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MATERIALES DEL ALA DE UN AVION
NILSON JAIR ORTEGA MELO
Trabajo de consulta
Profesor
JORGE ANTONIO NEGRET
CORPORACION UNIVERSITARIA AUTONOMA DE NARIÑO
FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA
CIENCIA DE LOS MATERIALES
SAN JUAN DE PASTO
2011
C
MATERIALES PARA LA CONSTRUCCION DEL ALA DE UN AVION
Al principio, los fuselajes de los aviones estaban construidos a base de madera y
lona, que evolucionaron posteriormente por componentes estructurales metálicos.
Las aleaciones de aluminio se han utilizado mucho debido a su ligereza y a su
gran resistencia.
También se utilizan aleaciones de berilio, titanio y magnesio, especialmente en la
construcción de aviones de altas prestaciones.
Los materiales compuestos modernos (conjuntos de fibras embutidas en matrices
de plástico) son unos sustitutos, resistentes y de larga duración, a los
componentes metálicos.
Los materiales compuestos ofrecen una resistencia igual o superior a los metales
actualmente utilizados, además de un peso menor y una resistencia térmica
mayor, con la ventaja adicional “Para la aviación militar” de que los fuselajes
fabricados con materiales compuestos reducen significativamente el perfil radar.
Los sistemas a base de resinas epóxicas son los materiales compuestos más
utilizados en el sector aeroespacial: suponen cerca del 65 % de todos los
materiales utilizados.
INDUSTRIAS DEL TRANSPORTE
. Las mezclas a base de caucho se utilizan habitualmente en pinturas, en
materiales para el revestimiento de los depósitos de combustible, en lubricantes y
en agentes conservadores, fijaciones del motor, prendas protectoras, mangueras,
casquillos y juntas de estanqueidad.
Muchos materiales utilizados en los procesos de fabricación no llegan a formar
parte de la propia estructura del avión. El plomo, que solía utilizarse en los
procesos de fabricación del acero, apenas se emplea en la
actualidad, ya que ha sido sustituido por kirkisita.
La construcción de aviones se hace por lo general en grandes plantas integradas.
Las más modernas disponen de sistemas de renovación de aire de gran
capacidad, con controles de aire de relleno. Para funciones específicas se añaden
sistemas locales de aspiración de aire. En la actualidad, las actividades de
fresado químico y de pintura de grandes componentes se efectúan de manera
rutinaria en recintos cerrados o cabinas donde el trabajo en las distintas fases
está clasificado y automatizado, y donde se producen emanaciones de vapores o
vahos.
En las instalaciones de construcción aeronáutica las más antiguas, producen
riesgos ambientales en consecuencia es más deficiente.
1. El acero
El acero tiene buenas cualidades respecto a resistencia, pero su densidad es
excesiva y tiene graves problemas de corrosión. No obstante sustituyó a la
madera en la construcción: Ya en la primera Guerra Mundial Junkers empleó
chapas de aluminio corrugado para ahorrarse el peso de los rigidizadores y crear
el primer avión enteramente metálico (y monoplano) relegando el uso de la
madera,
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Resistencia
Su densidad es 3 veces la densidad de las aleaciones de aluminio, y hasta 10
veces la de la madera.
Hay que evitar que en su uso entre en contacto con aleaciones de aluminio:
Corrosión galvánica en contacto con otras aleaciones (ésta también se da entre
aleaciones de aluminio, pero es menor, por ser su potencial de oxidación más
semejante).
Al ser más rígido que el aluminio, se cargará más que este, haciendo que no
trabaje como debiera.
Aún es esencial para la fabricación de algunos componentes, como pueden ser el
tren de aterrizaje, herrajes, bancadas de motor...
Su coste es inferior al de otro tipo de aleaciones. Es tres veces más pesado que
el aluminio, pero también tres veces más resistente.
2. Aluminio
En el siglo XIX el aluminio era tan caro de producir que era considerado un metal
semiprecioso. Además las cualidades del aluminio sin alear ni refinar, dejaban
mucho que desear, como para pensar en él para algún uso industrial (la
resistencia del aluminio aleado es de 6 a 8 veces superior al aluminio sin alear).
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A partir de la Primera Guerra Mundial, el desarrollo de sus aleaciones, y la
necesidad de un metal menos pesado que el acero, lleva a su implantación
masiva en la aviación, y hasta nuestros días ha sido el material más usado en
aeronáutica por...
