Tema 1.- Evolución de las estructuras de aviones PDF

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Primer tema de Estructuras Aeronáuticas...

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Tema 1.- Evolución de las estructuras de aviones

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Hasta comienzos del siglo XX: vuelos con planeadores. Se comprobó la necesidad de una o varias alas, así como de superficies sustentadoras horizontales y verticales. Reto: conseguir el vuelo partiendo del reposo en un terreno horizontal. - Necesidad de uso de motores muy pesados para la aceleración del avión y el vuelo posterior. - Posible solo con una estructura portante extremadamente ligera. Solución: basada en la experiencia con celosías de estructuras civiles. - Uso de la madera como material liviano.

1.1.- Biplanos. Marcos arriostrados con cables

Características: - Estructura isostática. - Aumenta la superficie sustentadora con respecto al monoplano: permite reducir la longitud del ala. - Aumenta la rigidez a flexión y torsión respecto al monoplano. EJEMPLO

- Era del biplano: hasta la década de los 30.

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1.2.- Monoplanos. Marcos arriostrados con cables Poseían ventajas aerodinámicas, aunque presentaban ciertos problemas estructurales: - Necesidad de una estructura adicional en el fuselaje para sujetar los tirantes. - Problemas de divergencia del ala en diseños iniciales: necesidad de una rigidez a torsión suficientemente alta en relación con la velocidad de vuelo.

1.3.- Monoplanos. Evolución Contribuyeron decisivamente a la evolución de los materiales y de la configuración estructural. Hito: descubrimiento del duraluminio (Alfred Wilm, 1909). - Aleación de aluminio con buenas propiedades mecánicas y ligera; densidad de 2,8 kg/l frente a los 7,8 kg/l del acero. Consecuencias: sustitución paulatina de la madera por el duraluminio: - Inicialmente, manteniendo la configuración estructural de vigas articuladas. - Seguidamente, sustitución de las partes hechas de tela por chapas finas de aleación ligera. - Finalmente, comienza la búsqueda de la configuración monocasco: o Se eliminan las estructuras de celosías internas para definir solo revestimientos externos. o Necesidad de dimensionar esto revestimientos para conseguir que sean rígidos y resistentes. o Se busca más espacio para los pasajeros.

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1.4.- Configuración monocasco Conocida y empleada en la industria automovilística. Resulta imposible utilizarla en estructuras aeronáuticas monocasco con chapas de revestimiento de poco espesor por problemas de estabilidad. El Havilland Mosquito es de los pocos aviones que poseen esta configuración.

EJEMPLOS

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1.5.- Monocasco vs semimonocasco Las estructuras monocasco son vigas cerradas cuyas paredes son paneles. No presentan un buen comportamiento frente a flectores y cargas de compresión, y para mejorarlo necesitarían paredes gruesas. Para mejorar este comportamiento sin penalizar el peso, se añaden costillas/cuadernas y largueros/larguerillos.

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1.6.- Configuración semimonocasco Los largueros se comportan como barras sometidas a compresión: - Carga crítica de Euler:

Pcrítica=

π 2 EI 2 LP

- Aumentar la carga crítica reduciendo la longitud del pandeo o Incorporar elementos transversales rígidos que proporcionan puntos de apoyo a los largueros.

Estos elementos mantienen la forma de la sección transversal del componente. 7

1935-1950: se produce un avance tecnológico sobre Aerodinámica, Mecánica del Vuelo, Diseño y Análisis Estructural y Aeroelasticidad. Tras la IIª Guerra Mundial: salvo excepciones en el campo de aviones ligeros, generalización de los aviones monoplano con estructura semimonocasco tanto en el ala como en el fuselaje y estabilizadores.

- El panel contribuye a resistir los esfuerzos de cortadura y los flectores y cargas de compresión, trabajando juntamente con elementos longitudinales. - Los largueros resisten la mayor parte de los flectores. - Los larguerillos ayudan a resistir los flectores y estabilizar a los paneles frente a los esfuerzos de compresión. - Las costillas y cuadernas mantienen la forma de los paneles y mejoran la estabilidad a compresión de los elementos longitudinales.

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