Técnicas de procesamiento de materiales compuestos

Técnicas de Procesamiento de Materiales Compuestos 1. Reseña histórica de la utilización de materiales compuestos en aviación. 1.1 Aplicaciones en grandes aviones comerciales.
Los primeros componentes de compuestos en grandes aviones de transporte comercial fueron diseñados y construidos como parte del programa ACEE ( Aicraft Energy Efficiency) de la NASA. Y entraron en servicio durante1972-1986. El objetivo primario del programa fue obtener experiencia de vuelo real con componentes de compuestos y comparar la durabilidad a largo plazo de los componentes de vuelo para obtener datos para el programa de “ Ensayos en Tierra de Exposición al Medio Ambiente”. Boeing, , Douglas y Lockheed participaron en el programa. Una característica común de los tres programas fue el uso del sistema dematerial grafito-epoxy NARMCO T-300/5208. La fibra T-300 es una fibra de grafito de módulo y tensión a rotura intermedia, y la matriz 5208, es un epoxy termoestable a 175 ºC. En los primeros años del programa se diseñaron y entraron en servicio componentes pequeños de estructuras secundarias que soportaban bajas cargas. En los últimos años del programa se diseñaron y entraron en servicio estructurasque soportaban mayores cargas y de mayor tamaño tales como superficies de control y e mpenajes. Algunos ejemplos de estos componentes incluyen al elevador del Boeing B-727, el estabilizador horizontal del Boeing B-737, el estabilizador vertical del Douglas DC-10 y el alerón del Lockheed L-1011 (Fig. 1).

Figura 1: Aplicaciones comerciales típicas iniciadas por el programa ACEE

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Los primeros tres componentes nombrados tuvieron fallas prematuras. Posteriormente fueron rediseñados y ensayados exitosamente. Estos fallos prematuros fueron relacionados a un entendimiento incompleto de las diferencias en las características de fallas de las estructuras metálicas y compuestos en el momentos en que éstas estructuras fueron diseñadas.Para enero de 1987, 350 componentes entraron en servicio en diferentes aerolíneas comerciales. En 1993 los 350 componentes colocados originalmente en servicio acumularon mas de 53 millones de horas de vuelo. Las performances de servicio, características de mantenimiento y tensión residual de numerosos componentes fueron reportados a la NASA y comparado con los datos obtenidos del programa deensayos en tierra de exposición al medio ambiente el cual acumulaba ya 10 años de experiencia. Los datos indicaron una excelente performance en servicio de los componentes de compuestos durante el período de evaluación. Las aerolíneas reportaron daños tales como accidentes durante el manejo en tierra, daños por impacto de objetos extraños e impacto de rayos. Sin embargo no hubo degradación en latensión residual de los componentes de compuestos debido a la fatiga o a la exposición a medio ambiente durante el servicio. Además existe una buena l correlación del programa de ensayo en tierra y las performances estructurales de los componentes de los aviones reales. Una comparación de las aplicaciones como porcentaje de peso estructural para grandes aeronaves de transporte comercial se muestra en laFigura 2. los datos graficados muestran un incremento en el uso de materiales compuestos en las últimas tres décadas.

Partes de compuesto del Boeing B-777

Figura 2: Aplicaciones estructurales de compuesto en aviones de transporte comercial Idéntica comparación para aeronaves de alas rotativas y aviación general se presenta en la Figura 3a y para aviones de combate en la Figura 3b;observándose idéntico comportamiento que el observado para aviones comerciales. La principal barrera para el incremento significativo del uso de materiales compuestos en estructuras primarias es el alto costo de las estructuras de compuestos respecto de las estructuras de aleación convencional y a la falta de certeza en la estimación de los costos de diseño y desarrollo de las estructuras de compuestos....