Fuselaje
El fuselaje (del francés fuselé "en forma de huso") es la sección principal del cuerpo de un avión. Tiene tripulación, pasajeros o carga. En los aviones de un solo motor, por lo general también contendrá un motor, aunque en algunos aviones anfibios el motor único está montado en un pilón unido al fuselaje, que a su vez se utiliza como casco flotante. El fuselaje también sirve para posicionar las superficies de control y estabilización en relaciones específicas con las superficies de sustentación, lo que se requiere para la estabilidad y maniobrabilidad de la aeronave.
Tipos de estructuras
Estructura de vigas
Este tipo de estructura todavía se usa en muchas aeronaves livianas que usan armaduras de tubos de acero soldados. Una estructura de fuselaje de armadura de caja también se puede construir con madera, a menudo cubierta con madera contrachapada. Las estructuras de caja simples se pueden redondear mediante la adición de largueros ligeros soportados, lo que permite que la cubierta de tela adopte una forma más aerodinámica o más agradable a la vista.
Construcción geodésica
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Barnes Wallis utilizó elementos estructurales geodésicos para Vickers británicos entre las guerras y en la Segunda Guerra Mundial para formar la totalidad del fuselaje, incluida su forma aerodinámica. En este tipo de construcción, múltiples largueros de tiras planas se enrollan alrededor de los formadores en direcciones espirales opuestas, formando una apariencia similar a una canasta. Este resultó ser ligero, fuerte y rígido y tenía la ventaja de estar hecho casi en su totalidad de madera. En Vickers Warwick se usó una construcción similar con aleación de aluminio con menos material del que se necesitaría para otros tipos estructurales. La estructura geodésica también es redundante y, por lo tanto, puede sobrevivir a daños localizados sin fallas catastróficas. Una tela que cubría la estructura completaba el caparazón aerodinámico (consulte el Vickers Wellington para ver un ejemplo de un gran avión de combate que utiliza este proceso). La evolución lógica de esto es la creación de fuselajes utilizando madera contrachapada moldeada, en la que se colocan múltiples láminas con el grano en diferentes direcciones para dar el tipo monocasco a continuación.
Carcasa monocasco
En este método, la superficie exterior del fuselaje también es la estructura principal. Una forma temprana típica de esto (ver Lockheed Vega) se construyó con madera contrachapada moldeada, donde las capas de madera contrachapada se forman sobre un "tapón" o dentro de un molde. Una forma posterior de esta estructura utiliza tela de fibra de vidrio impregnada con poliéster o resina epoxi como piel, en lugar de madera contrachapada. Una forma simple de esto que se usa en algunos aviones construidos por aficionados usa plástico rígido de espuma expandida como núcleo, con una cubierta de fibra de vidrio, lo que elimina la necesidad de fabricar moldes, pero requiere más esfuerzo en el acabado (ver Rutan VariEze). Un ejemplo de un avión de madera contrachapada moldeada más grande es el caza/bombardero ligero de Havilland Mosquito de la Segunda Guerra Mundial. Ningún fuselaje de revestimiento de madera contrachapada es verdaderamente monocasco, ya que los elementos de refuerzo se incorporan a la estructura para transportar cargas concentradas que, de lo contrario, doblarían el delgado revestimiento. El uso de fibra de vidrio moldeada con moldes negativos ("hembra") (que dan un producto casi terminado) prevalece en la producción en serie de muchos planeadores modernos. El uso de compuestos moldeados para estructuras de fuselaje se está extendiendo a grandes aviones de pasajeros como el Boeing 787 Dreamliner (usando moldeado a presión en moldes hembra).
Semi-monocasco
Este es el método preferido para construir un fuselaje de aluminio. En primer lugar, una serie de marcos con la forma de las secciones transversales del fuselaje se mantienen en posición sobre un soporte rígido. Estos marcos luego se unen con elementos longitudinales livianos llamados largueros. Éstas, a su vez, están recubiertas de una piel de chapa de aluminio, unidas por remaches o por unión con adhesivos especiales. Luego, el accesorio se desmonta y se retira de la carcasa del fuselaje completa, que luego se equipa con cableado, controles y equipo interior, como asientos y compartimentos para equipaje. La mayoría de los aviones grandes modernos se construyen con esta técnica, pero utilizan varias secciones grandes construidas de esta manera que luego se unen con sujetadores para formar el fuselaje completo. Dado que la precisión del producto final está determinada en gran medida por el accesorio costoso, esta forma es adecuada para la producción en serie, donde se van a producir muchos aviones idénticos. Los primeros ejemplos de este tipo incluyen los aviones civiles Douglas Aircraft DC-2 y DC-3 y el Boeing B-17 Flying Fortress. La mayoría de los aviones ligeros de metal se construyen utilizando este proceso.
