos de aberturas. Las ventanas frontales situadas en la cabina

de mandos se denominan parabrisas, mientras que el resto ventanillas (cabina

de pasajeros y laterales de cabina de mandos).


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PARABRISAS: El parabrisas est formado por capas de vidrio templado,

que aguanta las cargas de presurizacin y aerodinmicas; y otras capas de

polivinilo que proporciona resistencia al impacto de las aves u otros objetos.

Antiguamente se usaba slo una capa de cada (acristalamiento monocapa), pero

hoy en da se fabrican los parabrisas con numerosas capas: multicapa (vase

dibujo). El objetivo de los parabrisas, a parte de proporcionar una buena visin al

piloto, es la de protegerlo de impactos de aves u otros mviles, de ah el uso de

tantas capas. Adems los parabrisas deben cumplir unos requisitos mnimos de

seguridad que veremos ms adelante. El cristal usado en los parabrisas es un

cristal especial, que cumple una serie de caractersticas de resistencia, por ello se

llama cristal de seguridad. Hay dos tipos de cristales de seguridad a usar en un

parabrisas: el cristal laminado o el templa-do. El cristal templado es una lmina

de vidrio de alta resistencia mecnica

mientras que el laminado, son varias

capas de vidrio templado y polivinilo

(multicapa), presen-tando menor

resistencia. Estos cristales de seguridad se

distinguen de los comunes por sus

caractersticas de rotura . Un cristal comn

de rompe en mil trocitos y la presencia de

la primera grieta y la desintegracin del

cristal son acontecimientos casi simultneos. Por el contrario, en los cristales

multicapa, muy pocos fragmentos son despedidos en caso de rotura, dada la gran

adhesin entre las capas.

Adems de la alta resistencia y de las caractersticas de rotura de los

parabrisas, se le dota al mismo con una serie de protecciones trmicas (antivaho,

deshielo...), anti-solares (se reduce en un 50% las radiaciones solares que entran


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en cabina); anti-estticas (evitar descargas elctricas) y anti-radar ( aplicacin en

aviones militares).

TIPOS DE PARABRISAS: Podemos distinguir tipos de parabrisas segn su

material de fabricacin o el tipo de construccin. Aunque hemos presentado

parabrisas fabricados en vidrio templado, monocapa o multicapa; tambin existen de

plsticos acrlicos o de acetato de celulosa. Segn el tipo de construccin,

encontramos parabrisas simples (aviones no presurizados) o parabrisas especiales

(cabinas presurizadas, con protecciones trmicas...)

VENTANILLAS: Las ventanillas se fabrican normalmente en plsticos

acrlicos, formadas por una o ms capas de material. La resistencia a impactos no

es un factor determinante en su elaboracin

sino su peso, al poder haber ms de 200

ventanillas en un avin. Los plsticos son ms

ligeros que los vidrios (pesan una tercera

parte de lo que pesa el vidrio) y presentan mejor resistencia a la fatiga y a la

propagacin de grietas.

REQUISITOS QUE DEBEN CUMPLIR LOS PARABRISAS: Los parabri-sas

de los aviones comerciales deben cumplir una serie de requisitos estructurales y de

seguridad para ser instalados:

Todos los parabrisas deben fabricarse con cristales de seguridad.

El parabrisas debe resistir el impacto de un ave de 181 Kg. (4lb) a la

velocidad de crucero calculada al nivel del mar, o a 085 por la velocidad de

crucero a 8000 pies.

La probabilidad de desprendimiento de fragmentos debe ser muy pequea, y

si se produce el desprendimiento, los fragmentos no deben alcanzar a lospilotos dentro de un 15 del eje longitudinal del avin.

Que la rotura de uno de los paneles del parabrisas, no afecte a la visibilidad

de otro.


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Este Fokker 70 de KLM

cityhopper, ha aguantado

perfectamente el impacto de

tres aves. Dos en el cono de

proa, donde se puede

observar dos manchas de

sangre y un gran bollo; y

otro menos apreciable en el

parabrisas derecho de la

cabina que ha permanecido

intacto. Gracias a los lmites

estructurales y de seguridad

impuestos en las aeronaves

en la mayora de ocasiones

el impacto de aves en el fuselaje se convierte en algo casi anecdtico afortunadamente.

