Los materiales aeroespaciales son materiales, con frecuencia aleaciones metálicas , que se han desarrollado para su uso con fines aeroespaciales o que han adquirido importancia gracias a su uso .
Estos usos a menudo requieren un rendimiento, resistencia o resistencia al calor excepcionales, incluso a costa de un gasto considerable en su producción o mecanizado. Otros se eligen por su fiabilidad a largo plazo en este campo consciente de la seguridad, en particular por su resistencia a la fatiga .
El campo de la ingeniería de materiales es importante dentro de la ingeniería aeroespacial . Su práctica se define por los estándares internacionales cuerpos [1] que mantienen los estándares para los materiales y los procesos involucrados. [2] Los ingenieros en este campo a menudo pueden haber estudiado para obtener títulos o títulos de posgrado en él como especialidad. [3]
Historia
Período eduardiano
Los primeros materiales aeroespaciales fueron los materiales establecidos desde hace mucho tiempo y, a menudo, de origen natural que se utilizaron para construir el primer avión. Estos incluían materiales tan mundanos como la madera para las estructuras de las alas y la tela y la droga para cubrirlos. Su calidad era de suma importancia, por lo que la madera sería de abeto sitka cuidadosamente seleccionado y la cubierta de lino irlandés . Se requerían normas para la selección, fabricación y uso de estos materiales. Estos estándares fueron desarrollados de manera informal por fabricantes o grupos gubernamentales como HM Balloon Factory , que luego se convertiría en RAE Farnborough , a menudo con la ayuda de departamentos de ingeniería universitarios.
La siguiente etapa en el desarrollo de materiales aeroespaciales fue la adopción de materiales recientemente desarrollados, como Duralumin, la primera aleación de aluminio endurecible . Estos atributos ofrecidos no estaban disponibles anteriormente. Muchos de estos nuevos materiales también requirieron estudio para determinar el alcance de estas nuevas propiedades, su comportamiento y cómo aprovecharlas al máximo. Este trabajo se llevó a cabo a menudo a través de los nuevos laboratorios nacionales financiados por el gobierno, como el Reichsanstalt (Instituto Imperial Alemán) [4] o el Laboratorio Nacional de Física Británico (NPL).
Primera Guerra Mundial
El NPL también fue responsable de tal vez el material aeroespacial primera ingeniería deliberadamente, aleación de Y . [5] Esta primera de las aleaciones de níquel-aluminio fue descubierta después de una serie de experimentos [6] durante la Primera Guerra Mundial , con el propósito deliberado de encontrar un mejor material para la fabricación de pistones para motores de aviones .
Período de entreguerras
Entre guerras , muchas innovaciones aeroespaciales se produjeron en el campo de los procesos de fabricación , en lugar de solo en un material intrínsecamente más fuerte, aunque también se beneficiaron de materiales mejorados. Una de las aleaciones RR , RR53B, había agregado silicio que mejoró su fluidez cuando se fundió. Esto permitió su uso para la fundición a presión , así como la fundición en arena anterior , un medio para fabricar piezas que eran mucho más baratas y también más precisas en forma y acabado. Un mejor control de su forma permitió a los diseñadores darles forma con mayor precisión a sus tareas, lo que llevó a piezas que también eran más delgadas y ligeras.
Muchos desarrollos de entreguerras fueron para motores de aviones , que se beneficiaron de las grandes mejoras que se estaban realizando para la creciente industria del automóvil. Aunque no es estrictamente una innovación 'aeroespacial', el uso de aleaciones refractarias como Stellite y Brightray para el revestimiento duro de las válvulas de escape ofreció enormes ganancias en la confiabilidad de los motores de los aviones. [7] Esto en sí mismo alentó los vuelos comerciales de largo alcance, ya que los nuevos motores eran lo suficientemente confiables como para ser considerados seguros para vuelos largos a través de océanos o cadenas montañosas.
Segunda Guerra Mundial
El avión de pasajeros de Havilland Albatross de 1936 tenía un fuselaje de construcción tipo sándwich de madera: las obleas de contrachapado de abedul estaban separadas por una lámina de balsa . Esta misma construcción alcanzó la fama con su uso en tiempos de guerra en el bombardero rápido Mosquito . Además de ser una construcción liviana y de alto rendimiento, también evitaba el uso de aluminio, un material estratégico en tiempos de guerra, y podía utilizar las habilidades de los carpinteros, en lugar de las de los metalúrgicos aeronáuticos especializados. Cuando Alemania intentó copiar este avión como el Moskito , fue un fracaso, principalmente por razones materiales. El adhesivo de película fenólico original de Tego solo fue producido por una fábrica que fue destruida por un bombardeo. Su reemplazo condujo directamente a fallas catastróficas y pérdida de la aeronave.
