GENERALIDADES Las aeronaves son las mquinas que tienen la capacidad de sustentarse en el aire, bien debido a la accin dinmica que se origina por el desplazamiento de la aeronave en la masa de aire, o bien debido a fuerzas aerostticas.

Las aeronaves ms pesadas que el aire se llaman aerodinos, trmino que empieza a detectar la presencia de fuerzas de tipo dinmico.

Los aviones de ala fija son los aerodinos impulsados por medios mecnicos cuyo vuelo se debe a la accin dinmica del aire sobre las alas o superficies sustentadoras del aparato.

Los aviones de ala giratoria son los aerodinos que se sustentan en el aire, en todo o en parte, por alas o palas que giran alrededor de un eje vertical.

CONFIGURACIONES DE LOS AVIONES COMPONENTES BASICOSFUSELAJEALAS EMPENAJE O COLASUPERFICIES DE CONTROLMOTOR O MOTORESTREN DE ATERRIZAJE

CONFIGURACION DE LOS AVIONES

Fuselaje El fuselaje es el cuerpo del avin. La tripulacin, el pasaje, la carga, y gran parte de los mecanismos necesarios para controlar el avin se alojan en el fuselaje. A veces, el motor o uno de los motores se sitan tambin en el fuselaje.

los fuselajes tienen que ser hermticos y adems deben soportar las fuerzas que se originan por la diferencia de presin entre el interior de la cabina y la presin exterior, es decir, la presin atmosfrica existente a la altitud de vuelo. Este tipo de esfuerzos se llaman cargas de presurizacin.

Es la parte principal del avin porque el resto de los componentes se unen a el en forma directa indirecta.La seccin recta , esto es, el corte transversal, tiende a ser de forma circular, porque sta forma alivia las cargas que impone la presurizacin de la cabina.

Son de estructuras metlicas y No metlicas.Las no metlicas son de madera, de materiales compuestos. Hay la unin de materiales metlicos y no metlicos como en las estructuras Sndwich y en los encolados estructurales.

TIPOS DE FUSELAJES

Alas Funcin y clasificacinEl ala proporciona la fuerza sustentadora principal del avin.

El ala se puede clasificar desde muy diversos puntos de vista, algunos de los cuales vamos a citar aqu:

Si nos referimos a la forma en planta del ala, esto es, tal como la veramos desde arriba, la figura muestra tipos generales de alas.

Si nos referimos a la posicin o situacin del ala en el avin, la figura muestra las tres posiciones fundamentales:

Si nos referimos a la forma que tiene el ala, vista de perfil, a travs de una seccin transversal, la figura muestra ejemplos tpicos pasados y actuales de estas formas:

Las alas pueden ser arriostradas o cantilever. Las alas arriostradas llevan un montaje externo de cables o soportes que unen el ala con puntos del fuselaje, de modo que proporcionan unos elementos de refuerzo para soportar las cargas en vuelo y en tierra.

El ala cantilever posee un entramado estructural interno para resistir todas las cargas. Todos los elementos resistentes estn contenidos dentro del revestimiento del ala de forma que no presenta al exterior elementos que perturben el flujo de aire.

Empenaje o conjunto de cola

El conjunto de cola, llamado tambin empenaje, es la parte posterior de la estructura del avin. Consiste en dos grandes superficies: el estabilizador o plano vertical y el estabilizador o plano horizontal.

La parte posterior del estabilizador vertical lleva un juego de articulaciones o bisagras a las que se une una superficie mvil denominada timn de direccin.

De igual modo, al estabilizador horizontal se unen unas superficies mviles llamadas timn de profundidad o elevadores simplemente.

Se divide en dos grupos:

Colas convencionales Colas especiales

Tipos de empenajes:

SUPERFICIES DE CONTROL

Tren de aterrizaje: El tren de aterrizaje es el subconjunto estructural del avin que soporta su peso cuando est en contacto con la pista.