MICROGRIETAS: Un fenmeno muy comn es la aparicin de microgrietas

en el panel acrlico del parabrisas (polivinilo), o el llamado crazing. La flexin del

panel produce estas minsculas fisuras de aproximadamente 002 mm. Estas

fisuras se van propagando por el cristal, y disminuye la resistencia al impacto y

degrada sus caractersticas mecnicas. El crazing tambin puede estar originado

por el uso de productos de limpieza inadecuados, contaminacin atmosfrica o una

mala instalacin del equipo.


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Quizs el accidente ms impactante y dramtico relacionado con parabrisas sea el que le ocurri a

este aparato de la British Airways (G-BJRT) el 10 de Junio de 1990. Se trataba del vuelo 5390 en el BAC

one-eleven desde Birmingham a Mlaga. A nivel de vuelo 173, el parabrisas izquierdo sal disparado

hacia el exterior a las 7h33min, con tan mala suerte que el confiado capitn llevaba el cinturn de

seguridad desabrochado. El piloto sali despedido hacia el exterior enganchndose su pie al piloto

automtico y quedndose pegado por el flujo de aire a la parte superior de proa. Una despresurizacin

repentina invadi la cabina y los tripulantes de cabina tuvieron que interrumpir los servicios de a bordo.

El tercer TCP a bordo acudi a la cabina y desenganch al piloto sostenindole para que no se escapase

al exterior; el copiloto recuper el control de la aeronave ya que los mandos estaban atascados por los

pies del piloto. El segundo TCP sustituy al tercero en sostener al capitn, ya que se estaba quedando

sin fuerzas en los brazos y medio congelado. A FL100 y a150 nudos, la aeronave realizaba una

aproximacin visual mediante vectores radar a Southampton Airport. El aterrizaje de emergencia a las

07h55min fue perfecto. El capitn, del que todo el mundo pensaba que estaba muerto, fue trasladado

urgentemente al hospital general de Southampton, presentando numerosas fracturas, congelamiento y

shock. El capitn sobrevivi milagrosamente a su indeseable experiencia. No hubo bajas y todo acab

bien gracias a la pericia del copiloto y la rpida respuesta de la tripulacin. Rpidamente se pusieron a

investigar las causas del accidente. El TMA el da anterior, cambi los tornillos del parabrisas. A

ojmetro, escogi unos tornillos apreciablemente ms pequeos que los anteriores; as, 84 de los 90

tornillos del parabrisas eran ms pequeos de lo exigido por el fabricante. Apenas unos milmetros de

diferencia sirvieron para que el parabrisas no aguantase las cargas de presurizacin. El TMA estaba

hasta arriba de trabajo, y presionado por la compaa deba acabar de revisar los aviones esa noche, y

en vez de leer en el manual los tornillos adecuados (lo que llevara mucho tiempo), compar los ya


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puestos con los que iba a poner, errando en su eleccin por unos milmetros. El informe completo del

accidente est en http://www.raes.org.uk/raes/first/airworthiness/GRP/BAC111.pdf

Alas

SUPERFICIES AERODINMICAS: Podramos decir que el avin se divide en

fuselaje, grupo motopropulsor y superficies aerodinmicas, que son aquellas sobre

las que se manifiestan fuerzas como la sustentacin o resistencia. Gracias a estas

superficies el avin vuela, se sustenta en el aire. Hay tres tipos de superficies

bsicas expuestas a las fuerzas aerodinmicas: las alas, los estabilizadores y las

superficies de control de vuelo. Mediante estas estructuras y la traccin que

crea el motor o motores, el puro del avin (fuselaje) es capaz de navegar y

moverse por el aire.

ALAS: El ala es la superficie que proporciona la fuerza sustentadora principal del

avin. La estructura interna est constituida por largueros, larguerillos y costillas. El

larguero es el componente estructural principal que recorre el ala

longitudinalmente desde el encastre (donde el ala se une al fuselaje) hasta la punta

del ala. Soporta las cargas principales del ala en vuelo y tierra. Estas autnticas

vigas del ala estn construidas en aleaciones de aluminio de alta resistencia y

suele haber slo dos o tres por ala. La seccin recta de estas vigas suele tener

forma de I.

