AUTORES:
TUTOR:
a ntonio m aría saavedra
Javier Corrales Hermoso y a lonso Centenera Castellanos
ConCHudo
Imagen de portada: un F-18M lanzando bengalas. Sławek Krajniewski ‘Hesja’. www.defensayaviación.info
DIVULGACIÓN Y COMPORTAMIENTO DE MATERIALES EN UN AVIÓN F-18
Proyecto del Bachillerato de Investigación del IES Juan Gris
Realizado por Javier Corrales Hermoso y Alonso Centenera Castellanos
Coordinado por Antonio María Saavedra Conchudo
2023/2024
Esta obra está bajo una Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.
DIVULGACIÓN Y COMPORTAMIENTO DE MATERIALES EN UN AVIÓN F-18
Quisiéramos agradecer en primer lugar a nuestro tutor Antonio María Saavedra Conchudo por ser el artífice del proyecto y ayudarnos constantemente en las dificultades que encontrábamos.
Demos una mención especial a José Luis Buendía Soriano, ingeniero que nos concedió una entrevista muy relevante al realizar este trabajo.
Por último, pero no menos importante, agradecer también a nuestra familia y amigos que nos han acompañado y ayudado durante todo el camino. DIVULGACIÓN Y COMPORTAMIENTO DE MATERIALES EN UN AVIÓN F-18
SÍNTESIS
El objetivo del proyecto es la divulgación del tema mediante métodos, experimentales y teóricos, ya que consideramos que no es un tema recurrente hoy en día, y estudiar algunos materiales del avión. Este trabajo consta desde una breve introducción a la materia hasta la experimentación y resultados de las pruebas realizadas durante la investigación.
ABSTRACT
The objective of the project is the dissemination of the topic through experimental and theoretical methods, since we consider that it is not a recurring topic today, and to study some airplane materials. This work ranges from a brief introduction to the subject to the experimentation and results of the tests carried out during the research.
1. INTRODUCCIÓN
En el mundo de la aeronáutica, los aviones de caza son el ejemplo más relevante de superación e innovación. Con demandas cambiantes en base a la necesidad del ser humano, la investigación juega un papel crucial en la mejora de la eficiencia y el rendimiento de las aeronaves.
En cuanto a los materiales, su comportamiento a la hora de volar y su constante desarrollo también es vital, ya que de ello depende su maniobrabilidad, resistencia y capacidad de combate en un caso extremo. Se necesita conocer su progresión lineal en el tiempo, desde los primeros cazas operativos hasta los nuevos aviones militares, observando así la mejoría y adaptabilidad a lo largo de la historia.
Durante esta investigación el foco de estudio será un avión de cuarta generación, el McDonnell Douglas F/A-18 Hornet. Se realizará un estudio completo, desde las bases hasta algunos detalles mucho más específicos y técnicos, con predominio del estudio de los materiales y la divulgación general del tema.
Se pretende realizar un estudio práctico sobre algunos de los materiales que se encuentran de manera más abundante en el avión para observar su comportamiento, sometidos a unas pruebas utilizadas por los ingenieros con el fin de seleccionar los materiales óptimos para el máximo desempeño de los aviones de caza.
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1.1. INTRODUCCIÓN AL F-18-A HORNET
El F-18-A Hornet es un caza polivalente, un avión que puede ser utilizado como caza para ataques aire-aire tanto como avión de ataque aire-tierra al mismo tiempo. Por norma general, estos cazas son más ligeros que aviones con predominio aéreo y pertenece a la cuarta generación de aviones militares, siendo originario de los Estados Unidos.
Imagen I. Un F-18-A Hornet del Ejército del Aire y del Espacio en vuelo. www.lamarcadeodin.com
Su primer vuelo se realizó en 1978, sin embargo, no fue hasta 1986 que se introdujo en el Ejército del Aire y del Espacio español. En España, tiene una designación C-15 para el F/A-18-A/B, siendo éstos monoplaza y designación CE-15 para el F/A-18-C/D, siendo éstos biplaza.
AImagen II. Logotipo oficial. www.ejercitodelaire.mde.es
simismo, es importante conocer algunos datos sobre el avión como sus dimensiones, peso y otros datos con relevancia.
DIMENSIONES
Longitud 17,07
Envergadura 11,43
Altura 4,67
Tabla I. Especificaciones del F-18-A Hornet
Peso vacío 12701
Peso máximo 25400
Máxima 1.8 2222,64 km/h Distancia 3700 15240
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1.2. INTRODUCCIÓN AL YF-17
El proyecto comenzó en 1965 internamente en la empresa Northrop (ahora Northrop Grumman). Northrop como contratista de defensa1 de los Estados Unidos suele comenzar proyectos independientes para más tarde presentarlos a la USAF2 si cumplían los requisitos demandados.