El radar se volvió lo suficientemente pequeño como para llevarlo a bordo de un avión, pero las frágiles bocinas de alimentación y los reflectores debían protegerse y optimizarse de la corriente de aire. Se construyeron radomos moldeados , utilizando el plástico acrílico Perspex que ya se usaba para las ventanas de la cabina. Esto podría calentarse para ablandarlo, luego moldearse o moldearse al vacío para darle forma. Otros polímeros desarrollados en este momento, en particular el nailon , encontraron usos en equipos de radio compactos como aislantes de alto voltaje o dieléctricos .
Las estructuras de nido de abeja se desarrollaron como láminas sándwich planas utilizadas para mamparos y terrazas. Estos se establecieron durante mucho tiempo con la construcción de madera y cartón, pero requerían un material más robusto para uso aeroespacial. Esto se logró hacia el final de la guerra, con sándwiches de nido de abeja totalmente de aluminio.
De la posguerra
Nuevos materiales
Nuevos materiales ligeros incluyen materiales compuestos de cerámica de matriz , materiales compuestos de matriz de metal , polímero aerogeles y CNT -yarns, a lo largo de la evolución de polímero composites . [8]
Marketing fuera del sector aeroespacial
El término "grado aeroespacial" se ha convertido en un eslogan de marketing de moda para artículos de lujo, en particular para automóviles y artículos deportivos . Las bicicletas , los palos de golf , los yates de vela e incluso las linternas se venden sobre la base de sus materiales de alto rendimiento, sean relevantes o no. Desde su aparición en 1979, Maglite ha anunciado el uso de aluminio 6061 para sus cuerpos de antorcha, uno de los primeros en hacer una característica deliberada de los materiales aeroespaciales por una razón de incumplimiento.
Algunos usos deportivos han sido para las cualidades reales del material. Muchos fabricantes de esquí han producido esquís totalmente de tela y materiales compuestos de resina, utilizando la adaptabilidad de dicha construcción para variar la rigidez, la amortiguación y la rigidez a la torsión de un esquí a lo largo de su longitud. Hexcel , un fabricante de láminas de aluminio en forma de panal, se hizo conocido por sus esquís de marca, que utilizaban este mismo material avanzado.
Los usos deportivos pueden ser tan exigentes como las necesidades aeroespaciales. Particularmente en el ciclismo, los materiales pueden cargarse más que en el uso aeroespacial, y el riesgo de una posible falla se considera más aceptable que para los aviones.
Muchos usos de materiales aeroespaciales para artículos deportivos han sido el resultado de un " dividendo de paz ". Después de la Segunda Guerra Mundial, la aleación de aluminio apareció en los componentes de los frenos de las bicicletas [9], ya que su fabricante buscaba expandir nuevos mercados para reemplazar sus aviones militares anteriores. En la década de 1990, tanto los fundidores como los recicladores de titanio buscaron nuevos mercados no militares después del final de la Guerra Fría , encontrándolos tanto en cuadros de bicicletas como en palos de golf.
El compuesto de fibra de carbono y su patrón de tejido distintivo se ha convertido en una opción decorativa popular en automóviles y motocicletas, incluso en contextos puramente decorativos como los tableros de instrumentos. Esto se ha extendido al uso de vinilo estampado adhesivo flexible para reproducir esquemórficamente la apariencia, sin ninguna de las propiedades físicas.
Referencias
- ^ "División de materiales aeroespaciales" . SAE Internacional .
- ^ "Estándares de material aeroespacial" . ASTM .
- ^ "Materiales Aeroespaciales MSc (Eng)" . Universidad de Sheffield . Archivado desde el original el 27 de febrero de 2011.
- ^ Magnello, Eileen (2000). Un siglo de medición: Historia del Laboratorio Nacional de Física . HMSO . pag. 16. ISBN 0-9537868-1-1.
- ^ Higgins, Raymond A. (1983). Parte I: Metalurgia Física Aplicada . Ingeniería metalúrgica (5ª ed.). Hodder y Stoughton . págs. 435–438. ISBN 0-340-28524-9.
- ^ Experimento 'Y' de la serie, dando a la aleación su nombre.
- ^ Clinton, Arnold CAFRAeS. (1938). Operaciones de mecanizado en el motor 'Bristol Mercury' . Ingeniería Aero. Volumen II, parte 1. George Newnes . págs. 378–383.
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tiene texto extra ( ayuda ) - ^ Richard Collins, IDTechEx (1 de agosto de 2018). "Fuera del laboratorio y en un avión: los materiales emergentes que hacen que los aviones sean más ligeros" . Interiores de aviones .
- ^ Hilary Stone. "Frenos GB (Componentes del ciclo de Gerry Burgess, 1948)" .