Las costillas son elementos trans-

versales del ala y tambin

transversales a los largueros.

Cumplen dos funcio-nes: dar forma y

curvatura al contorno del ala, y

aadir rigidez y resistencia al

conjunto. Hay dos formas de

construir las costillas: de chapa o

mecanizadas. Las costillas de chapa,

estn construi-das con un espesor no muy grande, y se usan habitualmente en

aviacin ligera. Las mecanizadas se fabrican en mquinas a partir de grandes


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planchas de material y su uso est enfocado hacia la aviacin comercial. La

resistencia mecnica que requiere un avin pesado no permite el uso de una chapa,

sino de grandes planchas de ocho o ms

centmetros de espesor. Con frecuencia

tanto en largueros como en costillas se

abren grandes agujeros para aliviar el peso.

En las costillas mecanizadas, al ser la

plancha muy gruesa, no se le practican

agujeros sino que se rebaja el material en

algunas partes (tcnica piscina mediante

fresado qumico).

Los larguerillos refuerzan toda laestructura, situados de forma longitudinal a

travs de las costillas, proporcionan la

superficie suficiente para unir con remaches

la chapa de revestimiento del ala.

En las imgenes aparecen dos alas, una recta con sus costillas y dos largueros, y otra corresponde

al ala del Airbus A380 hecha en Aluminio.

En cuanto a las cargas que soporta el ala, no nos extenderemos, ya que estn

citadas en el apartado CARGAS; slo recordar que el ala soporta esfuerzos de

flexin, cargas de traccin y giroscpicas del motor y cargas aerodinmicas

(rfagas, turbulencias, flameo...)

Los materiales empleados en la construccin de alas suelen ser metales, ms

concretamente aleaciones de aluminio, resistentes y ligeras. (Ver apartado de

materiales)

TIPOS: Hay numerosos tipos de alas, todos ellos atendiendo a un criterio de

clasificacin. La utilidad de cada aeronave determina la forma y diseo del ala.

Segn cmo vaya a operar la aeronave, la interaccin con el aire ser diferente. El


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ala de un avin subsnico no tendr la misma forma que la de un avin

supersnico, ni un hidroavin la de un caza militar. No hay un ala ideal o mejor,

sino ser ideal o la mejor para la funcin que va a desempear la aeronave en la

que va ir montada. A continuacin vemos los ejemplos ms tpicos usados en

aviacin, pudiendo haber variaciones o combinaciones de los presentados.

Segn la forma de la planta:

Ala recta: Su planta es rectangular y aunque presenta buenas

caractersticas de prdida, tiene una mala relacin peso resistencia.

Sin embargo es la ms econmica y por ello la elegida en numerosas

avionetas amateur o ligeras.

La mayora de Cessnas, en este caso la Cessna T206H Turbo Stationer, tienen perfiles rectos

dado que se sacrifica la velocidad por la nobleza

y estabilidad.

Ala elptica: Su forma es la de una elipse y es muy eficiente en su

relacin peso-resistencia. Aunque es terriblemente manejable y

produce muy poca resistencia las prdidas son muy crticas y su

construccin compleja; y por lo tanto, cara.

El spitfire, caza britnico, es el ejemplo

mtico de ala elptica. La geometra de

este ala le daba un maniobrabilidad

impresionante (Imagen en la siguiente

hoja)


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Ala recta con estrechamiento: Este tipo de ala pretende buscar un

punto medio entre maniobrabilidad, nobleza y velocidad, sin sacrificar

los bajos costes de produccin que presentaba el ala recta.

La mayora de pipers y aviones de escuela

utilizan este diseo de ala ya que es muy

cmoda y verstil.

Ala en delta y en flecha: El ala en delta como la de flecha, se ingeni

para reducir la aparicin de ondas de choque a velocidades

subsnicas, y por ello es muy eficiente a altas velocidades. El ala en

delta se usa en aviones supersnicos, ya sea simple (como el Mirage)

o compleja (Concorde).