Tanto el monocasco como el semimonocasco se conocen como "piel estresada" estructuras, ya que la totalidad o una parte de la carga externa (es decir, de las alas y el empenaje, y de masas discretas como el motor) es absorbida por el revestimiento de la superficie. Además, toda la carga de la presurización interna es transportada (como tensión de la piel) por la piel externa.
La distribución de las cargas entre los componentes es una elección de diseño dictada en gran medida por las dimensiones, la resistencia y la elasticidad de los componentes disponibles para la construcción y si el diseño está destinado o no a ser "autoajuste", no requiere un accesorio completo para la alineación.
Materiales
Los primeros aviones estaban construidos con armazones de madera cubiertos con tela. A medida que los monoplanos se hicieron populares, los armazones de metal mejoraron la resistencia, lo que eventualmente condujo a aeronaves de estructura totalmente metálica, con revestimiento de metal para todas sus superficies exteriores; esto fue pionero en la segunda mitad de 1915. Algunas aeronaves modernas están construidas con materiales compuestos. para las principales superficies de control, las alas o todo el fuselaje, como el Boeing 787. En el 787, permite niveles de presurización más altos y ventanas más grandes para la comodidad de los pasajeros, así como un peso más bajo para reducir los costos operativos. El Boeing 787 pesa 1500 lb (680 kg) menos que si fuera un conjunto totalmente de aluminio.
Ventanas
Los parabrisas de la cabina del Airbus A320 deben soportar impactos de aves de hasta 350 nudos (650 km/h) y están hechos de vidrio reforzado químicamente. Por lo general, se componen de tres capas o láminas, de vidrio o plástico: las dos internas tienen un grosor de 8 mm (0,3 pulg.) cada una y son estructurales, mientras que la capa externa, de unos 3 mm de grosor, es una barrera contra daños por objetos extraños y abrasión, a menudo con un revestimiento hidrofóbico. Debe evitar el empañamiento dentro de la cabina y descongelar a partir de −50 °C (−58 °F). Anteriormente, esto se hacía con cables delgados similares a la ventana trasera de un automóvil, pero ahora se logra con una capa transparente de óxido de indio y estaño de nanómetros de espesor que se encuentra entre las capas, eléctricamente conductora y, por lo tanto, transmisora de calor. El vidrio curvo mejora la aerodinámica, pero los criterios de visión también necesitan cristales más grandes. El parabrisas de una cabina se compone de 4 a 6 paneles, de 35 kg (77 lb) cada uno en un Airbus A320. En su vida útil, un avión promedio pasa por tres o cuatro parabrisas, y el mercado se reparte equitativamente entre el OEM y el mercado secundario con mayores márgenes.
Las ventanas de la cabina, hechas de vidrio acrílico estirado mucho más liviano que el vidrio, constan de varios paneles: uno exterior construido para soportar cuatro veces la presión máxima de la cabina, uno interior para redundancia y un panel rascador cerca del pasajero. El acrílico es susceptible al agrietamiento: aparece una red de grietas finas, pero se puede pulir para restaurar la transparencia óptica; la eliminación y el pulido se realizan normalmente cada 2 o 3 años para las ventanas sin recubrimiento.
Integración del ala
"Ala voladora" los aviones, como el Northrop YB-49 Flying Wing y el bombardero Northrop B-2 Spirit, no tienen fuselaje separado; en cambio, lo que sería el fuselaje es una porción engrosada de la estructura del ala.
Por el contrario, ha habido una pequeña cantidad de diseños de aeronaves que no tienen un ala separada, pero usan el fuselaje para generar sustentación. Los ejemplos incluyen los diseños de cuerpos de elevación experimentales de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio y el Vought XF5U-1 Flying Flapjack.
Un cuerpo de ala combinado puede considerarse una mezcla de los anteriores. Transporta la carga útil en un fuselaje que produce ascensor. Un ejemplo moderno es el Boeing X-48. Uno de los primeros aviones que utilizó este enfoque de diseño es Burnelli CBY-3, cuyo fuselaje tenía forma aerodinámica para producir sustentación.
Galería
Retaguardia interior del nivel principal de pasajeros en un Airbus A340, mostrando la cabecera trasera así como una apertura de puerta
Rough Boeing 747 interior airframe
Fuselaje de un CubCrafters Carbon Cub
El fuselaje puede ser corto, y aparentemente noerodinámico, como en este Águila Christen
Esquemático de fuselaje
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