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smart WINg panels for Natural laminar flow with functional Erosion Resistant COATings

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Una nueva combinación de materiales de recubrimiento con un método de aplicación para proteger la superficie de las alas

El polvo presente en el aire erosiona las superficies de las alas de los aviones. Unos nuevos materiales de recubrimiento contribuirán a protegerlas.

Transporte y movilidad
Tecnologías industriales

El sector de la aviación emplea extensamente polímeros reforzados con fibra de carbono (PRFC). Se trata de un material rígido, ligero y liso. Por consiguiente, se utiliza con frecuencia en las superficies de los aviones, como los bordes de ataque y los paneles de las alas, para reducir la resistencia aerodinámica. Sin embargo, los PRFC son propensos a la erosión. Las partículas transmitidas por el aire y la lluvia actúan como papel de lija sobre las alas de las aeronaves. Por tanto, es necesario aplicar un revestimiento a las superficies esenciales, como los bordes de ataque, para protegerlas contra la erosión. Los materiales de recubrimiento actuales no son adecuados para este fin porque requieren una constante renovación. Además, poseen unas propiedades de conducción eléctrica y térmica deficientes. Por consiguiente, ofrecen una protección limitada contra el impacto de rayos y, además, no evitan debidamente la formación de hielo ni propician su eliminación. El sector necesita un nuevo material de recubrimiento y el proyecto WINNER, financiado con fondos europeos, lo ha diseñado. El equipo avanzó en la producción de diversos materiales de recubrimiento de protección contra la erosión, pensados para paneles de alas, que presentan diferentes propiedades térmicas y eléctricas. El objetivo era proporcionar protección no solo contra la erosión, sino también contra el impacto de rayos y la formación de hielo.

Materiales de recubrimiento en capas

Los materiales de recubrimiento se basan en múltiples capas de titanio y nitruro de titanio. El titanio es un metal duro pero ligero, capaz de absorber la energía de los impactos. El nitruro de titanio es una cerámica dura pero frágil, a menudo empleada en el revestimiento de herramientas, pero se agrieta en caso de impacto. Al utilizar ambos materiales, se combinan sus ventajas. «Por este motivo», explica Borja Coto, coordinador del proyecto, «tuvimos que diseñar una estructura de recubrimiento apilado, colocando los materiales en capas alternas como en una lasaña». La aplicación de los materiales de recubrimiento al sustrato de PRFC plantea unos desafíos especiales. Dado que los PRFC son básicamente plástico, requieren una aplicación a baja temperatura.

Aplicación de vapor

Para lograrlo, los investigadores de WINNER modificaron una tecnología ya existente de recubrimiento denominada deposición física en fase vapor (physical vapour deposition, PVD) para su utilización con los nuevos materiales de recubrimiento del proyecto. La PVD vaporiza el material de recubrimiento en una cámara de vacío y, después, lo deposita sobre la superficie. La principal ventaja es que la PVD funciona con numerosos materiales, puede crear capas únicas o múltiples sobre una gran variedad de sustratos (incluidos PRFC) y permite un control preciso del grosor. Hasta ahora nunca se habían intentado combinar los compuestos protectores de titanio y la PVD. Los resultados indican que la aplicación de la PVD a los nuevos materiales de recubrimiento proporciona una buena protección contra la erosión. «Todavía hay margen de mejora en el nivel de protección contra la erosión provocada por la lluvia», afirma Coto. «En lo referente a las propiedades eléctricas, hemos obtenido unos materiales de recubrimiento resistivos, pero el proyecto se centró principalmente en la resistencia a la erosión». El resultado más importante fue la obtención de nuevos conocimientos sobre las complejidades de diferentes tipos de erosión sobre revestimientos con PVD en PRFC. Esto es importante para diseñar estrategias de recubrimiento adecuadas. A continuación, el equipo optimizará los materiales de recubrimiento utilizando otras opciones de materiales, como el cromo y el nitruro de cromo. Estos podrían emplearse como capas intermedias combinados con el titanio y el nitruro de titanio con el fin de mejorar la adhesión y, así, la protección contra la lluvia. En el futuro, podrían añadirse más compuestos para modificar las propiedades eléctricas y mejorar la resistencia al impacto de rayos y a la formación de hielo. Todos los materiales de recubrimiento tendrán que someterse a pruebas y a una verificación regida por las normas de seguridad de la aviación. El proyecto WINNER allanó el camino hacia la futura aplicación de materiales de recubrimiento sobre las alas de aviones. Tales materiales son una parte integral del amplio abanico de acciones europeas destinadas a disminuir el impacto medioambiental y mejorar la eficacia energética de la aviación.

Palabras clave

WINNER, materiales de recubrimiento, erosión, PRFC, PVD, ala de avión, aviación, polímeros reforzados con fibra de carbono, protección contra la erosión, deposición física en fase vapor

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