Spar (aeronáutica)

En un avión de ala fija , el larguero es a menudo el elemento estructural principal del ala, que corre en sentido de la envergadura en ángulos rectos (o aproximadamente, dependiendo de la flecha del ala ) con respecto al fuselaje . El larguero soporta las cargas de vuelo y el peso de las alas mientras están en tierra. Otros elementos estructurales y de conformación, como las costillas, pueden estar unidos al larguero o los largueros, y la construcción de revestimiento estresado también comparte las cargas donde se utiliza. Puede haber más de un larguero en un ala o ninguno en absoluto. Cuando un solo larguero soporta la mayor parte de la fuerza, se lo conoce como larguero principal. ^[1]

Los largueros también se utilizan en otras superficies aerodinámicas de las aeronaves, como el plano de cola y la aleta , y cumplen una función similar, aunque las cargas transmitidas pueden ser diferentes a las de un larguero de ala.

El larguero del ala proporciona la mayor parte del soporte de peso y la integridad de la carga dinámica de los monoplanos en voladizo , a menudo junto con la resistencia de la propia caja "D" del ala. Juntos, estos dos componentes estructurales proporcionan colectivamente la rigidez del ala necesaria para permitir que la aeronave vuele de forma segura. Los biplanos que emplean cables voladores tienen gran parte de las cargas de vuelo transmitidas a través de los cables y los puntales entre planos, lo que permite utilizar largueros de sección más pequeña y, por lo tanto, más ligeros a costa de aumentar la resistencia .

Algunas de las fuerzas que actúan sobre el larguero del ala son: ^[2]

• Cargas de flexión ascendentes resultantes de la fuerza de sustentación del ala que sostiene el fuselaje en vuelo. Estas fuerzas suelen compensarse transportando combustible en las alas o empleando tanques de combustible montados en las puntas de las alas; el Cessna 310 es un ejemplo de esta característica de diseño.
• Cargas de flexión hacia abajo mientras está parado en el suelo debido al peso de la estructura, el combustible transportado en las alas y los motores montados en las alas, si se utilizan.
• Cargas de arrastre que dependen de la velocidad del aire y de la inercia .
• Cargas de inercia rodantes .
• Cargas de torsión en el sentido de la cuerda debido a efectos aerodinámicos a altas velocidades aerodinámicas a menudo asociadas con deslaves y el uso de alerones que resultan en inversión de control . Otras cargas de torsión son inducidas por cambios en los ajustes de empuje de los motores montados debajo del ala. ^[3] La construcción de caja en "D" es beneficiosa para reducir la torsión del ala.

Muchas de estas cargas se invierten abruptamente en vuelo con un avión como el Extra 300 al realizar maniobras acrobáticas extremas ; los largueros de estos aviones están diseñados para soportar con seguridad grandes factores de carga .

Los primeros aviones utilizaban largueros tallados a menudo en madera maciza de abeto o fresno . Se han utilizado y experimentado varios tipos de largueros de madera, como los que tienen forma de sección en caja y los largueros laminados colocados en una plantilla y pegados por compresión para retener el diedro del ala . Los largueros de madera todavía se utilizan en aviones ligeros como el Robin DR400 y sus parientes. Una desventaja del larguero de madera es el efecto de deterioro que las condiciones atmosféricas, tanto secas como húmedas, y las amenazas biológicas como la infestación de insectos perforadores de madera y el ataque de hongos pueden tener sobre el componente; en consecuencia, a menudo se exigen inspecciones periódicas para mantener la aeronavegabilidad . ^[4]

Los largueros de ala de madera de construcción de varias piezas generalmente constan de miembros superiores e inferiores, llamados tapas de larguero , y miembros de chapa de madera verticales, conocidos como almas de corte o, más simplemente, almas , que abarcan la distancia entre las tapas de los largueros.

Incluso en la actualidad, las réplicas de aviones de fabricación casera, como los Spitfires, utilizan largueros de madera laminada. Estos largueros se laminan normalmente a partir de abeto o abeto Douglas (mediante abrazaderas y pegamento). Muchos entusiastas construyen réplicas de Spitfires que realmente vuelan utilizando una variedad de motores en relación con el tamaño del avión. ^[5]

Un larguero metálico típico en un avión de aviación general suele estar formado por una lámina de aluminio con tapas de larguero en forma de L o T soldadas o remachadas a la parte superior e inferior de la lámina para evitar que se doblen bajo cargas aplicadas. En los aviones más grandes que utilizan este método de construcción de largueros, las tapas de los largueros pueden estar selladas para proporcionar tanques de combustible integrados . La fatiga de los largueros de ala metálicos ha sido un factor causal identificado en accidentes de aviación, especialmente en aviones más antiguos, como fue el caso del vuelo 101 de Chalk's Ocean Airways . ^[6]