Adecuada resistencia
Baja densidad
Conocimiento de sus técnicas de fabricación (fácilmente forjable, facil de trabajar
y reparar, se conoce muy bien su funcionamiento...)
Sin embargo. Envejecimiento: con el tiempo sus propiedades mecánicas se
alteran Pequeñas muescas, cortes o arañazos pueden causar graves perjuicios a
una pieza
Como muchos otros descubrimientos, en 1909 se produjo uno, de forma
accidental: El Duraluminio. En 1909 se descubre que la aleación de Al con un
determinado % de Cu y de Mg se puede trabajar de una forma muy sencilla, tras
un calentamiento hasta unos 480ºC y su rápido enfriamiento. Durante unas horas
se podía doblar y conformar fácilmente, después, recuperaba sus propiedades
mecánicas.
Pueden distinguirse actualmente tres grupos de Aluminios, los más conocidos en
aeronáutica son:
a. Aleaciones Al-Cu (duraluminio, serie 2XXX). Suele emplearse en las zonas del
aparato que trabajan a tracción (como el recubrimiento del intradós del ala)
b.
Al-Cu-Ni
c. Al-Zn (serie 7XXX)
Se empezó a emplear en la Segunda Guerra Mundial por su alta resistencia
estática. Sin embargo el alto índice de atrición no permitió comprobar un grave
problema que arrastraba: la corrosión bajo tensiones. Corrosión APARICION DE
GRIETAS DEBIDO A LA EXISTENCIA DE ESFUERZOS INTERNOS DENTRO
DE LAS PIEZAS DEBIDO A LOS TRATAMIENTOS TERMICOS). Por ello suele
emplearse a compresión, como en el recubrimiento del extradós. Las distintas
modificaciones de esta aleación han intentado conseguir una reducción de su
densidad, más que un aumento de su resistencia.
d. Se ha intentado el uso de la aleación Al-Li, siendo el primer avión occidental en
usarla el A-5
Es muy ligera, tiene una buena resistencia a la corrosión, pero....
tiene mal
comportamiento en lo referente a crecimiento de grietas.
3. Titanio
Su densidad está entre la del aluminio y la del acero
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Se comporta bien ante la corrosión
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Soporta bien las altas temperaturas (400 – 500ºC)
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Sus propiedades se degradan en ambientes salinos
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Su coste es 7 veces superior al del aluminio
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Usos
Estructuras de aviones militares y civiles (en los aviones civiles su cantidad es
mucho menor)
Recubrimientos y protecciones térmicas
Recubrimiento en la zona de los motores
Zonas altamente calentadas (por ejemplo en el SR71, debido al calentamiento
producido por los altos mach de vuelo)
Toberas...
El primer material compuesto que se empleó en partes estructurales de un avión
fue:
4. la fibra de boro, que se fabrican depositando fibras de boro sobre filamentos
de tungsteno. Son muy caras y su uso es prácticamente solo militar.
5. La fibra de carbono tiene unas características muy similares a las de boro, y
son más baratas de producir. Su modulo de Young es unas tres veces mayor al
de la fibra de carbono, 1.5 veces el de las de aramida, doble que el del aluminio...
y su resistencia es algo menor que la del kevlar, y ¡el triple que la del aluminio! En
contacto con aleaciones de aluminio le corroen, por ello han de estar debidamente
aislados.
Como problema tienen que son un tanto sensibles a los golpes: se dañan y
pierden sus características, y los daños producidos no son sencillos de localizar.
Consideraciones
Para poder elegir un material es necesario, conocer todas sus propiedades
físicas, químicas y mecánicas, como conocimiento y resultado de dichas
propiedades, también es necesario conocer en que se los va a implementar, en si
se realiza un estudio determinado de la estructura y los posibles estudios del
medio en este caso se tendrá un amplio conocimiento de los siguientes aspectos
tales como:
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Fricción
Velocidad
Presión
Temperatura
Densidad ( del aire)
Peso
Resistencia
Etc.
En conclusión
Todas estas magnitudes físicas y el conocimiento de los materiales es necesario
tener un amplio conocimiento para la obtención de una estructura y así sacar un
producto de buena calidad al mercado garantizando la rentabilidad y seguridad
industrial y por que no el de la vida del ser humano.