Finalmente, el proyecto se presentó en 1971 como un modelo de 18.000 kg de peso máximo y una velocidad máxima de mach 2 (2 veces la velocidad del sonido), aunque no despertó demasiado interés entre los compradores extranjeros.
Imagen III. Northrop YF-17 “Cobra” durante un vuelo de demostración en 1976. www.wikimedia.org
1. Organización comercial o individuo que proporciona productos o servicios a departamentos de un gobierno.
2. Fuerza Aérea de los Estados Unidos (United States Air Force).
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NFX (Naval Fighter Program) es el nombre del programa que llevó a la creación del F-18. En este se buscaba la creación de dos tipos de aeronaves diferentes entre sí. La primera dio lugar al F-14 Tomcat pero, debido al elevado coste de este, no era posible reemplazar toda la flota aérea naval.
Es por esto que la Navy3 tenía que elegir otro proyecto. Fueron invitados a participar en otro programa, llamado LWF4. Finalmente se seleccionó al rival del YF-16 como ganador, la Navy eligió al YF-17 por ser más ligero y adaptable a operaciones navales. Una de sus características era que el tren de aterrizaje del YF-17 era mucho más estable, siendo determinante ya que en un portaaviones el espacio es muy reducido y el tren debe ser extremadamente estable y resistente.
Imagen IV. Grumman F-14D Tomcat, Armada de los Estados Unidos, 2005. www.wikimedia.org
Imagen V. Phil Oestricher en la cabina del primer prototipo del General Dynamics YF-16 LWF en la Base Aérea de Carswell, Texas, diciembre 1973. www.thisdayinaviation.com
3. Armada de los Estados Unidos o Marina de Guerra de Estados Unidos es una rama de las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos responsable de llevar a cabo operaciones navales.
4. Lightweight Fighter (LWF), que significa “caza ligero” en inglés, fue un programa de evaluación de tecnología de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos.
Por último, al formar ahora parte de la Armada y ser consecuentemente un proyecto naval, la Navy designó a McDonnell Douglas como contratista principal, especializado en la Armada.
Al ser convertido en un proyecto naval, el YF-17 y su versión oficial, el F/A-18-A eran muy diferentes. Fueron unos de los primeros aviones que no compartían ni dimensiones ni estructuras de su modelo de prueba.
EImagen VI. Comparación entre el YF-17 y el F/A-18-A. www.quoracdn.net
s relevante conocer las especificaciones de esta aeronave, de hecho, se pueden comparar con la ”Tabla I” del F-18-A Hornet en el apartado anterior.
Longitud 17
Envergadura 10,5
Altura 5
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Tabla II. Especificaciones del YF-17
1.3. COMPARACIÓN HORNET VS SUPER HORNET
Para comenzar con este apartado, es necesario conocer todos los modelos del F-18 Hornet que hay a día de hoy. Primero, el modelo de avión F-18-A/B fue creado por la empresa Northrop y McDonnell Douglas (ahora Northrop Grumman y Boeing) en base a la necesidad de la Armada de los Estados Unidos (US Navy) de un caza polivalente y monoplaza. Los modelos F-18-C/D fueron resultados de un programa de actualización donde mejoraron los ordenadores y armamento de la nave. La Armada estadounidense consideró una nueva mejora para el avión original y el desarrollo formal de lo que llamarían “Super Hornet” comenzó en mayo de 1992. Estos aviones son denominados F-18-E siendo monoplaza y F-18-F para los biplaza.
El Super Hornet introdujo unas mejoras considerables contra los radares de la época, siendo capaz de desviar los haces5 emitidos por estos, reduciendo su detectabilidad hasta en un 25% en comparación con el Hornet clásico. El nuevo modelo también transportaría más armamento, hasta 1600 kg más llegando hasta 8029 kg solo en armas. Y, por último, el combustible que podrían transportar los nuevos F-18-E/F aumentaría más de 500 litros en comparación con el avión original, llegando hasta los 1817 litros.
EImagen VII. Vista en planta de un F/A-18-C de la US Navy con el contorno de un F/A-18-E superpuesto para comparar. www.key.aero/es
n la tabla a continuación, podemos ver algunas de las especificaciones del Super Hornet, de nuevo, podría compararse con las “Tablas I y II” en los capítulos anteriores.
Tabla III. Especificaciones del Super Hornet
Longitud 18,3
Envergadura 13,6
Altura 4,9
Peso vacío 13900
Peso máximo 21320
Máxima 2.2 2716,56 km/h
5. Conjunto de partículas o rayos luminosos que se propagan sin dispersión.
Distancia 3330 15240
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2. ESTADO DE LA CUESTIÓN
En relación a este proyecto, existen muchos marcos teóricos como teorías e hipótesis sobre cuáles son los mejores materiales para construir un avión de caza o cómo optimizar el diseño del avión para conseguir la máxima eficiencia, pero a día de hoy, se sigue en continuo avance, desde los cazas de primera generación hasta la nueva generación predominante de cazas, la quinta generación. Citando un lema de la Escuela Táctica del Cuerpo Aéreo de los Estados Unidos, “Proficimus more irretenti” (progresamos cuando no nos aferramos a las costumbres).
