La construcción ligera en la aviación

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El ala es una de las partes más complejas de un avión. Tiene que garantizar la elevación a diferentes velocidades y actitudes de vuelo y absorber las fuerzas transversales y momentos de flexión resultantes. Las geometrías requeridas presentan a los fabricantes de aeronaves grandes desafíos en el diseño y la producción.

Por lo tanto, para el avión de pasajeros alimentado por baterías "Alice", la empresa israelí Eviation trajo a bordo a expertos del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fundición, Compuestos y Procesamiento IGCV. Junto con otros tres socios de Asia y Alemania, el centro de investigación de Augsburgo desarrolló una solución de construcción ligera en funcionamiento. Sólo tomó diez meses desde la idea hasta el prototipo.

"Nuestro enfoque en el Fraunhofer IGCV se centra en la investigación orientada a la aplicación de métodos inteligentes de construcción ligera y procesos de fabricación automatizados con los que se pueden producir estructuras de compuestos de fibra de alto rendimiento de forma rentable y eficiente desde el punto de vista energético", dice Steffen Geinitz, director del proyecto en el Fraunhofer IGCV para el proyecto y jefe de departamento en la división de Monitorización de Procesos en Línea. "Este know-how nos convirtió en un socio óptimo para los clientes y socios de Israel y Singapur, no sólo para la realización del prototipo, sino también con vistas a la posterior producción en serie"

Alice consiste en un alto porcentaje de materiales compuestos. Para las alas se utiliza tejido CFRP en varios gramajes (peso por unidad de superficie). Uno de los retos en su desarrollo es que el diseño de la aeronave incluye hélices de presión con una potencia de más de 300hp, y que están situadas en las puntas de las alas y en la cola. Esto significa que se tuvieron que cumplir requisitos adicionales para el diseño estructural.

Para el proyecto, el equipo de IGCV de Fraunhofer agrupó la experiencia de varias áreas especializadas de la tecnología de compuestos. Los científicos incorporaron sus muchos años de experiencia en el manejo de los procesos de producción de CFRP en el desarrollo del ala Alice. El equipo desarrolló el proceso de infusión y lo optimizó para una producción más eficiente, todo ello en menos de seis meses. Además, el Fraunhofer IGCV produjo dos alerones para la maqueta y el prototipo, que se utilizaron para probar y validar el proceso. En total, los científicos sólo necesitaron diez meses para desarrollar la solución ligera para el ala.

Los componentes de carga del ala de 16,12 m de largo - 30 mm de grosor de los largueros de CFRP - fueron fabricados por el Proceso Asistido por Vacío (VAP) con inserción manual. A diferencia del A350, que se produce mediante el proceso de colocación de cinta y el curado en autoclave, el proceso de infusión al vacío es más adecuado para la producción de pequeños lotes o prototipos. Además, el equipo consideró que el éxito con un proceso de infusión diferente era fundamental.

Se eligió el proceso manual porque la automatización habría consumido demasiado tiempo para el plazo establecido. Gracias al proceso de infusión de VAP, las inclusiones de aire y gas se pudieron eliminar de forma fiable y eficiente, lo que dio como resultado valores de porosidad inferiores al 0,3% y contenidos de volumen de fibra con una precisión de hasta el 1%. Además, se logró la calidad requerida, que de otro modo sólo habría sido posible con un costoso proceso de autoclave y colocación de cinta. Los componentes se fabricaron directamente in situ en los talleres del Fraunhofer IGCV y en el socio del proyecto en Singapur.