22/02/2013 - Proyecto WASIS. Cambiando la forma de volar

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La imagen de un avión acelerando en una pista de despegue resulta familiar para la mayoría de los viajeros pues no ha cambiado mucho en los últimos cincuenta años.

Aunque se han realizado progresos significativos en cuanto a ahorro de combustible, diseño de motores y técnicas de reducción de ruido, la forma básica de los aeroplanos y los materiales empleados para ello permanecieron relativamente estables durante mucho tiempo.

La situación, sin embargo, ya no es la misma. El diseño de aeronaves está evolucionando, al igual que el de otros muchos productos en los últimos años, como por ejemplo los teléfonos. La ciencia de la aviación avanza hoy más rápido que nunca para producir aeronaves más eficientes, silenciosas y respetuosas con el medio ambiente. Se espera que las aeronaves del futuro sean más eficientes y fiables pero, ¿cómo alcanzarán este objetivo y quién realiza el trabajo que permitirá cambiar la forma de volar?

Es normal pensar que la mayoría de los progresos proceden únicamente de los grandes constructores de aeronaves, pero la realidad resulta mucho más compleja.

Proyecto WASIS

El proyecto financiado con fondos europeos WASIS resulta un ejemplo perfecto. Trabaja en una estructura de fuselaje realizada con materiales compuestos y basada en un concepto de entramado reticular (oblea) reforzado que mejorará el desarrollo de juntas estructurales de fuselaje. El proyecto tiene también como objetivo cumplir con los estrictos requisitos medioambientales y de seguridad y lograr que su diseño y fabricación sean rentables.

Este método de retícula u oblea permite que los materiales compuestos adquieran un comportamiento mecánico más eficiente, se aligeren y mejoren su rendimiento estructural. La combinación de este sistema con elementos de unión semiabiertos y de micropin diseñados al efecto permitirá fabricar una estructura de matriz irregular e innovadora y reducir el peso de la aeronave.

El objetivo último del proyecto es desarrollar aeroplanos de tamaño medio. Los principales fabricantes de aeronaves producen aparatos con un veinte por ciento más de tamaño y eficiencia, pero lo cierto es que el mercado de los grandes aeropuertos ya está saturado. El crecimiento de estas infraestructuras queda limitado por la disponibilidad de terreno y la capacidad del espacio aéreo. El coste de los combustibles no supone el único problema para el sector. Las normativas y los impuestos adicionales, en relación a temas medioambientales (principalmente ruidos y emisiones de CO2 y NOx), ejercen una presión financiera adicional sobre las compañías aéreas que las obliga a buscar formas nuevas de reducir costes.

Aviones de tamaño medio

Una de las estrategias empleadas por las aerolíneas es la búsqueda de tasas de aeropuertos más bajas, en ocasiones logradas amenazando con desviar su tráfico a otras ubicaciones alternativas. Lo cierto es que el futuro pertenece a los aviones de tamaño mediano capaces de aterrizar en aeropuertos pequeños a un coste bajo.

Los aeropuertos secundarios o los más pequeños no sólo ofrecen servicios especializados para las aerolíneas de bajo coste, sino también para otros clientes como la aviación de empresa, la aviación general, la de mercancías o la militar, que experimentarán un crecimiento importante. Para este tipo de aeropuertos, los aviones medianos resultan ideales.

El fuselaje es la sección principal de la aeronave en la que se encuentran la tripulación, los pasajeros y la carga. Desde hace unas décadas se emplea el aluminio en esta estructura, pero no ha sido hasta hace poco que se ha empezado a construir aviones con materiales compuestos, como el Boeing 787 y el Airbus A350. Tanto su fuselaje como su estructura de ala contienen como elemento principal un polímero de fibra de carbono reforzado. El proyecto WASIS evalúa la seguridad de este material mediante simulaciones y ensayos virtuales desde las primeras fases del diseño. El diseño de esta sección de fuselaje innovadora se aunará con una tecnología de devanado de filamentos de alto rendimiento que abarata y agiliza la producción. Las muestras se fabricarán con vistas a probar la manera de aunar ambos conceptos. Los resultados del ensayo de las muestras se utilizarán para comprobar el método de oblea.

Durante su primer año WASIS exploró el método de oblea estructural y diseñó una sección de fuselaje nueva basada en el Piaggio P180. Esta sección de fuselaje prototipo se diseñó para soportar cargas idénticas a las estructuras metálicas utilizadas como referencia. El calibrado se realizó en primera instancia por métodos analíticos, tras lo cual se aplicaron simulaciones estáticas y dinámicas por el método de elementos finitos (MEF). Éstas sirvieron para determinar la rigidez, los índices de fallos y el comportamiento ante distintas situaciones de impacto (aterrizajes de emergencia, daños por hielo o impactos a baja velocidad). En este periodo del proyecto los socios del consorcio diseñaron y fabricaron componentes para demostrar la viabilidad de los procesos de fabricación (devanado de filamentos y tendido de cintas).

Varios prototipos

WASIS ya ha alcanzado las etapas finales de su segundo año. Los trabajos realizados en esta fase se han dedicado a mejorar el diseño del fuselaje y a investigar las juntas de micropin y las bovinas que se utilizarán en la estructura para evitar el corte de las fibras y mejorar la transferencia de cargas desde el bastidor metálico hacia la sección realizada con material compuesto. También se ha debatido sobre el diseño y las pruebas iniciales de fabricación de los bastidores de fijación, que ejercerán de interfaz metálica entre la sección de material compuesto y el resto del aeroplano.

También se han diseñado varios prototipos a escala utilizando el comportamiento de pandeo como criterio de escala de referencia. Los prototipos creados tienen dos tamaños: uno de un metro de diámetro y un segundo de medio metro de diámetro. Los ensayos de evaluación del proceso de fabricación garantizarán que el sistema pueda aplicarse a la producción de estos prototipos. También se han llevado a cabo ensayos para optimizar los materiales y el rendimiento de la matriz.

Durante el último año y medio de WASIS se fabricarán los prototipos y se dará comienzo a una campaña de ensayo basada en un método de componente básico prefabricado con el que demostrar el rendimiento de la estructura y validar el diseño final. Todo ello conducirá a obtener un avión de mediana escala presurizado para fines comerciales con un diámetro no superior a los tres metros.

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Proyecto WASIS

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