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El F-117 es un claro ejemplo de ala con gran flecha. El F-1 Mirage III C a la derecha tiene ala en delta.

La mayora de aviones comerciales tienen ala en flecha.

Ala variable: El ala variable se ide para juntar las buenas

caractersticas de estabilidad de alas de flecha o rectas y la gran

eficiencia a velocidades supersnicas del ala en delta. Este tipo de ala

tiene entonces, una geometra variable segn la maniobra o

velocidad a la que vaya a operar el piloto. Su uso se limita a cazas ya

que su instalacin es muy costosa y aun teniendo buenas

caractersticas, no merece la pena montarla en aviones comerciales.

El F-14 Tomcat puede adoptar una diferente configuracin alar segn sus necesidades gracias a su ala

de geometra variable.

Segn su posicin:

Ala alta: El ala se monta en la parte superior al fuselaje. Un modelo

de ala alta es mucho ms estable que uno de ala baja y tendera

menos al balanceo o efecto pndulo. El peso del avin est debajo del

ala (su centro de gravedad C.G.), por lo que el fuselaje tiende


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estabilizarse hacia abajo como si de un pndulo se tratase para

igualar fuerzas.

El British Aerospace Bae 146-200 o jumbito tiene

el ala alta. Gracias a sus cuatro motores y su

pequeo tamao es un avin muy poco ruidoso.

Eso sumado a sus caractersticas de avin STOL

(short take off and landing) hacen de l uno de los

pocos aviones que puede operar en aerdromos

urbanos, como EGLC, London city, situado en el

centro de Londres. Actualmente ya no se fabrica.

Ala media: El ala media se

une al fuselaje por la parte

media del mismo. Sus

caractersticas estn entre

la estabilidad del ala alta y

la maniobrabilidad del ala

baja. El ala media (imagen

de la derecha) es la ms

utilizada en aviacin

comercial.

Ala baja: Quizs la ms maniobrable, el ala baja se sita bajo el

fuselaje del avin. Numerosos aviones corporativos, cazas y aviones

acrobticos utilizan este tipo de disposicin.

A la izquierda el Falcon 900, un avin corporativo de ala baja que tiene el ejrcito del aire espaol en su

flota para transporte de VIPs.A la derecha un dibujo ilustrativo de los tipos de ala analizados.


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En el pasado tambin exista el ala en parasol, hoy en desuso,

montada por encima del fuselaje mediante unas sujeciones.

Segn su perfil:

El perfil es la seccin trasversal del ala y segn su forma,

el ala se comportar en el aire de forma muy distinta. El perfil es

objeto de estudio de los ingenieros aeronuticos a la hora de disear

un avin y su forma es vital determinando las actuaciones del avin

(performances) y sus velocidades de prdida. El perfil se suele

estrechar a medida que se acerca a la punta de ala. Sin abundar

demasiado en el tema, podemos distinguir tres perfiles bsicos segn

su grosor, aunque el perfil de cada avin sea diferente. Los perfilesgruesos corresponden a aviones dciles con velocidades medias, los

perfiles de grosor medio presentan altas velocidades punta y

aceleracin. Con el grosor fino se pueden conseguir grandes

velocidades. En la siguiente hoja aparecen dibujados numerosos

perfiles y sus caractersticas en ingls.

Segn su forma de unin al fuselaje:

Segn cmo se una el ala al

fuselaje diferenciamos entre alas arriostradas o

cantlever. El ala arriostrada se une al fuselaje

en puntos concretos por cables o tirantes

externos (montantes). Estos montantes

soportan las cargas del ala en vuelo y tierra; y

al ser un ensamblaje exterior opone resistencia

al aire. El ala arriostrada se suele usar enaviacin deportiva y general, con caractersticas

de vuelo moderadas. En el ala cantlever el

entramado estructural es interno y por lo tanto

no presenta esa resistencia aerodinmica. Es la

ms generalizada en aviacin con caractersticas

de velocidad alta.

(De arriba abajo) una diamond katana DV20 con ala cantlever y una piper J-3 Cub con ala arriostrada.