El tren de aterrizaje puede ser fijo o retrctil.El tren de aterrizaje retrctil cuenta con mecanismos que pueden retraer y recoger el tren una vez efectuado el despegue, y alojar todo el conjunto en compartimentos preparados en el interior de la estructura del avin.

Aparte de la clasificacin de tren de aterrizaje fijo y retrctil, la otra clasificacin importante es por la disposicin de las ruedas de la aeronave. As, se dividen en tren triciclo, tren convencional y tren especial.

El tren triciclo es la versin estndar hoy da pues proporciona buena visibilidad de manejo del avin en tierra y facilita las maniobras de despegue y de aterrizaje.

El tren triciclo consiste en una o ms ruedas en el morro del avin, y una o ms ruedas posteriores, a ambos lados del eje del avin, que corrientemente se apoyan en el larguero del ala.

Esta parte del tren se llama tren principal.

Tren triciclo:

El tren convencional lleva una rueda en la zona de cola de la aeronave y ruedas principales en la parte anterior, bajo el ala, a una y otra parte del eje del avin.

Este tipo de tren presenta algunas ventajas aunque no eclipsan, desde luego, las del tren triciclo.

En particular, el tren de aterrizaje convencional no precisa reforzar la estructura del morro de la aeronave (pues no se sita rueda en esa zona), y en general su diseo y mantenimiento es ms simple.

Tren convencional:

Existen trenes especiales que cumplen una amplia gama de tipos de aplicaciones, como en los aviones anfibios, o los aviones con patines que se aplican en operaciones en zonas heladas o desrticas.

Tren especial:

Grupo moto propulsor:Los aviones necesitan un grupo moto propulsor, salvo los veleros.

Los veleros son aviones que emplean las corrientes ascendentes de la atmsfera para conseguir un vuelo sostenido, una vez que se remolcan a una cierta altura

La funcin de los motores es la de proporcionar el empuje necesario para conseguir el vuelo prolongado.

Los motores de aviacin pueden ser alternativos, turbohlices y turborreactores.

El motor alternativo es el clsico motor de pistn o mejor dicho de mbolo, pero ajustado a los requisitos que impone el empleo areo.

La energa qumica que est presente en el combustible se transforma en el motor, de forma constante.

La energa transformada aparece en el eje del motor en forma de un movimiento de giro; por tanto es posible acoplar en el eje una hlice y aprovechar el giro de la hlice y la fuerza de empuje que crea para desplazar el avin.

El motor turborreactor es un concepto distinto del motor alternativo. En estos motores se quema continuamente una determinada cantidad de combustible, de tal modo que la energa que produce la combustin no se destina a un eje, como antes en el caso del motor alternativo, sino que se aprovecha para impulsar y descargar en la atmsfera a gran velocidad los gases que pasan por el motor.A la accin de descarga de los gases a gran velocidad corresponde una reaccin igual y opuesta, que es precisamente la fuerza de empuje del motor y la que se aplica al avin.

El motor turbohlice tiene caractersticas y procesos de funcionamiento de uno y otro motor. En realidad es un motor turborreactor, pero en lugar de aprovechar la energa de la combustin del combustible para acelerar y descargar en la atmsfera los gases a gran velocidad, lo que hace es comunicar la mayor parte de la energa producida a un eje para que mueva una hlice.

Existen muchas posibilidades de instalacin de los motores en el avin, segn el tipo de motor y segn el tipo de avin, monomotor o polimotor.

Los motores se deben instalar en el avin convenientemente fuselados para que la resistencia al avance sea la mnima posible. Se llama gndola del motor al conjunto completo de motor fuselado.

Configuracin del helicptero:

Fuselaje:

El fuselaje de los helicpteros est constituido por el conjunto de la estructura de la aeronave, la cabina de pilotaje y de pasajeros en su caso, el piso, y el compartimiento de carga.

fuselaje

Sistema sustentador

El sistema sustentador comprende los mecanismos necesarios para generar las fuerzas de sustentacin y de avance de la mquina. Los mecanismos son:Palas de rotor.Cabeza del rotor.Caja de transmisin.Sistema de freno del rotor.

