Fuselaje

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El fuselaje ( del francés fuselé , "en forma de huso") es la sección principal del cuerpo de una aeronave . Contiene a la tripulación , los pasajeros o la carga . En los aviones monomotores, normalmente también contendrá un motor , aunque en algunos aviones anfibios el motor único está montado en un pilón unido al fuselaje, que a su vez se utiliza como casco flotante . El fuselaje también sirve para posicionar las superficies de control y estabilización en relaciones específicas con las superficies de sustentación , lo que es necesario para la estabilidad y maniobrabilidad de la aeronave.

Este tipo de estructura todavía se utiliza en muchos aviones ligeros que utilizan cerchas de tubos de acero soldados . Una estructura de fuselaje con cerchas de caja también se puede construir con madera, a menudo cubierta con madera contrachapada. Las estructuras de caja simples se pueden redondear mediante la adición de largueros ligeros con soporte, lo que permite que la cubierta de tela forme una forma más aerodinámica o más agradable a la vista.

Barnes Wallis utilizó elementos estructurales geodésicos para el Vickers británico entre las dos guerras y la Segunda Guerra Mundial para formar todo el fuselaje, incluida su forma aerodinámica. En este tipo de construcción, se enrollan múltiples largueros de tiras planas alrededor de los formadores en direcciones espirales opuestas, formando una apariencia similar a una cesta. Esto resultó ser ligero, fuerte y rígido y tenía la ventaja de estar hecho casi en su totalidad de madera. Una construcción similar con aleación de aluminio se utilizó en el Vickers Warwick con menos material del que se necesitaría para otros tipos de estructuras. La estructura geodésica también es redundante y, por lo tanto, puede sobrevivir a daños localizados sin fallas catastróficas. Una cubierta de tela sobre la estructura completó la carcasa aerodinámica (véase el Vickers Wellington como ejemplo de un gran avión de guerra que utiliza este proceso). La evolución lógica de esto es la creación de fuselajes utilizando madera contrachapada moldeada, en la que se colocan varias láminas con la veta en diferentes direcciones para dar el tipo monocasco que se encuentra debajo.

En este método, la superficie exterior del fuselaje es también la estructura primaria. Una forma típica temprana de esto (ver el Lockheed Vega ) fue construida usando madera contrachapada moldeada , donde las capas de madera contrachapada se forman sobre un "tapón" o dentro de un molde . Una forma posterior de esta estructura utiliza tela de fibra de vidrio impregnada con poliéster o resina epoxi como revestimiento, en lugar de madera contrachapada. Una forma simple de esto utilizada en algunos aviones construidos por aficionados utiliza plástico de espuma expandida rígida como núcleo, con una cubierta de fibra de vidrio, eliminando la necesidad de fabricar moldes, pero requiriendo más esfuerzo en el acabado (ver el Rutan VariEze ). Un ejemplo de un avión de madera contrachapada moldeada más grande es el caza/bombardero ligero De Havilland Mosquito de la Segunda Guerra Mundial . Ningún fuselaje con revestimiento de madera contrachapada es verdaderamente monocasco , ya que los elementos de refuerzo se incorporan a la estructura para soportar cargas concentradas que de otro modo doblarían el fino revestimiento. El uso de fibra de vidrio moldeada mediante moldes negativos ("hembra") (que dan como resultado un producto casi terminado) es común en la producción en serie de muchos planeadores modernos . El uso de materiales compuestos moldeados para las estructuras del fuselaje se está extendiendo a los grandes aviones de pasajeros, como el Boeing 787 Dreamliner (utilizando moldeo a presión en moldes hembra).

Este es el método preferido para construir un fuselaje totalmente de aluminio . Primero, una serie de formadores en la forma de las secciones transversales del fuselaje se mantienen en posición sobre un accesorio rígido . Luego, estos formadores se unen con elementos longitudinales livianos llamados largueros . Estos, a su vez, se cubren con una piel de lámina de aluminio, unida mediante remaches o mediante unión con adhesivos especiales. Luego, el accesorio se desmonta y se retira de la carcasa del fuselaje completa, que luego se equipa con cableado, controles y equipo interior como asientos y compartimentos para equipaje. La mayoría de los aviones grandes modernos se construyen utilizando esta técnica, pero utilizan varias secciones grandes construidas de esta manera que luego se unen con sujetadores para formar el fuselaje completo. Como la precisión del producto final está determinada en gran medida por el costoso accesorio, esta forma es adecuada para la producción en serie, donde se deben producir muchos aviones idénticos. Los primeros ejemplos de este tipo incluyen los aviones civiles Douglas Aircraft DC-2 y DC-3 y el Boeing B-17 Flying Fortress . La mayoría de los aviones ligeros de metal se construyen utilizando este proceso.