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Segn el borde del ala:

Hay numerosos tipos de bordes

del ala. No nos pararemos demasiado

en este apartado ya que la

clasificacin por el tipo de borde no

suele ser muy comn. Sin embargo si

cabe destacar algunas aplicaciones

tcnicas en los bordes del ala para

evitar la resistencia y mejorar las

actuaciones del avin.

Los bordes redondeados son

fciles de construir pero generan untorbellino de ala muy pronunciado.

Los bordes afilados son ms

eficientes en este aspecto

presentando menor resistencia

aerodinmica inducida.

El borde recto (el simple corte

transversal del ala) tiene una buena

relacin resistencia generada costede produccin.

Existen otros tipos de bordes

como el cncavo (hacia abajo) que

aumenta la envergadura del ala, o el acabado en placa, separando el intrads del

extrads.

El borde que est resultando de gran eficiencia es el Winglet. Aumenta la

velocidad ya que reduce considerablemente la resistencia inducida, lo que supone

mayor autonoma de vuelo y ahorro de combustible.


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Aqu se aprecia el tamao del gigantesco winglet de un Boeing 747-444 de South African Airways. El

Winglet, aparte de aadir autonoma de vuelo al avin tambin sirve de elemento esttico ostentando el

logotipo de la compaa.

Estabilizadores

DEFINICIN Y TIPOS: El elemento estabilizador del avin es la cola, cuyoconjunto se llama empenaje. Por lo general est situado en la parte posterior del

avin y se compone estructuralmente de dos elementos: el estabilizador vertical (o

deriva) y el estabilizador horizontal. La parte posterior del estabilizador vertical

suele disponer de una articulacin llamada timn de direccin que mueve al avin

en el eje vertical. Los timones de profundidad (o elevadores) que mueven al avin

en el eje horizontal suelen estar situados en el estabilizador horizontal.

La forma de clasificar

los tipos de colas esatendiendo a la

disposicin de sus

estabilizadores en el

espacio, esto es, al tipo

de construccin. La

manera de concebir y

colocar el empenaje

atiende a criteriosaerodinmicos, a la


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capacidad y potencia del avin, y, por ltimo, al peso.

Las colas se pueden dividir en dos grandes grupos: convencionales y especiales.

COLAS CONVENCIONALES: Son la cola clsica, alta y cruciforme.

1. Cola clsica: La cola clsica es la ms generalizada, su uso en

construcciones aeronuticas es de aproximadamente del 75%. Suele ser la

solucin ptima desde el punto de vista de estabilidad, control y de peso

estructural del conjunto. Casi todos los aviones de la familia Boeing y todos

los de la familia Airbus, utilizan este tipo de cola, lo que nos puede dar una

idea de que su uso es ms que generalizado.

2. Cola alta (o en T): Es la segunda ms empleada en aviacin y secaracteriza por tener situado el estabilizador horizontal en la parte superior

de la deriva. Esta construccin permite, o bien reducir el tamao de la

deriva, o instalar un tercer motor en la misma (caso del DC-10 o MD-11).

Este tipo de cola se emplea normalmente en aviones que tienen montados

los motores atrs, como los Mcdonnell-Douglas, Embraer, Bombardier... etc.

Mucho se discuti sobre cul era la mejor forma de llevar los motores, en

cola o en ala, pero la aviacin comercial parece que se ha inclinado por el

uso de los motores (normalmente dos, incluso en aviones de largo alcancecomo el Airbus A330 o el Boeing 777) en las alas y por lo tanto, montar la

cola clsica, en vez de la alta.


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3. Cola cruciforme: Se trata de un hbrido entre la clsica y la alta, para

aprovechar as las ventajas de ambas. El estabilizador horizontal se coloca

no tan alto como en la cola alta ni tan bajo como en la cola baja.

COLAS ESPECIALES: Se llaman as precisamente, por que su diseo est

orientado a aviones o a objetivos concretos. Su uso es muy reducido. Dentro de la

cantidad de diseos destacan dos bsicos: en V y en H.

La cola en V est formada por dos superficies inclinadas en forma de V. Su

mayor ventaja es la reduccin de friccin frente a otras colas, es decir menos

resistencia igual a ms velocidad. Sin embargo es de mayor peso. La cola en V

invertida es una variante para mejorar el alabeo en aviones con cola en V; sinembargo est demasiado cerca del suelo.