Grupo sustentador:

Las palas del rotor producen al girar las fuerzas de sustentacin y de avance para el vuelo.La cabeza del rotor incluye un conjunto de mecanismos que sirven de soporte al giro y a la mecnica de movimiento de las palas.

La caja de transmisin transmite la potencia que produce el motor o los motores a las palas del rotor, y tambin al llamado rotor de cola.El sistema de freno del rotor se puede incluir con fines didcticos en el sistema sustentador. Su funcin es la de frenar el movimiento de las palas del rotor lo ms rpidamente posible.

Empenaje, o grupo de cola.

El empenaje o grupo de cola tiene como misin desarrollar las fuerzas de control necesarias para permitir el vuelo direccional del helicptero. Estas fuerzas se materializan en el empuje lateral que produce el rotor de cola.

Los componentes de este sistema son:tailboom.Transmisin del rotor de cola.Rotor de cola.

Empenaje

La transmisin del rotor de cola es la conexin que existe entre la caja de transmisin principal y el rotor de cola. Es la toma de potencia del rotor de cola.El rotor de cola tiene como funcin contrarrestar el momento de giro que produce el rotor principal.

El tailboom, que puede llevar o no aletas estabilizadoras, es el conjunto que une el grupo de cola al fuselaje principal.

Tren de aterrizaje

El tren de aterrizaje de los helicpteros es simple, sobre todo si se compara con los trenes de aterrizaje de aviones de ala fija.El tren de aterrizaje se compone de:Esqus, de tubos cruzados.Ruedas complementarias adosadas para facilitar el manejo en tierra.

Grupo motor

El grupo motor, de uno o dos motores, proporciona la potencia necesaria para accionar el rotor del helicptero. En este grupo hay que incluir los sistemas asociados del motor, tales como las unidades de control de combustible, alimentacin, lubricacin, etc. Los motores que se emplean en los helicpteros son de dos tipos: el motor alternativo (motor convencional o motor de mbolo) y el motor de turbina. El motor alternativo se emplea en mquinas de potencia reducida.Se puede afirmar que la mayor parte de los helicpteros estn propulsados con motores de turbina, pero tanto en un tipo de motor como en el otro su funcin es la misma: suministrar la potencia necesaria para accionar las palas del helicptero, va la unidad de transmisin.

ESFUERZOS QUE SOBRE UNA ESTRUCTURA DE AERONAVE

CARGAS AERODINAMICASCARGAS DE MANIOBRA.CARGAS POR RAFAGAS DE AIRE.CARGAS DEBIDAS AL DESPLAZAMIENTO DE LAS SUPERFICIES DE CONTROL.

CARGAS DE INERCIACARGAS DE ACELERACION.CARGAS DE VIBRACION.CARGAS DE FLAPEO.

CARGAS DEBIDAS AL GRUPO MOTOPROPULSORCARGAS DE EMPUJE O TRACCION DEL MOTOR.CARGAS GIROSCOPICAS.CARGAS DEL PAR MOTOR.CARGAS DE VIBRACION.

CARGAS DE ATERRIZAJECARGA VERTICAL DE ATERRIZAJE.CARGAS DE FRENADO.

CARGAS DE RODAJESE PRODUCEN POR IRREGULARIDADES EN LAS PISTAS DE RODAJE Y DESPEGUE.

CARGAS DIVERSASCARGAS DE PRESURIZACION.CARGAS POR IMPACTO CON EL TERRENO.CARGAS DE REMOLCADO.CARGA POR PUESTA EN GATOS.IMPACTOS CON AVES.

CUADERNAS O MAMPAROS

Tambin llamados tabiques divisiones BULKHEADSon elementos que conforman y dan rigidez a la estructura.Son una serie de armaduras verticales. Son secciones de formas circulares, ovaladas, cuadradas

LARGUEROS (longeron)

Son los miembros longitudinales ms importantes del fuselajeSe sitan uniendo las cuadernas a lo largo del eje longitudinal del fuselaje.La presencia de estos miembros estructurales permite el adelgazamiento de la chapa lmina de revestimiento, aligerando de ste modo el peso del conjunto

Transportan las cargas del mamparo de adelante hacia atrs.