Imagen VIII. Uno de los primeros cazas a reacción “Messerschmitt Me 262”. www.wikipedia.org
La creación de los aviones de caza depende sobre todo del propósito para el que se hayan creado, la primera generación se creó con fines de guerra en contexto de la Segunda Guerra Mundial, por lo que se buscaba la potencia y durabilidad a la vez que capacidad de armamento para poder ser muy eficaces a la hora de atacar. Actualmente, los cazas se construyen para localizar o incluso derribar a otras aeronaves enemigas, buscando así una nueva tecnología furtiva o de invisibilidad donde predomina el sigilo y la baja detectabilidad contra los radares.
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Se ha podido observar a lo largo de la historia un claro avance, por ejemplo, en los materiales empleados en la construcción. Mientras que antaño los materiales eran simples como el acero o el titanio, hoy el predominio de los materiales está en la fibra de carbono, fibra de vidrio, aleaciones del aluminio y del acero, etc. Es seguro que con el tiempo los propósitos cambiarán, ya que no se puede predecir lo que viene, revolucionando toda la industria al crear aviones militares.
El ámbito de este proyecto se sigue investigando, como ejemplo de ello es la teórica sexta generación de aviones caza donde se estudia la posibilidad de que la aeronave requiera o no de una tripulación a bordo.
Imagen IX. Un caza de quinta generación F-35. www.fly-news.es
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3. OBJETIVOS DEL PROYECTO
Este trabajo presenta tres objetivos, complementarios entre sí, comenzando por la divulgación general del tema, manteniendo la profesionalidad, pero para un público más amplio.
Por otro lado, junto a la explicación se abordarán temas como la aerodinámica y entraremos más en profundidad en el apartado de materiales, poniendo a prueba su comportamiento y propiedades para así poder continuar la investigación.
Por último, pero no menos importante, uno de los propósitos de este trabajo es la capacidad de aprendizaje independiente que conlleva, como tema parte desde el inicio y se obtendrán grandes conocimientos sobre la materia.
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4. METODOLOGÍA
El trabajo se centra en dos ámbitos, la divulgación y la investigación del comportamiento de los materiales, por lo que se requieren dos métodos para que el proyecto se realice de la manera más eficiente posible.
METODOLOGÍA DE LA DIVULGACIÓN
1. Se ha seleccionado un tema de interés para realizar el proyecto.
2. Se ha definido el objetivo del proyecto, en este caso, informar y dar a conocer el tema en cuestión.
3. Se ha estudiado la audiencia, por lo que este proyecto será científico y específico a la vez que fácil de entender a través de meticulosas explicaciones.
4. Se ha recopilado y adaptado toda la información teórica necesaria en fuentes fiables y actualizadas.
5. Se ha organizado y creado un índice con una estructura clara y coherente.
6. Se ha desarrollado el tema a partir de los datos recopilados.
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METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
1. Se reunieron todos los materiales e instrumentos necesarios para realizar la experimentación de los materiales.
2. Se seleccionaron los materiales a estudiar, basándose en los materiales que componían la mayor parte del avión como el aluminio y el acero.
3. Se estudió mediante cálculos cómo tendrían que comportarse estos materiales ante la prueba de tracción para comprobar su resistencia.
4. Una vez realizada la prueba, se descartan los materiales que no validaron el experimento.
5. Se analizaron los resultados mediante gráficas y se sacaron las conclusiones del experimento.
6. Se redactó el informe final.
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5. ENCUESTA EN EL CENTRO
Se realizó una encuesta en el centro donde los participantes, de entre 13 y 18 años, contestarían unas preguntas sobre el tema del trabajo para conocer la opinión popular y el conocimiento general en el entorno del centro.
Comenzando por unas preguntas básicas sobre conocimiento de la aviación, se obtuvieron los resultados mostrados en las siguientes gráficas.
PREGUNTA 1_
¿Tienes algún conocimiento básico sobre la aviación?
Se ve que el 68,3% de las personas afirman no tenerlo.
PREGUNTA 2_
¿Del 1 al 5, ¿cuánto sabes sobre cómo vuela un avión?
Se puede observar que la mayoría se encuentra entre el 1 y el 2.
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Acontinuación, las preguntas giraron en torno a los intereses personales en la aviación de los participantes, obteniendo los siguientes resultados.
PREGUNTA 3_
En una escala del 1 al 5, ¿cuánto te interesa la aviación?
