El proyecto WASIS se ha centrado en el desarrollo de una sección de fuselaje en fibra de carbono basada en el concepto estructural isogrid (grid stiffened), es decir, en estructuras reticuladas con forma de diamante.
_El proyecto WASIS (Wafer Design Approach for Safety Increasing in Worst Case Situations and Joints Minimizing) liderado por Cidaut durante cuatro años se ha centrado en el desarrollo de una sección de fuselaje en fibra de carbono basada en el concepto estructural isogrid (grid stiffened), es decir, en estructuras reticuladas con forma de diamante. Este sistema, que está especialmente orientado a aviones de pequeño y mediano tamaño, permite una reducción de peso de en torno al 20% respecto a las estructuras metálicas convencionales. Este concepto ha requerido una importante investigación no sólo en el diseño, sino también en relación a los métodos de fabricación que permiten reducir los costes (filament winding y tape placement) y el desarrollo de técnicas que facilitan la unión a piezas metálicas, así como la inclusión de aberturas sin necesidad de cortar fibras. Además de la coordinación, el centro tecnológico se ha ocupado de realizar ensayos para poner a punto el proceso de fabricación, así como del diseño de uniones para evaluar la eficacia del pegado entre compuesto y metal entre diferentes uniones adhesivadas. Asimismo, el comportamiento acústico y vibratorio de los prototipos de mayor tamaño fue estudiado en el laboratorio de la fundación.
Alternativa relevante
Este trabajo, con expediente FP7-265549, tiene como punto de partida el modelo Piaggio Aero P- 180 Avanti Aircraft. Este avión sirve de ejemplo para mostrar el uso de estructuras de red de material plástico reforzado de fibra de carbono, debido a su reducido tamaño y a su simplicidad estructural. Se eligió la sección central metálica del fuselaje para ser reemplazada por una de plástico reforzado con fibra de carbono. WASIS ha proporcionado pruebas importantes sobre este enfoque estructural, que puede llegar a ser una alternativa relevante en el campo de las aeroestructuras. Así, se han puesto a punto metodologías de diseño específicas para materiales compuestos. En la actualidad, los primeros resultados de las pruebas con prototipos a nivel de componentes han demostrado que se puede alcanzar una reducción de peso del 20%, cumpliéndose todos los requisitos estructurales, incluyendo los casos de carga de seguridad. “Se ha comprobado el comportamiento de la estructura ante daños, como por ejemplo los ocasionados por granizo, por un aterrizaje de emergencia o por el impacto de un vehículo de tierra, que pueden comprometer la integridad estructural del avión. Las estructuras reticulares se comportan mejor que las tradicionales, por lo que se reduce El proyecto europeo Wasis permite reducir el peso de pequeñas aeronaves en un 20% la probabilidad de que se produzcan daños de importancia”, explican Blanca Araujo y Roberto Cordero, del Departamento de Seguridad Activa y Acústica y Vibraciones, quienes comentan que está a punto de terminar el programa de ensayos, “en cuya validación pensamos que vamos a poder optimizarlo más”. El reto de las uniones se ha abordado mediante diferentes opciones. Por una parte, se han empleado uniones con micropines metálicos que atraviesan el compuesto y que mediante la aplicación de adhesivos y el propio curado de la pieza garantizan el buen comportamiento de la unión. Este tipo de uniones sirven para conectar la estructura de compuesto a asientos o sistemas auxiliares. Los micropines hacen que disminuya de manera considerable el peso del aparato y que se incremente la resistencia de la aeronave. Por otra parte, las uniones de la nueva estructura de fibra de carbono al resto del fuselaje se consiguen a través de una serie de elementos de forma cilíndrica arrollados por las fibras que, unidos a su vez a un anillo metálico, transmiten los esfuerzos al fuselaje adyacente. “Los procesos de fabricación estudiados, filament winding y tape placement, son muy automatizables en comparación con los tradicionales”, aseguran Araujo y Cordero.
Novedad
La novedad que ofrece este proyecto reside en la combinación de reducción de costes de fabricación gracias a la automatización junto con la mejora de propiedades mecánicas, lo cual abre la posibilidad de aplicar este tipo de diseños reticulados en fibra de carbono a estructuras de pequeñas dimensiones, como avionetas de competición o vuelo privado, jets comerciales y ambulancias aéreas, o incluso a aeronaves de mayores dimensiones para el transporte de pasajeros, así como a los cascos de barcos deportivos y a vehículos de Fórmula 1. “El proyecto significa dar un paso más en la introducción de materiales compuestos en aeronáutica. Hay muchas investigaciones en este sentido en los últimos años. Empresas como Airbus y Boeing están incorporando hasta un 50% de sus últimos aviones (A350XWB y Boeing 787) en estos materiales”, explica Araujo. Junto a Cidaut, integraron el consorcio de este proyecto europeo las universidades de Patras (Grecia) e IVW de Kaiserlautern (Alemania), el centro nacional de investigación aeroespacial de Ucrania (KhAl), laboratorios como Element Hitching y Net Composites (Reino Unido), la ingeniería aeronáutica Aoes (Holanda), el centro de investigación portugués INEGI de Oporto, el fabricante de aviones Piaggio Aero (Italia) y el fabricante alemán de piezas en composite CirComp.