El sesquiplano de ataque terrestre con fuselaje blindado Junkers JI alemán de 1917 utilizaba una red multitubular diseñada por Hugo Junkers de varios largueros de ala tubulares, colocados justo debajo de la cubierta del ala de duraluminio corrugado y con cada larguero tubular conectado al adyacente con un marco espacial de tiras de duraluminio trianguladas, generalmente a la manera de un diseño de celosía Warren , remachado a los largueros, lo que resultó en un aumento sustancial en la resistencia estructural en una época en la que la mayoría de los demás diseños de aeronaves se construían casi completamente con alas de estructura de madera. El formato de diseño de alas con cubierta corrugada completamente de metal / largueros de ala tubulares múltiples de Junkers fue emulado después de la Primera Guerra Mundial por el diseñador de aviación estadounidense William Stout para su serie de aviones de pasajeros Ford Trimotor de la década de 1920 , y por el diseñador aeroespacial ruso Andrei Tupolev para aviones como su Tupolev ANT-2 de 1922, de tamaño superior al entonces gigantesco Maksim Gorki de 1934.

Un aspecto del diseño del ala del Supermarine Spitfire que contribuyó en gran medida a su éxito fue un innovador diseño de larguero, compuesto por cinco tubos cuadrados concéntricos que encajaban entre sí. Dos de estos largueros estaban unidos entre sí por una red de aleación, creando un larguero principal ligero y muy resistente. ^[7]

Una versión de este método de construcción de largueros también se utiliza en el BD-5 , que fue diseñado y construido por Jim Bede a principios de la década de 1970. El larguero utilizado en el BD-5 y proyectos BD posteriores era principalmente un tubo de aluminio de aproximadamente 2 pulgadas (5,1 cm) de diámetro, y unido en la raíz del ala con un tubo de aluminio de diámetro interno mucho más grande para proporcionar integridad estructural al ala.

En aviones como el Vickers Wellington , se empleó una estructura de larguero de ala geodésico , que tenía las ventajas de ser liviana y capaz de soportar grandes daños en batalla con solo una pérdida parcial de resistencia.

Muchos aviones modernos utilizan fibra de carbono y kevlar en su construcción, desde grandes aviones de pasajeros hasta pequeños aviones de fabricación casera . Cabe destacar los desarrollos realizados por Scaled Composites y los fabricantes de planeadores alemanes Schempp-Hirth y Schleicher . ^[8] Estas empresas emplearon inicialmente largueros de fibra de vidrio sólida en sus diseños, pero ahora suelen utilizar fibra de carbono en sus planeadores de alto rendimiento, como el ASG 29. El aumento de la resistencia y la reducción del peso en comparación con los aviones anteriores con largueros de fibra de vidrio permiten transportar una mayor cantidad de lastre de agua . ^[9]

Las aeronaves que utilizan tres o más largueros se consideran aeronaves multispar . El uso de múltiples largueros permite una resistencia total equivalente del ala, pero con múltiples largueros más pequeños, que a su vez permiten una estructura de ala o cola más delgada (a costa de una mayor complejidad y dificultad de empaquetar equipo adicional como tanques de combustible, armas, gatos de alerones , etc.). Aunque las alas multispar se han utilizado desde al menos la década de 1930 (por ejemplo, el Curtiss P-40 de la Segunda Guerra Mundial tenía 3 largueros por ala), ganaron mayor popularidad cuando la creciente velocidad de los aviones de combate exigió alas más delgadas para reducir la resistencia a altas velocidades. El F-104 Starfighter Mach 2 utilizó numerosos largueros delgados para permitir un ala de sección inusualmente delgada; el F-16 Fighting Falcon utiliza una construcción similar. Otras aeronaves como el F-4 Phantom , el F-15 Eagle y otras utilizan 3 o más largueros para dar suficiente resistencia en un ala relativamente delgada, y por lo tanto califican como aeronaves multispar. ^[10]

Los largueros falsos, al igual que los largueros principales, son elementos estructurales que soportan carga y que corren en el sentido de la envergadura, pero no están unidos al fuselaje. Su propósito más común es soportar superficies móviles, principalmente alerones . ^[11]

• Artículo de 1913 sobre pruebas de mástiles de la revista Flight