ESTRUCTURAS SEMIMONOCASCO

Estructura interna de un ala

   En la Aeronáutica, las estructuras de las aeronaves es un poco compleja, no todas poseen la misma característica estructural, y suelen ser muy parecidas, estas están expuestas a fatiga puesto que las aeronaves cumplen la importante misión de volar, por lo cual es de suma importancia el buen estado de estas estructuras, es por ello que este diseño de estructura debe ser capaz de soportar los diferentes esfuerzos a las que serán sometidas y lograr que estos sean distribuidos a lo largo de otras estructuras más pequeñas y no le deje todo el trabajo a una sola parte del ala.

Estructura interna de un ala

   Las estructuras han ido evolucionando con el paso del tiempo para optimizar su resistencia. Debido a ello todos los componentes deben estar diseñados con materiales capaces de resistir el uso constante. Resultado de esta evolución son las estructuras Semi-Monocasco.

  Las estructuras semi-monocasco fabricadas de materiales metálicos o compuestos se caracterizan por usar una capa o recubrimiento fino al que se le llama “piel” encargado de soportar las cargas en vuelo, posee en su interior una serie de elementos dispuestos de manera transversal los cuales son las cuadernas y costillas y otros de manera longitudinal los cuales son los largueros y larguerillos, estos además de darle forma al ala, soportan las cargas a las cuales se somete el ala. Todos estos componentes actúan para evitar una fatiga considerable en los materiales y además ayudan a mantener la forma curva de las aeronaves.

Estructura semi-monocasco

   Enfocándonos un poco en que tipo de esfuerzos soportan cada uno de estos elementos tenemos en que los elementos tanto transversales como longitudinales soportan esfuerzos a tensión, flexión, compresión y torsión.

Las cuadernas y costillas se encargan de difundir la carga concentrada conservando la forma de la sección ya que la estructura del fuselaje posee cuadernas y la del ala posee costillas. Las costillas mientras mayor sea su longitud menor es el flujo que pasa por ellos; donde el Flujo es la distancia entre la longitud.

  Los largueros y larguerillos son elementos rigidizadores longitudinales. Ambos son vigas, la diferencia es que los largueros pueden soportar más cargas por pandeo que los larguerillos, siendo estos los que absorben esfuerzos normales y subdividen el revestimiento en paneles más pequeños.

- Ejercicio Propuesto

Determinar  q1, q2, q3 y el Diagrama de Carga Axial AB en la siguiente estructura:

Paso #1

   Se analiza la estructura para saber qué datos tiene el ejercicio y que incógnitas tiene. Entre los datos principales se encuentran las variables “q” que significa Flujo y se encuentra en cada sección de la estructura de que se analiza. Se realiza un estudio de la estructura para saber el comportamiento de estos flujos a través de una determinada sección; como el fuselaje de un avión según la referencia que hace el libro “Aircraft Structures de David J. Peery”.

Paso #2

   Una vez analizada la estructura se ve que es más conveniente empezar haciendo un corte de la estructura donde se encuentra q1 porque es donde hay una fuerza conocida que es 600kg y la incógnita que es q1.

   Se realiza sumatoria de fuerzas en X para conocer la incógnita (q1) multiplicando esta por el flujo que recorre la sección y sumándole la fuerza externa de 600kg.

Paso #3

Calculo del Flujo q3:

     La finalidad del ejercicio es conocer los flujos q, cabe destacar que se debe cortar la sección más conveniente para cumplir esa finalidad. El punto más conveniente para realizar el corte es donde hay una variable conocida que involucre una desconocida. Por esta razón se realiza el corte que incluya q1 calculada anteriormente y q3 que es una incógnita.

   Se procede a realizar sumatoria de fuerzas en el eje  de referencia vertical “Y” cumpliendo las mismas reglas que en el paso anterior; el flujo va multiplicado por la distancia que recorre el flujo de la sección.

Paso #4

   En este paso el buen análisis de la estructura puede ahorrar tiempo al momento de resolver, ya que hay varias maneras de conocer las incógnitas cuando ya se conoce la mayoría. Se puede conocer la variable faltante q2 haciendo un corte  en la parte inferior de la siguiente manera:

   

Se procede a realizar la sumatoria de fuerzas y se determina el valor de tercera incógnita q2 como se muestra a continuación:

Paso #5

    Posteriormente se realiza el Diagrama de Carga axial de la sección AB donde se aplican conocimientos básicos de Resistencia de los Materiales o Mecánica de los Cuerpos haciendo referencia a las fuerzas que actúan sobre un elemento además de su representación en un diagrama utilizando los datos de ésa seccion.

   

   A continuación se muestra un vídeo con una explicación mas detallada del ejercicio presentado: