Fuente: Airbus
De los bosques a los laboratorios 3D
En poco más de un siglo, las aeronaves se han transformado de construcciones delicadas hechas de madera, cable y tejidos a máquinas de alta velocidad y tecnología de punta creadas con una mezcla compleja de materiales novedosos. Hicimos un recorrido en esta dramática progresión y vemos el rol que ha jugado Airbus en esta historia.
El J1, la primera aeronave construida totalmente de metal, diseñada por el ingeniero Hugo Junkers.
“¿El metal puede volar?”. En 1915, sólo doce años después de que los hermanos Wright realizaran el primer vuelo impulsado del mundo, ésta era la discusión más importante entre los expertos de la aviación.
En aquella época, la idea de que un avión estuviera hecho totalmente de metal parecía técnica y financieramente imposible, por lo que las aeronaves eran construidas con los materiales más ligeros posibles, como madera y cables de acero.
Sin embargo, el pionero alemán Hugo Junkers vio las cosas de forma distinta y observó que el futuro de la aviación no era sólo para batallas y competiciones aéreas, sino que se podrían transportar personas y bienes a gran escala. Esto requeriría un cambio significativo en la forma en que se construían las aeronaves. Su avión el J-1 fue revolucionario porque fue el primero en ser totalmente de metal y el primero en ser monoplano.
El J1 tenía por nombre Blechesel (burro de metal, en alemán).
El J1 nunca se produjo en masa y se mantuvo como un ejemplo de lo que podría lograrse, y la visión de Junkers puso a la industria aérea en el camino para diseñar materiales que hicieran a las aeronaves más fuertes, ligeras, rápidas y eficientes.
Uno de los primeros aviones civiles hechos de aluminio, el G24.
Airbus demostró ser uno de los exponentes iniciales más exitosos de la industria con la introducción del estabilizador vertical de fibra de carbono en el A310. Redujo el peso en más de 250 kilogramos y fue pionero en el uso de compuestos de fibra de carbono en aviones comerciales.
En cambio, fue el plástico de fibra reforzada de carbón el que sería verdaderamente revolucionario para la aviación. Era mejor que los metales en cuanto a fuerza-peso, al igual que era menos proclive a la fatiga y corrosión.
La transición al metal: 1920-1930
Junkers encontró que el acero del J1 era fuerte y duradero, pero también pesado y difícil de manejar. Por lo tanto, viró hacia el aluminio, que comenzaba a figurar como un material manufacturero viable a inicios del siglo XX. Era ideal para las aeronaves porque pesaba una tercera parte que el acero y era más fuerte.
El alemán lo utilizó para desarrollar los primeros aviones civiles como el F13 y el G24. El trabajo de Junkers llamó la atención de Henry Ford, quien lo copió (a tal grado que Junkers lo demandó) para crear su Ford Trimotor en 1925. Estas aeronaves dieron inicio a la era de la aviación civil de larga distancia, aunque no fue hasta inicios de 1930 que las aeronaves de metal pudieron ser construidas con costos más bajos y efectivos.
El modelo más significativo de esta era fue el Douglas DC-3, lanzado al mercado en 1935. Era rápido, confiable, fácil de mantener y cómodo para sus pasajeros y, de hecho, cientos ejemplares de esta familia aún vuelan hoy en día; son un testamento aéreo de qué tan duradero puede ser un avión de metal.
Nuevos metales: era de la posguerra
Los ingenieros aeroespaciales comenzaron a buscar otras soluciones más allá del metal y el aluminio, a la par que las aeronaves de alta velocidad comenzaban a ser más comunes. El titanio figuró como un material resistente a la corrosión, fatiga y altas temperaturas que además tenía fortaleza. Sin embargo, era raro y muy costoso.
A finales de 1950, la industria comenzó a utilizar el titanio en pequeñas partes de los motores y en secciones de las aeronaves que eran expuestas a altas temperaturas, como el carenado y los bordes de ataque de las alas. Sin embargo, los costos altísimos y las reservas limitadas de titanio restringieron el uso de este material exótico.
El A2350 Écureil adoptó la fibra de vidrio para su motor principal
La fibra de carbón despega: 1970-1980
La fibra de vidrio fue el primer material compuesto súper ligero que se utilizó en aeronaves.
Su debut fue en 1940, cuando se instaló en el carenado, narices y cabinas. También se le podía encontrar en las cuchillas del rotor de diversos helicópteros como el Bölkow Bo 105 y el BK 117, así como el Gazelle SA 340 de las décadas de 1960 y 1970.
En 1975, el rotor principal del helicóptero AS350 Écureuil estaba hecho de fibra de vidrio compuesta, lo que redujo significativamente el número de partes usadas para este diseño. Sin embargo, la rigidez del material resultó en que se utilizara poco en las estructuras de otras aeronaves de transporte.
El Tiger tiene la distinción de ser el primer helicóptero totalmente construido con materiales compuestos en Europa.
Un mundo compuesto: 1990-actualidad
Desde entonces, los compuestos de fibra de carbono se han vuelto más comunes, y los avances en las técnicas manufactureras han permitido la producción de partes más grandes y complejas.
Este material se utiliza mucho en helicópteros, pues en esta área el peso es importantísimo, ya que los motores de los helicópteros tienen que levantar todo el peso en el aire. Es por esto que algunos modelos como el Tiger de Airbus están hechos con hasta 80 por ciento de materiales compuestos, mientras que el NH90, introducido en 2007, tiene hasta un 90 por ciento.
En el área de aeronaves, una cuarta parte del mítico A380 está hecha con materiales compuestos.
La familia de aeronaves de cuerpo ancho, el A350 XWB también está construida con más de 50 por ciento de materiales compuestos, lo que le da una reducción superior en gasto de combustible del 25 por ciento, en comparación con los aviones de aluminio.
El trabajo de Airbus en la construcción de alas de fibra de carbono para el A400M, lanzado en 2013, sentó las bases para el A350 XWB.
Sin embargo, los metales no se han vuelto obsoletos: el A350 XWB aún tiene partes hechas de metal y titanio, y casi el 20 por ciento está construido con aleación de aluminio-litio, lo que permite utilizar al metal más ligero del mundo, el litio, y reducir el peso del aluminio al mismo tiempo que se mejora la fuerza, durabilidad y resistencia a la corrosión.
Scalmalloy RP provee de soluciones robustas para el uso de aleaciones de aluminio.
El siguiente capítulo
La industria está investigando constantemente y buscando el desarrollo de materiales innovadores, con el deseo de crear aeronaves que sean más rápidas, ligeras y eficientes. En 2015, Airbus anunció una nueva partición biónica, que es 45 por ciento más ligera que los diseños actuales. Utiliza Scalmalloy, un nuevo tipo de aleación diseñado específicamente por APWorks, subsidiaria de Airbus, especializada en impresión 3D.
También se llevan a cabo investigaciones para impresiones en 4D y materiales digitales, que pueden cambiar de forma por sí mismos, cuando se enfrentan a fuerzas externas como agua, movimiento y cambios de temperatura. Estos materiales podrían eliminar la necesidad de los sistemas de control mecánicos y Airbus ya está probando esta tecnología para una entrada de aire. Quién sabe, quizás algún día podría ser la base para construir toda la cabina.