La Beech V35B

Bonanza monta

este peculiar

diseo de cola, a

pesar de ser una

avioneta de

escuela o

deportiva.

La cola en H permite reducir considerablemente la longitud del estabilizador

y adems colacar las derivas justo detrs del flujo de los motores, permitindote

ascender fcilmente. En el famoso Lockheed Super Constellation, la cola en H le

sirvi para reducir la altura vertical de la cola, de tal forma que cupiese en los

hangares de la poca (as las compaas no tienen por qu cambiar sus hangares

con la inclusin de uno de estos aviones en su flota).

La cola de doble fuselaje es otro tipo empleado con frecuencia en el pasado,

o en algunos modelos de hoy en da (cessna skymaster). Al ser de doble fuselaje

suele pesar ms de lo normal.

La cola en Y es como la cola en V, aadiendo un estabilizador vertical por

debajo y proporcionando un control excelente, dejando el estabilizador fuera del

flujo del motor.


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La cola doble es sin duda la ms maniobrable, ofreciendo excelentes

cualidades de control a altos ngulos de ataque. Por ello es la ms usada en los

cazas militares modernos.

El Lockheed Super Constellation con su cola en H triple, (arriba izquierda), la cessna skymaster con su

cola de doble fuselaje y cabina presurizada (arriba derecha), el F-18 de cola doble (izquierda) y por

ltimo el F-4 Phantom con cola en Y invertida (derecha).

COMPONENTES ESTRUCTURALES: La cola realmente tiene la misma

estructura que un ala slo que de dimensiones ms reducidas. Comparten as

elementos como las costillas, largueros y larguerillos. Los timones estn unidos a

los estabilizadores por herrajes de articulacin. La estructura se comporta de forma

similar a las alas, soportando cargas aerodinmicas generadas normalmente por el

estabilizador horizontal. Para ms informacin sobre las cargas y flameo que se

produce en la cola, mirar en el apartado de cargas.

En cuanto a los materiales, de nuevo decir, que se utilizan los mismos que en

las alas, aleaciones de aluminio, y ms recientemente, composites en las

superficies de control.


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COMPENSACIN DE MACH: Cuando un avin atraviesa la barrera del sonido,

el centro de presiones se traslada hacia la parte posterior del avin, creando una

situacin de picado. Para compensar esta situacin se monta en los aviones un

sistema por el cul, alcanzando MACH 08 el timn horizontal se desplaza hacia

abajo, centrando el avin y contrarrestando el picado.


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B I B L I O G R A F A

Libros consultados:

Conocimientos del avin, Antonio Esteban Oate, Paraninfo.

Nueva enciclopedia ilustrada aviones, David Mondey, Edicomunicacin S.A.

Enciclopedia Larousse, VVAA.

El pequeo Larousse ilustrado,VVAA.

Microsoft Flight Simulator 2000 Manual del piloto, Microsoft

Webs consultadas:

http://es.wikipedia.org/wiki/Fuselaje http://www.azom.com/details.asp?ArticleID=1569

http://www.scaled.com/services/structural_analysis_and_design.html

http://www.flightinternational.com/Articles/2005/06/14/Navigation/180/199

071/Creating+A+Titan.html

http://composite.about.com/od/books/l/aafpr020623.htm

http://www.fibersource.com/f-tutor/aramid.htm

http://inicia.es/de/vuelo/PRE/PRE42.html

http://www.airliners.net/ http://aviation-safety.net/database/record.php?id=19900610-1

http://www.raes.org.uk/raes/first/airworthiness/GRP/BAC111.pdf

http://virtualskies.arc.nasa.gov/aeronautics/tutorial/intro.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Wing

http://mx.geocities.com/aeroxal/avion.htm

http://bsas-vac.tripod.com/Dfc/Vuelo1/Control/empenaje.htm

La mayora de imgenes tienen copyright as que est prohibida su distribucin comercial.

Elaborado por:Agustn Reche

[email protected]

Actualizacin: 22 Abril 2009

Versin 1.0

Estructuras Principales Del Avion

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