Las respuestas oscilan entre valores medios.
III
PREGUNTA 4_
¿Qué ámbito de la aviación te interesa más?
Los resultados varían entre aviación militar y comercial, con predominio de la primera, mientras que un bajo porcentaje se interesaba más por la ingeniería y la física implicada en ella.
Aviación comercial
Aviación militar
No me interesa
Ingeniería
Gráfica IV
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Gráfica
SPREGUNTA 5_
¿Crees saber cómo es la estructura de los aviones?
Los participantes defendían tener algunas ideas sobre cómo se construyen los aviones.
Sí, algo puedo decir
Muy poco, unas ideas
No, nada
PREGUNTA 6_
¿Crees saber algo sobre los materiales de los que está hecho el avión?
Se ve que la mayoría de los participantes sabe muy poco sobre ello.
V
iguiendo con la encuesta, las preguntas cambiaron de rumbo hacia el apartado de materiales en los aviones, con las siguientes gráficas se pueden observar los resultados. No
Sí
Algo
Muy poco
VI
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Gráfica
Gráfica
Continuando con los materiales, se especificaron las preguntas para poder llegar a la conclusión de la encuesta.
PREGUNTA 7_
¿Qué materiales crees que se utilizan de manera más abundante en un avión?
La mayoría contestó con materiales como la fibra de carbono, titanio, aluminio, etc.
Compuestos (como fibra de carbono)
Aluminio
Titanio
Hierro
Aleaciones u otros materiales poliméricos
PREGUNTA 8_
¿Conoces a qué están sometidos estos materiales?
Una gran parte afirma no saberlo o saber muy poco sobre esto.
VII
Muy poco
VIII
En vista de los resultados se puede sacar como conclusión que, en efecto, el nivel de conocimiento general sobre el tema es medio-bajo por lo que una correcta divulgación es necesaria para poder realizar el proyecto de la mejor manera posible.
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Gráfica
Gráfica
6. ENTREVISTA A INGENIERO
Se ha contado con la participación de José Luis Buendía Soriano, jefe de ingeniería del Ala 12 en la base aérea de Torrejón, para la realización de una entrevista que añadirá aspectos muy interesantes y aclaratorios al proyecto.
A continuación se transcriben las preguntas y respuestas.
- ¿Cuáles son algunos de los materiales clave, simples y compuestos, para desarrollar el F-18?
- “Los materiales usados en este avión, al ser antiguo, están basados en aleaciones de acero y aluminio, aunque también se empleó el uso de fibra de carbono como innovación por aquella época. El morro del avión por ejemplo es de fibra de vidrio porque este material no apantalla la visión. El único problema que presenta la fibra de carbono es que no se puede predecir el fallo, al contrario que en las aleaciones nombradas anteriormente. El avión se diseñó para 6000 horas de vuelo, pero se ha podido ampliar en España hasta las 7000 horas con revisiones y aplicando lo que se conoce como tolerancia al fallo. Se predice el fallo en el material, se tolera controladamente y se modifica cuando es necesario.
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- ¿Cómo se consigue una relación con la resistencia manteniendo un peso ligero?
- Es el momento de la elección de los materiales, la fibra de carbono, aleaciones de acero, aluminio, níquel y cadmio nos permiten resistir mucho en comparación con su peso. De nuevo, esto fue innovador en el F-18 y fue realmente el gran salto hacia el presente actual. Dependiendo de las partes del avión se utilizan unos materiales u otros, por ejemplo, en los trenes de aterrizaje se compone de acero puro y duro para conseguir la mayor resistencia posible y que no haya ningún tipo de ruptura ni fallo.
- ¿Qué materiales se usan para los motores?
- “Diferentes tipos de acero y sus aleaciones, concretamente mezcla de disprosio con aluminio y níquel con molibdeno, platino e iridio para las partes donde se alcanzan las mayores temperaturas ya que no afectan a este material. También se usa un único revestimiento cerámico porque es muy pesado y porque también aguantan las mayores temperaturas. Por último, se usa titanio para mantener el motor frío por la parte exterior”.
- ¿Tienen todos los materiales en la cabina de avión como principal objetivo la visibilidad o la aerodinámica?
- “La aerodinámica predomina sobre la visibilidad, es mucho más importante, aunque la cabina cuenta con unos retrovisores fijos para ver en la cola del avión. Estos se colocan porque no te puedes girar para ver por ti mismo como en un coche”.
- ¿Cómo se determina la forma del avión para conseguir la aerodinámica que queremos?
- “Se necesitan un diseño conceptual, con líneas generales que se perfeccionan en un túnel de viento por si hubiese algo que perjudica al avión”.
- ¿Cómo se decide la configuración de las alas del avión?
