Un nuevo método de ensayo de materiales avanzados para estructuras de aeronaves
El sector de la aviación, responsable del 2 % de las emisiones totales de CO2 del mundo, debe esforzarse por reducir su huella de carbono. Un buen punto de partida es la estructura en sí. «Cuanto más pesado es el avión, más combustible consume», afirma Alfonso Carpio Rovira, director de programas de investigación y desarrollo en Applus Laboratories. «Al representar entre el 20 % y el 30 % del peso total del avión, aligerar el fuselaje podría contribuir en gran medida a reducir el consumo de combustible y, por tanto, las emisiones de carbono». ¿De cuánto ahorro estamos hablando? Según algunas estimaciones, las estructuras fabricadas con aleaciones de aluminio-litio (Al-Li) pueden reducir el peso de la estructura en un 10 %, lo que se traduce en un aumento del 20 % de la eficiencia en el consumo de combustible. Para ayudar a los diseñadores de aviones a aprovechar el potencial de reducción de carbono de las estructuras más ligeras, y con el apoyo del proyecto financiado con fondos europeos DEMONSTRATE, Applus junto con Athena se propusieron evaluar la resistencia estructural de dos nuevos diseños de fuselajes: uno en aleaciones AI-Li y otro en termoplástico.
Metodologías avanzadas de simulación y ensayo
Al ser una estructura crítica para la seguridad, cada componente de una nueva estructura debe someterse a pruebas y validaciones rigurosas, y ahí es donde entra en juego el proyecto DEMONSTRATE. «Nuestro objetivo era demostrar la integridad estructural de estos paneles del fuselaje utilizando metodologías avanzadas de simulación y ensayo unidas a datos experimentales», explica Carpio Rovira. El primer paso consistió en desarrollar la tecnología necesaria, incluido un método de ensayo virtual para definir las condiciones de carga y los límites de los paneles rígidos. «Garantizar unas condiciones de frontera correctas utilizando una herramienta flexible con múltiples grados de libertad resultó más difícil de lo esperado», añade Carpio Rovira. Para superar este posible obstáculo, Athena desarrolló un modelo de elementos finitos (MEF) realista para predecir el comportamiento y proporcionar directrices para el diseño óptimo del utillaje. Otras tecnologías clave son una amplia gama de técnicas de medición y métodos avanzados de simulación.
Un banco de pruebas a escala real
A continuación, dichas tecnologías se integraron en un banco de pruebas a escala real de paneles de fuselaje que es innovador, rentable y fácilmente adaptable. El banco se utilizó para una campaña de ensayos optimizada de los paneles compuestos y metálicos. En concreto, los investigadores utilizaron el banco para realizar pruebas estáticas en paneles metálicos y termoplásticos avanzados a escala real, curvados y con rigidez integral, como los que se utilizan en el fuselaje de los aviones comerciales. También se utilizó para realizar una prueba de resistencia en un panel curvado de AI-Li de cuarta generación con rigidez integral en condiciones reales.
Una iniciativa mutuamente beneficiosa
A partir de esta campaña de pruebas, los investigadores determinaron que esta nueva metodología y herramientas de ensayo pueden reducir el tiempo y el coste de las pruebas a la mitad. «Se trata de un resultado importante para Applus, ya que ser capaces de mejorar el tiempo y los costes de nuestros servicios sin sacrificar la precisión aumentará la competitividad de nuestras actividades de ensayo y ayudará a comercializar estos importantes materiales con mayor rapidez», afirma Carpio Rovira. Athena también se beneficia de su participación en el proyecto. La empresa tiene previsto seguir desarrollando sus modelos MEF para su uso en el mundo académico y la industria. «La adquisición de una gran cantidad de información mediante la correlación precisa de imágenes digitales abre la puerta a una mejor correlación de los experimentos con los modelos MEF», añade George Lampeas, de Athena. «Todo eso puede permitir una validación más precisa de estos últimos, a la vez que mejora su fiabilidad y, por lo tanto, su utilidad en entornos de desarrollo industrial».
Palabras clave
DEMONSTRATE, estructuras de aeronaves, eficiencia en el consumo de combustible, simulación, simulación, aviación, fuselaje