Es la seccin mas fuerte de la aeronave.

LARGUERILLOS (stringer)

Cumplen una funcin secundaria de refuerzo.Son los que le dan forma al fuselaje.Constituyen los puntos principales de unin del revestimiento metlico.

Son elaborados de laminas de metal delgado, algunos son formados o hechos a mano.Ellos corren desde el frente a la espalda del fuselaje y en las alas de la parte ms gruesa a la ms delgada.Son usados para amarrar las mamparas y los anillos formadores

FORMADORES (FORMERS)SE ENCARGAN DE DAR LA FORMA A LA ESTRUCTURA.EN EL FUSELAJE SE UBICAN DE FORMA PARALELA A LAS BULKHEAD. (MAMPAROS).

REVESTIMIENTO O PIEL (skin)

Es el recubrimiento externo o piel del avin.Sirve para dar forma uniforme y aerodinmica al fuselaje. Es de cierto espesor para soportar los esfuerzos de trabajo.Puede ser fabricado en : Tela o lona Lminas de madera Lminas de metal Lminas de material compuesto

DRAG STRUTSSon miembros estructurales primarios.

En aeronaves grandes se utilizan los struts para amarrar las alas al fuselaje en la seccin central.

CARGAS ESTRUCTURALES DEL FUSELAJE

El fuselaje est sometido a todo tipo de cargas estructurales. Las principales son : PresurizacinFlexinTorsinCargas de inercia

CARGAS DE PRESURIZACION DE LA CABINA

Son soportadas principalmente por la tensin del revestimiento metlico.Es la diferencia de presin entre el interior de la cabina y la presin exterior de la atmsfera.

CARGAS DE FLEXION Que experimenta en sentido longitudinal soportada por los largueros y larguerillos.Las cuadernas reparten uniformemente las cargas en cada uno de sus tramos.

La torsin y las cargas de inercia son soportadas por los tres elementos estructurales, esto es revestimiento, largueros y cuadernas que actan como una viga nica.

TIPOS DE FUSELAJES

FUSELAJE MONOCASCO.FUSELAJE SEMI-MONOCASCO.FUSELAJE DE CONCHA REFORZADA O TRUSS TYPE.TUBULAR

FUSELAJE MONOCASCO El revestimiento exterior, forma parte integral de la estructura del avin pues va unido a las cuadernas; de ah que se diga que el revestimiento metlico de la estructura monocasco es resistente, o si se prefiere decir de otra forma, que soporta y transmite los esfuerzos a que est sometido el fuselaje del avin.

Significa concha nica, todos los esfuerzos son transportados en la piel exterior, el mamparo y los formadores le dan la forma a la estructura, pero la piel de lamina de metal transporta las cargas de vuelo. Cualquier problema en la piel decrece la resistencia para transportar carga

FUSELAJE SEMI MONOCASCOEl fuselaje semi monocasco es el fuselaje estndar hoy da.Ha resuelto en cierta forma el problema del espesor de las chapas de revestimiento con la introduccin de piezas de refuerzo adicional e intermedio.

Estas piezas adicionales se llaman larguerillos, que se sitan uniendo cuadernas a lo largo de eje longitudinal del fuselaje. Esta formada por: mamparos, formadores y larguerillos los cuales se instalan alrededor de los formadores para reforzar la piel y prevenir deformaciones.

ESTRUCTURA REFORZADA(truss type)Se elabora sobre una estructura semi- monocoque, es la estructura mas comnmente usada en las aeronaves modernas.Se conoce tambin como concha reforzada ( helicpteros).