- “Se decide en la fase de diseño, en este caso para un avión de superioridad aérea necesitamos alas en flecha que sirven para alcanzar grandes velocidades, como la supersónica, y que los materiales sufran menos gracias a la colocación de estas”.
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- ¿Se han tenido en cuenta consideraciones ambientales para la construcción?
- “Por supuesto que sí, al ir embarcado implica que el avión esté sobre el agua del mar, que tiene un 3% de sal en el agua marina. Esta corroe como la que más así que tuvieron muy en cuenta aceros especialmente inoxidables para la durabilidad de los materiales y con ello la del avión”.
- ¿Qué características permiten realizar maniobras complejas en situaciones de combate?
- “Se basa en dos cosas, un motor muy potente, en este caso se cuenta con dos para proporcionar al avión con el combustible y empuje necesarios para ello. Y las alas necesitan ser robustas, pero con amplitud de movimiento para poder dotar al avión con esta capacidad. El estabilizador horizontal puede darle 25 grados de movimiento a las alas, lo que es muchísimo comparado con aviones anteriores al F-18”.
- ¿Ha habido algún avance significativo en la construcción de este avión?
- “El HUD (Head Up Display) en su momento fue muy innovador hablando de los años setenta. Este sistema se aplicó después a coches de la segunda década del siglo XX cuando nuestro avión ya lo tenía. También el uso de lo que se llaman racks o cajas de zapatos para cuando haya un problema que solo sea necesario cambiar esa parte sin desmontar todo el fuselaje, un importante avance en esos años”.
- ¿Hay algo único en el F-18 en comparación con otros aviones?
- “El F-18 es un avión con un diseño antiguo, pero el interior del fuselaje es actualizable y se hace cada dos años, con lo cual ahora puede seguir en funcionamiento u operativo gracias a las nuevas implementaciones como los radares modernos. Se cuenta con todas las ventajas de un avión hecho para ir embarcado, como la fortaleza de sus materiales y la movilidad de ciertas partes como las alas y tren de aterrizaje que aportan maniobrabilidad en el vuelo”.
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7. ENTRADA EN MATERIA
7.1. PRINCIPIOS BÁSICOS DE AERODINÁMICA
Resulta evidente que, al hablar de aviones, la palabra aerodinámica esté presente ya que esta se asienta en las bases de la aviación. La aerodinámica moderna comienza en el siglo XVII, pero el ser humano ha aprovechado las fuerzas aerodinámicas desde hace miles de años, presentes incluso en obras de figuras como Aristóteles y Arquímedes. Como su propia etimología indica, se une el sustantivo “αερος” (aeros) que significa aire y el sustantivo “δυναμικος” (dinamikos) o “δυναμις” (dinamis), traduciéndose ambos como fuerza. Es decir, en su origen es la disciplina que estudia los gases (aire) en relación a las fuerzas, los movimientos.
¿CÓMO VUELA UN AVIÓN?
El objetivo de un avión es volar, obviamente, luego cómo hacer que este vuele es lo más importante. Desde antes de la invención del primer avión la raza humana siempre se había preguntado sobre la posibilidad de volar, cómo volaban otros animales y por qué al lanzar ciertos objetos unos se mantenían más tiempo en el aire que otros.
Para que cualquier objeto vuele debe vencer dos fuerzas; la de la gravedad y la resistencia al aire que sufre un cuerpo al desplazarse. Esto quiere decir que cualquier cuerpo orientado con suficiente velocidad podrá generar una fuerza de sustentación mayor a su peso, es decir, que pueda volar. Se define como fuerza de sustentación a la fuerza que se genera sobre un cuerpo que se desplaza a través de un fluido.
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La fórmula de la sustentación, o lift viene dada por:
Donde la sustentación (L = lift) depende de la densidad del aire (ρ), la velocidad (V), la superficie alar (A) y del coeficiente de sustentación (CL). El coeficiente de sustentación es mucho más complejo ya que es una variable que se obtiene normalmente de forma experimental.
Ahora bien, lo importante de volar es hacerlo de forma eficiente. Si se vence la fuerza de gravedad pero la resistencia al aire generada es muy grande, la fuerza que tendrá que generar este cuerpo para moverse teniendo la fuerza de sustentación generada será muy grande.
Por eso los aviones usan alas de diferentes formas y tamaños según su función. El objetivo último de la aerodinámica en aviones es estudiar cuál es el perfil alar que dará los resultados que se quieren conseguir.
CONCEPTOS NECESARIOS DE UN PERFIL ALAR
Imagen X. Nomenclatura acerca de un perfil. www.wikipedia.org
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Un perfil alar es una representación 2d de la sección de un ala. En este podemos encontrar diferentes partes:
• Borde de ataque: parte del perfil alar más adelantada que corta el aire.
• Intradós: parte inferior del perfil alar.
• Extradós: parte superior del perfil alar.
• Borde de fuga: punto en el que las corrientes del aire del intradós y extradós abandonan el perfil.
• Cuerda: recta que conecta los bordes de ataque y fuga.
• Camber: línea que separa el perfil a mitad.
También tener en cuenta:
• Ángulo de ataque: ángulo contra el que el perfil “corta” el aire.
• Capacidad de volar: cuerpo que genera una sustentación mayor a su peso y resistencia al aire.
• Downwash: aire desviado por la acción aerodinámica de un perfil alar hacia abajo.
Lo importante aquí viene por la explicación sobre cómo un perfil alar consigue la fuerza de sustentación necesaria para que vuele. En muchos artículos periodísticos, páginas web, redes sociales e incluso de propia voz se dicen diferentes teorías sobre cómo los aviones vuelan que son incorrectas. Es por eso que es necesario mencionarlas y exponerlas para evitar la desinformación e información falsa.
7.1.1. TEORÍA 1_ TEORÍA DE IGUAL TRÁNSITO
Esta teoría parte de que las partículas del aire que pasan por el perfil alar llegan al borde de fuga al mismo tiempo y de que el extradós en el perfil es más largo que el intradós. Debido a esto, las partículas del aire que pasan por arriba del perfil alar tienen una mayor velocidad que las de abajo.
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Sustentación
Flujo Constante Superior
Flujo Constante Inferior
Baja Presión
Alta Velocidad
Distancia Mayor
Alta Presión
Baja Velocidad
Imagen XI. Teoría de igual tránsito. www.grc.nasa.gov
Distancia Menor
Hay que considerar el principio de Bernoulli. Este se cumple cuando el fluido es no viscoso, el flujo es constante e incomprensible (la presión es constante). Podemos decir que el aire es, a gran escala, un fluido “ideal”, no viscoso (realmente lo es, pero muy poco). El principio dice que a mayor velocidad se mueve un gas, en este caso el aire, la presión disminuye. Entonces esta diferencia de presiones, entre la parte de arriba (menor presión) y la de abajo (mayor presión) produce la sustentación. La fórmula de la sustentación viene dada por:
Donde V = velocidad del fluido, ρ = densidad del fluido, P = presión (en este caso en la línea del perfil alar), g = aceleración gravitatoria y z = altura
¿POR QUÉ ESTA TEORÍA ES FALSA?
Los perfiles alares no necesariamente tienen el extradós más largo que el intradós. Existen perfiles alares simétricos que generan sustentación. Para comprobarlo experimentalmente se ha usado un simulador.
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Se observa que, aunque el perfil alar sea simétrico, puede volar. Por otro lado, si esta teoría fuese cierta, los aviones al volar en invertido (al revés) no tendrían ningún tipo de sustentación, pero sí que es posible volar en invertido.
Por otro lado, la premisa de que las partículas del aire llegan al borde de fuga a la vez es completamente falsa. El profesor Holger Babinsky en la Universidad de Cambridge hizo un experimento para refutar esto. En este se utiliza humo, dejando pequeñas cantidades pasar por un perfil alar e iluminándolo. Además, el profesor menciona: “Comienzo enseñando esta explicación y preguntando quién había escuchado de ella antes. El 95% de la audiencia levanta siempre su mano, únicamente unos pocos saben que es incorrecta.”
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Imagen XII. Experimento en Student Airfoil Interactive, Glenn Research Center. www.cam.ac.uk
Imagen XIII. Experimento de la velocidad del aire en un perfil alar. Universidad de Cambridge. www.cam.ac.uk
CONCLUSIÓN
Partes de esta teoría son ciertas, como la diferencia de presiones que genera una fuerza hacia arriba debido a la diferencia de velocidad de las partículas extradós e intradós del perfil alar. El problema es que intenta explicar la diferencia de velocidades desde un principio físico inexistente.
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7.1.2. TEORÍA 2_ TEORÍA DE REDIRECCIÓN O REBOTE
Esta teoría afirma que la sustentación se genera mediante una simple acción-reacción de las partículas del aire. Estas chocan con la parte de abajo del perfil alar generando un momento hacia arriba, la sustentación es la reacción de las partículas del aire chocando contra el perfil alar.
Imagen XIV. Teoría de redirección o rebote. www.grc.nasa.gov
Por tanto, la teoría solo considera al intradós como único responsable de generar la sustentación, el extradós no se considera. La forma de la parte de arriba por tanto podría tener cualquier forma sin que la sustentación se vea afectada, siendo esto falso. Consecuentemente, tampoco se tiene en cuenta si el ángulo de ataque es negativo.
Además, sabemos que a velocidades subsónicas las partículas del aire nunca tocan el perfil alar, es decir, no pueden chocar. Esto se debe a la capa límite. Es una región delgada que tiene cualquier cuerpo en movimiento en el aire, que de forma simplificada, impide que las partículas choquen directamente contra un fluido.
