4.4.1: Elementos estructurales y funciones del fuselaje

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El fuselaje debe llevar la carga útil, y es el cuerpo principal al que están conectadas todas las partes. Debe ser capaz de resistir momentos de flexión (causados por el peso y elevación de la cola), cargas torsionales (causadas por la aleta y el timón) y presurización de la cabina. La resistencia estructural y la rigidez del fuselaje deben ser lo suficientemente altas como para soportar estas cargas. Al mismo tiempo, el peso estructural debe mantenerse al mínimo.

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Figura 4.12: Fuselaje semimonocoque trasero Airbus A340, visto desde el interior. © Sovxx/Wikimedia Commons/CC-BY-SA-3.0.

En los aviones de transporte, la mayor parte del fuselaje es cilíndrico o casi cilíndrico, con secciones cónicas de nariz y cola. La construcción semi-monocasco, que es prácticamente estándar en todos los aviones modernos, consiste en un revestimiento tensado con largueros añadidos para evitar el pandeo, unido a marcos en forma de aro. Ver Figura 4.12.

El fuselaje también tiene elementos perpendiculares a la piel que lo sostienen y ayudan a mantener su forma. Estos soportes se denominan marcos si son abiertos o en forma de anillo, o mamparos si están cerrados.

Las perturbaciones en la carcasa cilíndrica perfecta, como puertas y ventanas, se llaman recortes. Suelen ser inadecuados para llevar muchas de las cargas que están presentes en la estructura circundante. Las trayectorias de carga directa se interrumpen y como resultado la estructura alrededor del corte debe reforzarse para mantener la resistencia requerida.

En aeronaves con fuselajes presurizados, el volumen del fuselaje tanto por encima como por debajo del piso está presurizado, por lo que no existen cargas de presurización en el piso. Si el fuselaje se despresuriza repentinamente, el piso se cargará debido a la diferencia de presión. La carga persistirá hasta que la presión en el plano se haya igualado, generalmente a través de rejillas de ventilación de pared lateral a nivel del piso. A veces diferentes partes del fuselaje tienen diferentes radios. Esto se denomina fuselaje de doble burbuja. La presurización puede provocar tensión o compresión de los soportes de piso, dependiendo del diseño.

Los marcos le dan al fuselaje su forma de sección transversal y evitan que se pandee cuando se somete a cargas de flexión. Los largueros dan un gran aumento en la rigidez de la piel bajo cargas de torsión y flexión, con un aumento mínimo de peso. Marcos y largueros conforman el esqueleto básico del fuselaje. Los mamparos de presión cierran la cabina de presión en ambos extremos del fuselaje y portan así las cargas impuestas por la presurización. Pueden tomar la forma de discos planos o cuencos curvos. Las áreas críticas de fatiga se encuentran en la parte superior del fuselaje y en las juntas de los marcos del fuselaje con los largueros del ala.

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Figura 4.13: Croquis de ala estructural.

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Figura 4.14: Caja de torsión de ala estructural. Adaptado de © Usuario Kadellar/Wikimedia Commons//CC-BY-SA-3.0.