Hi-Rate Composite Aircraft Manufacturing (“Fabricación de aviones con materiales compuestos de alta velocidad” o HiCAM) es uno de los proyectos más recientes de la NASA, que tiene como objetivo acelerar la construcción de aeronaves nuevas y sostenibles, uno de sus principales retos en el siglo XXI.
HiCAM está investigando cómo fabricar grandes componentes de aeronaves, como alas y fuselajes, con materiales compuestos a una velocidad mayor, comparable a la de los aviones fabricadas con materiales metálicos, según explicó la NASA en sucomunicado.
La tecnología forma parte de la Asociación Nacional de Vuelo Sostenible (SFNP, por sus siglas en inglés), a través de la cual la NASA y sus socios de la industria, el mundo académico y el gobierno están trabajando para hacer que la aviación sea más sostenible utilizando tecnologías verdes.
“HiCAM está haciendo posible el uso generalizado de materiales compuestos para su aplicación en la próxima generación de aviones. Para ello, necesitamos crear sistemas de construcción que produzcan aeronaves con rapidez y a un costo competitivo”, dijo Rick Young, director del proyecto HiCAM, con sede en el Centro de Investigación Langley de la NASA en Virginia.
Aunque HiCAM se centra en los aviones de transporte, Young señala el potencial de otras aplicaciones de la tecnología, como las estructuras de aviones pequeños para la movilidad aérea avanzada.
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Tecnología compuesta
Una de las opciones que estudian es la construcción de más componentes con materiales compuestos, que pueden ser una mezcla de materiales como el plástico, el grafito y la cerámica, que pueden reducir el peso de una aeronave, haciéndola más eficiente en cuanto al consumo de combustible.
Los compuestos tienen capas de materiales reforzados con fibras, normalmente de plástico, que son muy finas, del grosor de una hoja de papel, y están hechas de fibras de grafito rígidas y ligeras, 10 veces más pequeñas que un cabello humano.
Cada capa va en una dirección diferente y, cuando se apilan y endurecen, forman una estructura rígida que no se rompe fácilmente.
Debido a ello, los materiales compuestos pueden ser incluso más fuertes y ligeros que los metales que se utilizan en la construcción de aviones. Esta cualidad también permite a los diseñadores ser más creativos a la hora de idear formas aerodinámicas innovadoras que pueden ayudar a reducir el consumo de combustible.
“Una buena analogía de cómo funcionan los materiales compuestos es una hoja de madera contrachapada. Tiene muchas capas de madera, y el grano de cada capa va en una dirección diferente. Estas se apilan y se pegan, formando el contrachapado. Ponerlas en diferentes direcciones evita que cada capa de madera se parta a lo largo de la veta, lo que la hace más fuerte”, explicó Rick Young.
Nuevos procesos
Según la NASA, durante los próximos 20 años, se calcula que la flota mundial de aviación comercial necesitará 40.000 aviones nuevos para satisfacer la creciente demanda de viajes aéreos y sustituir los aviones viejos.
La jubilación de los aviones más antiguos, combinada con el crecimiento previsto de la demanda de viajes aéreos, se traduce en la sustitución de la mayor parte de la flota mundial actual y en la duplicación de su tamaño.
El objetivo de HiCAM es acelerar este proceso y llegar a construir 80 aviones al mes con materiales compuestos. Para lograrlo, los investigadores están estudiando qué materiales compuestos y métodos de construcción pueden acelerarse mejor para alcanzar este elevado ritmo de producción. Veamos algunos datos:
- El ritmo de producción está limitado por el tiempo que se tarda en fabricar las piezas, ensamblarlas para hacer grandes componentes de aviones e inspeccionar los resultados para comprobar su calidad.
- La mayoría de los componentes de aeronaves fabricados actualmente con materiales compuestos son termoestables, que funcionan de forma similar a los de dos componentes.
- Cuando los dos materiales se mezclan y se calientan, se produce una reacción química que los combina en un objeto sólido y rígido. El proceso es irreversible y los dos materiales no pueden volver a separarse.
- Para cada pieza, los materiales compuestos en bruto se colocan capa por capa en un molde. El contenido flexible del molde se convierte en sólido curándolo a gran temperatura y presión en un enorme horno llamado autoclave.
- El proyecto está considerando la idea de utilizar materiales termoplásticos, que a diferencia de los termoestables, son similares a una barra de pegamento o cola caliente. Cuando se calientan, se funden en líquido. Al enfriar, se vuelven sólidos en la nueva forma que se haya creado.
- HiCAM también investiga el uso de nuevas resinas para reducir el tiempo de curado a minutos en lugar de horas, o incluso eliminar la necesidad de un autoclave.
“La tecnología que perseguimos está destinada a los nuevos aviones de transporte que entrarán en servicio a principios de la década de 2030. El objetivo de HiCAM es demostrar que este ritmo de construcción puede lograrse para los materiales compuestos en 2026, y luego transferir la tecnología a la industria de la aviación para que puedan implementarla en un nuevo programa de producción de aviones”
Rick Young, director del proyecto HiCAM
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Redacción | Antonio Vilela