Imagen XV. Capa límite en un perfil alar. www.greatbustardsflight.com
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Sustentación Resultante
Flujo de Salida
Flujo de Entrada
Por el contrario, esta teoría no es completamente falsa. A altitudes y velocidades extremadamente altas, alrededor de 80 km de altitud y 16000 km/h (velocidades hipersónicas) esta teoría sí que da predicciones correctas, donde la interacción de las partículas del aire y un cuerpo son completamente diferentes. Pero no lo explica para condiciones de vuelo más normales (alrededor de 10 km de altitud y 800 km/h).
7.1.3. TEORÍA 3_ TEORÍA DEL EFECTO VENTURI
Imagen XVI. Teoría del efecto Venturi. www.grc.nasa.gov
En esta ocasión se explica la sustentación por el efecto Venturi. Este efecto dice que la velocidad de un fluido aumenta a medida que disminuye la sección transversal del recipiente por el que circula. Simplificadamente, si existe algo que actúe como un embudo en un fluido en movimiento, la velocidad se verá aumentada en este.
Imagen XVII. Imagen conceptual del efecto Venturi. www.wikipedia.org
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Flujo de Entrada
Flujo de Salida
Flujo Libre
Alta Velocidad - Baja Presión
Pues bien, la teoría dice que la parte inicial del extradós funciona como una tobera (embudo), acelerando las partículas del aire en la parte de arriba. Al aumentar la velocidad en la parte de arriba baja la presión por el principio de Bernoulli y la diferencia de presiones entre las dos partes del perfil alar crea la sustentación.
Esta teoría no explica qué ocurre cuando el perfil alar no es tan grueso como para crear el efecto Venturi.
Al contrario que la anterior teoría, solo considera la creación de sustentación en la parte superior del perfil alar. Entonces el intradós no tendría que tener una forma específica para poder volar, siendo falso. Es una explicación incorrecta basada en habla popular y un mito.
Imagen XVIII. Simulación en Student Airfoil Interactive, Glenn Research Center
7.1.4. EXPLICACIÓN REAL_ DOWNWASH Y PRESIONES
La explicación correcta, o mejor dicho, la explicación mejor interpretada es la que no comete errores al utilizar los conceptos y principios físicos en los que se basa. A su vez, el debate sobre la explicación correcta sigue existiendo luego se intentará dar la explicación que más se acerque a la realidad en cuestión a los conocimientos que se han obtenido.
Al mismo tiempo, una teoría es correcta si al intentar probarse con la realidad esta se comporta tal y como se ha predicho, luego la experimentación siempre que se pueda, será un factor crucial para determinar su veracidad.
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De alguna forma las anteriores teorías tienen partes y principios veraces si son observados de forma independiente. Por tanto, esta explicación utilizará algunos de estos también.
Debido a la forma alar de un perfil y el principio de Bernoulli este sí que crea una diferencia de presiones que genera una fuerza de sustentación, pero esta se puede explicar de una forma muy sencilla, casi lógica.
Para demostrar esta diferencia de presiones experimentalmente se contó con una simulación CFD6 en SolidWorks, llamada SolidWorks Flow Simulation7. Este es un software para modelado mecánico en 2D y 3D, permitiendo la simulación de fluidos utilizada en la aerodinámica moderna.
Imaginemos que un perfil alar está en movimiento con respecto al aire. Este se estará encontrando constantemente con partículas del aire. Si el perfil alar tiene cierto ángulo de ataque (recordemos que es la inclinación con la que el perfil corta el aire) de forma lógica las partículas del aire que se encuentren en la parte baja del perfil se condensarán aumentando la presión en esta zona mientras que, en la zona de arriba, el perfil crea “espacio” para las partículas haciendo que estas estén más repartidas, bajando la presión8
Imagen XIX. Simulación. Diferencia de presiones de un perfil alar a 1000 km/h.
6. CFD, del inglés “Computational Fluid Dynamics”.
7. https://www.solidworks.com/es/product/solidworks-flow-simulation
8. Esto se debe a que una de las propiedades de la materia en los gases es adaptarse a la forma y volumen del recipiente y a su vez se difunden fácilmente.
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Esto crea la diferencia de presiones necesaria para generar fuerza de sustentación explicable con el principio de Bernoulli.
A la vez se explica argumentando que un perfil alar tiene una forma de reflectar el aire hacia abajo, pero no actúa solo una parte de este sino las dos a la vez. Esto es porque el aire es un fluido (un gas), luego el perfil alar en su conjunto expulsa el aire hacia abajo.
Imagen XX. Simulación. Velocidad de las partículas del aire en un perfil alar.
A mayor velocidad y mayor ángulo de ataque la sustentación generada es mayor.