La lamina de piel transporta las mayores cargas que se generan en vuelo.la forma es provista por los mamparos, formadores, y larguerillos, pero su estructura es reforzada con LONGERONS y Drag struts que ayudan a transportar las cargas.

PISOS DE CABINA

Los paneles para pisos de la cabina se clasifican en tres categoras de trabajo:Paneles para cargas ligeras, que son las que se producen debajo de los asientos de los pasajeros.Paneles para cargas medias, que son las de zonas de trnsito general y zonas de pasillos.Paneles para cargas altas, que son las de las cocinas y tramos de pisos de gran luz o amplia separacin entra apoyos.

PISOS DE CABINA La divisin estructural del piso de la cabina tiene cierta importancia sobre el peso del material necesario.POR EJEMPLO EL MODELO Boeing 747-200 (Jumbo) tiene cerca de 300 metros cuadrados de superficie de piso de cabina y slo el 10% es paneles para cargas altas; el 60% del piso soporta slo cargas muy ligeras

IDEAS:Hay tres tipos bsicos de fuselaje: monocoque, semimonocoque, reforzada.

En el primero los formadores y la piel son los que soportan todos los esfuerzos generados por el vuelo.

En el segundo a la piel se le adiciona los larguerillos, formadores, bulkheads.

En el tercero adems de larguerillos, formadores, piel, estn los LONGERON, DRAG STRUTS.

Componentes del plano:Vigas o sparsLarguerrillosCostillas (ribs)Formadores

Fuertes para soportar los esfuerzos positivos de vuelo y negativo de aterrizaje.

Las alas metlicas son de dos tipos: semicantilever y cantilever.

Poseen partes comunes en la construccin bien sea cantilever o semicantilever.

Viga sencilla

Viga Mltiple

formadoresSon hechas de material ligero, agarradas a los larguerillos y la piel de las alas para darle forma aerodinmica.

Se pueden clasificar como costillas de nariz, borde de salida, costillas media, corren de adelante y atrs sobre el ala.

Los formadores no son considerados miembros estructurales primarios.

SPAR

Transportan la carga longitudinal del ala (raz a la punta).

Las costillas tienen dos funciones:Formar el contorno estructural del ala.Aadir rigidez y resistencia al conjunto.

Los larguerillos se emplean para reforzar la estructura del ala. Se sitan en sentido longitudinal, a travs de las costillas.

TIPOS DE ESTRUCTURASESTRUCTURA DE CONCHA REFORZADA

GeneralTiene el mismo concepto de construccin del ala.Las partes internas tienen vigas, costillas, larguerillos y pieles.

SISTEMAS DE CONTROL DE VUELO ACTUALES EN UN AVIN EN FUNCIN DE LOS MANDOS DE VUELOSistemas de Control Convencionales:

Los sistemas de control convencionales en un avin son aquellos en los que el piloto mediante las acciones ejercidas en la palanca y los pedales a travs de sistemas mecnicos clsicos, como son cables, varillas, poleas, palancas, etc. mueve los mandos de vuelo primarios.

2. Sistemas de Control Reversibles:

Los sistemas de control reversibles en un avin son aquellos en los que el piloto siente las cargas aerodinmicas que se originan en las superficies de control y suministra todas las fuerzas necesarias para moverlas (con los diferentes medios de compensacin tab, muelles, contrapesos, etc.)

3. Sistemas de Control de Mando Ayudados (Power-Boosted):

En estos sistemas los pilotos suministran slo parte de la fuerza de control. Necesaria para vencer los momentos de charnela que se originan en las superficies de control. Estos se pueden considerar dentro de los reversibles.

4. Sistemas de Control Irreversibles:

Estos sistemas son operados completamente con potencia, el piloto no tiene conexin directa con las superficies de control. los momentos originados en ellas no le llegan, y por tanto no los siente. El piloto al mover un mando de cabina acta sobre algn dispositivo electrnico, hidrulico, etc., que mueve a su vez la superficie de mando. En estos sistemas es imprescindible el uso de un sistema de sensacin artificial.