Tanto los monocascos como los semimonocascos se denominan estructuras de "piel estresada", ya que toda o parte de la carga externa (es decir, de las alas y el empenaje, y de masas discretas como el motor) es absorbida por la cubierta de la superficie. Además, toda la carga de la presurización interna es transportada (como tensión de la piel ) por la piel externa.

La proporción de cargas entre los componentes es una elección de diseño dictada en gran medida por las dimensiones, la resistencia y la elasticidad de los componentes disponibles para la construcción y si un diseño está destinado o no a ser "autoalineable", sin requerir un dispositivo completo para la alineación.

Los primeros aviones se construían con armazones de madera cubiertos de tela. A medida que los monoplanos se hicieron populares, los armazones de metal mejoraron la resistencia, lo que finalmente llevó a los aviones con estructura completamente metálica, con revestimiento de metal para todas sus superficies exteriores; esto se hizo por primera vez en la segunda mitad de 1915. Algunos aviones modernos se construyen con materiales compuestos para las principales superficies de control, las alas o todo el fuselaje, como el Boeing 787. En el 787, permite niveles de presurización más altos y ventanas más grandes para la comodidad de los pasajeros, así como un peso menor para reducir los costos operativos. El Boeing 787 pesa 1500 lb (680 kg) menos que si fuera un conjunto completamente de aluminio. ^{[ cita requerida ]}

Los parabrisas de la cabina del Airbus A320 deben resistir impactos de aves de hasta 350 nudos (650 km/h) y están hechos de vidrio reforzado químicamente . Por lo general, están compuestos de tres capas o láminas, de vidrio o plástico: las dos interiores tienen un grosor de 8 mm (0,3 pulgadas) cada una y son estructurales, mientras que la capa exterior, de unos 3 mm de grosor, es una barrera contra daños por objetos extraños y abrasión , con un revestimiento a menudo hidrófobo . Debe evitar que se empañe el interior de la cabina y descongelar a temperaturas de -50 °C (-58 °F). Esto se hacía anteriormente con alambres delgados similares a una ventana trasera de un automóvil, pero ahora se logra con un revestimiento transparente de óxido de indio y estaño de nanómetros de espesor entre las capas, que es conductor de electricidad y, por lo tanto, transmite calor. El vidrio curvado mejora la aerodinámica, pero los criterios de visibilidad también necesitan paneles más grandes. Un parabrisas de cabina está compuesto por 4-6 paneles, de 35 kg (77 lb) cada uno en un Airbus A320 . A lo largo de su vida útil, un avión promedio pasa por tres o cuatro parabrisas , y el mercado se comparte equitativamente entre los fabricantes de equipos originales (OEM) y los fabricantes de repuestos de mayor margen . ^[2]

Las ventanas de la cabina , hechas de vidrio acrílico estirado, mucho más liviano que el vidrio , constan de múltiples paneles: uno exterior construido para soportar cuatro veces la presión máxima de la cabina, uno interior para redundancia y un panel resistente a rayones cerca del pasajero. El acrílico es susceptible a agrietarse  : aparece una red de grietas finas, pero se puede pulir para restaurar la transparencia óptica ; la eliminación y el pulido generalmente se realizan cada 2 o 3 años para las ventanas sin revestimiento. ^[2]

Los aviones de " alas voladoras ", como el Northrop YB-49 Flying Wing y el bombardero Northrop B-2 Spirit, no tienen un fuselaje separado; en cambio, lo que sería el fuselaje es una porción engrosada de la estructura del ala.

Por el contrario, ha habido un pequeño número de diseños de aeronaves que no tienen alas separadas, sino que utilizan el fuselaje para generar sustentación. Algunos ejemplos incluyen los diseños experimentales de fuselaje sustentador de la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio y el Vought XF5U-1 Flying Flapjack .

Un fuselaje de ala combinada puede considerarse una mezcla de los elementos anteriores. Lleva la carga útil en un fuselaje que produce sustentación. Un ejemplo moderno es el Boeing X-48 . Uno de los primeros aviones que utilizó este enfoque de diseño fue el Burnelli CBY-3 , cuyo fuselaje tenía forma aerodinámica para producir sustentación.

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  Parte trasera interior del nivel principal de pasajeros de un Airbus A340 , que muestra el mamparo trasero y la abertura de una puerta.
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  Estructura interior del Boeing 747 en bruto
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  Fuselaje de un CubCrafters Carbon Cub
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  El fuselaje puede ser corto y aparentemente poco aerodinámico , como en este Christen Eagle.
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  Esquema del fuselaje del planeador

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• Página de la NASA sobre el fuselaje