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New Robust DESIgn Guideline for Imperfection Sensitive COmposite Launcher Structures

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Lanzaderas ligeras de bajo coste

La industria aeroespacial necesita diseñar lanzaderas ligeras con un coste menor. Una iniciativa financiada por la Unión Europea ha respondido a esta necesidad con un enfoque de diseño de estructuras de lanzadoras de pared delgada sensibles a las imperfecciones.

Tecnologías industriales

Las directrices SP-8007 de la NASA para el diseño de estructuras sensibles a las imperfecciones se desarrollaron a finales de los años sesenta, sin poder tener en cuenta los nuevos desarrollos fascinantes en composites ligeros ni abordar las demandas actuales de la industria aeroespacial en cuanto a lanzaderas de menor coste o a los requisitos cada vez más exigentes en relación con la carga útil. En los últimos años se han adoptado distintos enfoques para predecir la carga máxima que soportan las estructuras de la lanzadora Utilizando modelos de elementos finitos, los ingenieros han conseguido una buena concordancia con los resultados experimentales. Los costes de computación de las simulaciones realizadas en la fase previa al diseño son demasiado elevados cuando se necesitan herramientas más rápidas y precisas. En el proyecto DESICOS (New robust design guideline for imperfection sensitive composite launcher structures), los investigadores desarrollaron todavía más un método determinista denominado «enfoque de carga de perturbación única» (SPLA), que emplea un perfil radial de carga aplicada como indicación de la sensibilidad de la estructura a las imperfecciones. A pesar de las ventajas de este método, sigue siendo necesario realizar esfuerzos informáticos razonables para los cálculos del factor de resistencia al colapso. En el diseño de estructuras compuestas, el factor de resistencia al colapso se utiliza para considerar las imperfecciones que reducen las tensiones que éstas pueden soportar a una fracción pequeña de la tensión a la cual una estructura perfecta se deforma. En consecuencia, el equipo de DESICOS estudió formas de combinar SPLA con enfoques semianalíticos y las validó con pruebas minuciosas de estructuras hechas de composites, con la intención de aplicar el nuevo método combinado durante el diseño preliminar de estructuras de lanzaderas. Se observó que un cilindro sin refuerzos cargado axialmente (perturbado por una única carga de perturbación lo suficientemente grande), daba lugar a una carga de pandeo un 45 % mayor en los diseños conforme a las directrices existentes. Las posibilidades de la nueva metodología para reducir las escalas de tiempo de desarrollo y los costes de fabricación, a la vez que aumenta la capacidad de carga útil, se demostraron mediante estudios de casos concretos. Los resultados de DESICOS se publicaron en más de treinta artículos sometidos a revisión y se resumen en un manual dedicado al diseño de estructuras de lanzadoras a base de composites.

Palabras clave

Lanzaderas, sensibilidad a las imperfecciones, NASA; materiales composites, DESICOS; carga de una sola perturbación

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