5. Sistemas de Control Fly-by-Wire :

En estos sistemas el piloto controla el movimiento del avin por medio de seales elctricas. Al mover los mandos se originan seales elctricas que se envan a travs de cables elctricos. Sustituyen a los mtodos mecnicos que tradicionalmente ligaban la palanca con el resto del sistema. Aunque tienen un sistema redundante mecnico. Si las seales elctricas del Fly-by-Wire estn en forma digital y se tratan adecuadamente en un computador, se pueden volar aviones inestables, a causa de la gran rapidez con la que se pueden efectuar ajustes en la posicin de los sistemas de control.

6. Sistema de Control Fly-by-Light :

En estos sistemas se utiliza la luz en vez de las seales elctricas para el envo de las seales de control.Fibra ptica. Un sistema Tx/Rx transforma la seal luz en elctrica.

7. Control Configurated Vehicle :

Es un nuevo concepto de avin que se aplica a aquellos aviones con control Fly-by-Wire, en los que adems las superficies de mando y dispositivos hipersustentadores se mueven de forma que las fuerzas y momentos aerodinmicos se aumentan o disminuyen, para que mejoren las actuaciones y la maniobrabilidad del avin. Tambin aparecen conceptos como ALA INTELIGENTE con un sistema de control que modifica las condiciones aerodinmicas en la superficie alar.

El revestimiento o carenado fijo de la gndola que es una superficie metlica o de fibra que proporciona forma aerodinmica a la instalacin.El carenado fijo de la gndola se une a la estructura de forma semi permanente. Esto quiere decir que no esta prevista su apertura rpida para inspeccionar el motor o efectuar servicios peridicos o rutinario en el motor

La bancada del motor es parte principal de la estructura de la gndola.Los tipos de bancadas existentes varia de acuerdo con el tipo de motor, la potencia y la posicin que ocupa en el avin.Se puede clasificar en bancadas tubulares y bancadas semi monocasco.

REPARACION ESTRUCTURAL

REPARACION DE ESTRUCTURAS METALICASClasificacin de los daos estructurales.

Permisible

Reparable

Reemplazo

Reparaciones de estructuras metlicas Condiciones en que se ocasionaron el dao.Reestablecer propiedades originales de la estructura sin incrementar el peso.

Materiales Utilizados para reemplazar o reforzar, se elegir sobre la misma base del material usado en la estructura original.Use un material del mismo espesor o mayor.Nunca use como substituto un material mas delgado que el original

El material del reemplazo podra causar peligro de corrosin si es diferente al material original.Debe aislarse los materiales, evitando su contacto.SRM dar el sustituto.

NORMAS GENERALES DE DISEO REEMPLAZO DE REMACHESTamao original si se ajusta y llena los huecos.Siguiente tamao del hueco. (over size)Distancia al borde y entre remaches.

DIAMETRO DEL REMACHE Dimetro debe ser 3 veces el espesor de la lamina mas gruesa.Un poco mayor para las laminas delgadas.

Espaciamiento de los remacheEn una sola hilera se denomina paso.Entre hileras se llama gauge o paso transversal.Se toma de centro a centro de remache.Cuando hay dos hileras el espacio entre remaches es de 4D

Distancia al borde es de 2D a 2 D.Distancia entre remaches como mximo es de 24 veces el espesor de la lamina.

ANCHO DE LA LAMINA DE REPARACION2 veces el rea daada

Suposiciones de diseo generalProcesos bsicos a ser incluidos en el diseo y aplicacin.Limitacin de la rajadura mediante un pequeo agujero taladrado en la esquina.Redondear todas las esquinas.Asegurarse que el grueso del parche es por lo menos igual al material original.

Diseo de patrn de remaches debe ser paralelo con la rajadura y perpendicular al vector de carga relativo.Prueba NDTEspaciamiento de los remaches debe ser igual en todas las direcciones (simtrico)

Las reparaciones debern ser reparables, esto quiere decir en cuanto requerimientos mnimos y/o mximos dimensional.