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Diseño de Estructuras de Aeronaves

Las estructuras del fuselaje se pueden hacer ligeras, pero fuertes y rígidas, y el revestimiento del avión contribuye a la resistencia general de la estructura.

Todos los fuselajes, cualquiera que sea el avión, están diseñados utilizando los mismos principios. El exterior liso proporciona una forma aerodinámica, con una estructura de soporte adicional debajo para brindar la fuerza y ​​la rigidez necesarias para operar de manera efectiva. En muchos aviones modernos, la cubierta y parte del armazón están hechos de una sola pieza de material. La piel exterior, pues, esconde una pieza compleja de estructura que debe ser fuerte, rígida y fiable.

Bielas, tirantes, vigas y almas.

La estructura de la mayoría de los componentes del fuselaje se compone de cuatro tipos principales de elementos estructurales. Los lazos son elementos sujetos puramente a tensión (tracción). Debido a que la tensión no hará que la corbata se doble, no es necesario que sea rígida, aunque a menudo lo es. Las ataduras se pueden hacer con elementos rígidos, como tubos, o simplemente con alambre, como los alambres de arriostramiento de un biplano.

Los puntales soportan cargas de compresión. Debido a que las cargas de compresión pueden hacer que el miembro se pandee, el diseño de una biela es menos simple que el de un tirante. Si se sobrecargan, los puntales fallarán de una de dos maneras: un puntal largo y delgado se pandeará; un puntal corto y grueso colapsará por agrietamiento o aplastamiento, ya que el material del que está hecho está sobrecargado. Un puntal mediano puede hacer cualquiera de las dos cosas, o incluso ambas, dependiendo de sus dimensiones y de otros factores. Los tubos son excelentes puntales, porque el material se carga uniformemente, por lo que la relación resistencia-peso es alta en compresión.

Las vigas transportan cargas en un ángulo (a menudo en ángulo recto) con respecto a su longitud, por lo que se cargan principalmente en flexión. Muchas de las partes principales de un fuselaje son vigas, como los largueros principales. El fuselaje y las alas en sí son miembros estructurales y son vigas, porque soportan las cargas de flexión impuestas por el peso, la inercia y las cargas aerodinámicas. Las redes son láminas delgadas que soportan cargas de corte en el plano del material. Las costillas y la piel en sí son redes de corte. Las láminas delgadas son ideales para resistir el corte, especialmente si están apoyadas de modo que resistan el pandeo.

Puede tener la impresión de que cada parte de un fuselaje es un tirante, un puntal, una viga o una red, pero esto no es así. Algunos elementos, como los largueros de ala, actúan casi en su totalidad como un tipo de miembro, pero otros actúan como miembros diferentes para cargas diferentes. Por ejemplo, el revestimiento del fuselaje puede estar sujeto a cargas de tracción y de cizallamiento simultáneamente. Las cargas de flexión puras casi nunca existen solas; casi siempre están relacionados con una carga de corte. Por lo tanto, una viga normalmente soportará cargas de flexión y de corte.

El objetivo del diseño estructural de aeronaves.

Mezclando cuidadosamente estos miembros y asegurándose de que cada parte de cada miembro soporte su parte de las cargas, el diseño estructural de la aeronave logrará la mayor resistencia con el mínimo peso y, por lo tanto, obtendrá la mejor eficiencia operativa y la máxima seguridad. El objetivo del diseñador es garantizar que cada parte de cada estructura soporte una tensión razonable, de modo que la capacidad de cada parte de la estructura se utilice de manera efectiva. Solo haciendo esto, el peso de un fuselaje puede reducirse al mínimo posible y, al mismo tiempo, proporcionar la resistencia adecuada.

Hay muchos usos de los puntales en un fuselaje, incluidos los soportes para el piso en un avión de transporte, las patas del tren de aterrizaje, los gatos de accionamiento de todo tipo y las varillas de empuje para operar los controles de vuelo. Los puntales también actúan con frecuencia como lazos, cuando se invierte la carga que soportan; nuevamente, los gatos de actuación son ejemplos típicos de esto.

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