Idealización de estructuras
Por
José Manuel Gil
Una estructura aeronáutica es algo
muy complejo, y aún con cálculos por ordenador exige que se hagan gran número
de simplificaciones y aproximaciones. Vamos a ver algunos componentes
estructurales de la aeronave, las cargas que soportan, y las que se supone que
soportan tras idealizarlas y simplificar la estructura. Vamos a describir los
elementos y las funciones en una estructura semimonocasco.
- La
estructura de un avión tiene dos funciones: por un lado transmite y
soporta las diversas cargas a las que se ve sometida la aeronave. Por otro
lado da la forma externa y la mantiene, indispensable para el vuelo. Esto
hace que las chapas de recubrimiento sean un efectivo material resistente,
y en función de si esta delgada chapa está rigidizada o no, nos
encontraremos con estructuras monocasco o semimonocasco, si las
dimensiones son muy grandes y pudieran provocar el pandeo de la estructura
con cargas bajas.
- Las
principales partes estructurales que podemos encontrar en un “pájaro”
son...
- Revestimiento (skin).
- Transmite las presiones aerodinámicas a
los elementos rigidizadores longitudinales y transversales, en los que
se apoya.
- Absorbe esfuerzos cortantes,
procedentes de las fuerzas cortantes y momentos torsores.
- Colabora con los elementos
rigidizadores longitudinales (larguerillos) en absorber esfuerzos
normales producidos por momentos flectores y fuerzas axiles.
- Colabora con los larguerillos y
cuadernas en absorber los esfuerzos producidos por la presurización.
- Proporciona la forma externa, necesaria
para que el avión se comporte según la aerodinámica que se ha calculado.
- Larguerillos (stringers, stiffeners):
son perfiles de chapa. Su disposición es según la dirección longitudinal
del fuselaje, o el ala, o de las superficies de cola.
- Absorben con el revestimiento esfuerzos
normales producidos por la fuerza normal y el momento flector y la
presurización.
- Subdividen el revestimiento en paneles,
estabilizándolos al dividirlos en paneles más pequeños, y aumentando por
tanto la carga de pandeo
- Largueros (spars): son vigas. En
ellas diferenciamos habitualmente el alma (web) y los cordones de
larguero (spar caps o spar flanges). Los cordones de larguero y
los larguerillos se diferencian en que los últimos aguantan menos las
cargas a pandeo como columna: los cordones de larguero están
estabilizados por el revestimiento y además por el alma.
- Costillas y cuadernas (Ribs y Frames): Son elementos
rigidizadores transversales (los anteriores son longitudinales). Reciben
el nombre de costillas las que van situadas en alas y timones, y
cuadernas (o mamparos si son ciegos) los del fuselaje.
- Mantienen la forma de la sección
- Difunden las cargas concentradas, en
forma de carga distribuida a los elementos adyacentes
- Disminuir la longitud efectiva de los
larguerillos
- Colabora con el revestimiento en
soportar esfuerzos circunferenciales debidos a presurización.
- Idealización
- Larguerillos: Se considera que los
larguerillos solo soportan esfuerzos axiales. Además, como su sección, en
comparación con la sección del ala o del fuselaje es muy pequeña, se
considerarán constantes los esfuerzos en él. El esfuerzo cortante se
supone nulo.
- Revestimiento: El revestimiento tan solo
soportará esfuerzos cortantes. El esfuerzo axial que soporta el
revestimiento será tenido en cuenta añadiendo área a los larguerillos. El
esfuerzo cortante se distribuye uniformemente a través del espesor del
recubrimiento.
- Elementos rigidizadores transversales
(cuadernas y costillas): se
consideran rígidas en su plano e infinitamente flexibles fuera de él:
ofrece mucha resistencia a que la sección cambie de forma, pero no a los
desplazamientos fuera del plano de la costilla.
Bibliografía
Estructuras Aeronáuticas (1ª
parte, Análisis de Esfuerzos), E. De