Cuando un avión vuela, es el centro de cuatro fuerzas. La sustentación que ya conocemos y el empuje generado por un motor, en este caso un motor a reacción, ayudan al avión a volar mientras que la gravedad y el drag (la resistencia del aire generada por la fricción de un cuerpo en movimiento con el aire) intentan tirar del avión, haciendo que disminuya su velocidad y tirando de este hacia el suelo.
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Imágenes XXI y XXII. Simulación. Vórtices creados por un perfil alar al cortar el aire.
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Imágenes XXIII, XXIV y XXV. Simulación. Imágenes extra.
MATERIALES
Es obvio que los materiales empleados en la construcción de un avión de caza son esenciales para explotar sus capacidades al máximo. A continuación se muestra una imagen con las partes de un caza y los materiales que se usan en cada una de ellas.
Titanio
Aluminio-Litio
Aleaciones de Aluminio
Compuestos (Fibra de Carbono)
Plástico reforzado
Imagen XXVI. Esquema de los materiales empleados en cada parte de un caza. www.diarioabcv.blogspot.com
Comenzando por el titanio, conocido por su alta resistencia y capacidad para soportar condiciones extremas, es un material que aporta gran fiabilidad y longevidad a la aeronave, con una resistencia a la tracción de entre 210 a 1300 MPa (Mega Pascales). Se utiliza en zonas críticas como en las uniones de las alas y en algunas partes de los motores como las turbinas.
El aluminio y sus aleaciones (como la aleación aluminio-litio), es un material realmente resistente y ligero, lo que proporciona al caza una ventaja de peso y resistencia en su estructura. Se usa en la superficie exterior y en algunas secciones internas de la estructura con una resistencia a la tracción de entre 160 a 200 MPa.
Los materiales compuestos, como la fibra de carbono, son materiales que se han ganado su puesto en la industria aeronáutica por ofrecer una resistencia impensable en relación con su peso, incluso más eficiente que el aluminio, llegando hasta los 2400 MPa de resistencia a tracción, por lo que compone la mayor parte del avión, pero más aún es
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utilizado en las alas, cola y fuselaje. Estos materiales también componen los plásticos reforzados, como la fibra de vidrio utilizada en revestimientos interiores y partes donde sea esencial la unión de la estética con la ligereza.
Por último, el acero y algunas de sus aleaciones como el acero al carbón son aquellos materiales que aportan al avión una resistencia extra en las partes en las que se emplea, cuenta con una resistencia a tracción de hasta 1770 MPa con algunas aleaciones. Normalmente, se usa en estructuras internas que necesiten ser reforzadas y en el tren de aterrizaje, ya que está sometido a aguantar cargas realmente pesadas, lo que hace que el acero sea un material idóneo para este trabajo.
7.2.1. ENSAYO DE TRACCIÓN
Para corroborar los datos recopilados, se ha realizado un ensayo para poner a prueba la resistencia a tracción de tres materiales distintos que componen partes del caza; el aluminio, acero inoxidable y acero al carbón, para así poder verificar que la selección de estos materiales está justificada atendiendo a sus propiedades mecánicas y aportes al avión. Pero primero de todo, ¿qué es un ensayo de tracción?
Un ensayo de tracción es un ensayo mecánico realizado en una máquina universal que consta de dos mordazas, una fija, normalmente la de abajo y una que aplica una fuerza de tracción a un material para medir su respuesta, como se puede ver en la siguiente imagen.
Con ello, se mide la idoneidad del material para la aplicación prevista.
Imagen XXVII. Foto de máquina universal “Ibertest” para ensayos de tracción.
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Se pueden medir varias propiedades mecánicas con este ensayo, pero en este caso nos centraremos en la resistencia a tracción.
Para poder realizar un ensayo de tracción correcto, primero se prepararon las muestras, cogiendo probetas de la misma longitud y superficie para cada material.
A continuación, se hace un estudio para predecir por dónde debería romperse la muestra para que el ensayo se verifique y se pueda decir que el material ha pasado la prueba.
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Imagen XXIX. Foto de ecuación para calcular el área de rotura en la probeta.
Imagen XXVIII. Foto de probetas de acero al carbón, acero inoxidable y aluminio.
Antes de nada, es imperativo saber interpretar los valores de las gráficas por lo que a continuación se adjunta una imagen de una gráfica modelo para explicar cada parte.
Gráfica IX. Gráfica modelo de ensayo de tracción. www.juntadeandalucía.es
Para empezar, la gráfica expresa la tensión (��) aplicada en función de la elongación del material (��). Comenzando de izquierda a derecha, en la primera pendiente se puede observar una relación lineal entre la tensión aplicada y la deformación del material, a esta zona se le llama zona elástica ya que las deformaciones que sufra el material mientras se le aplica un valor de tensión hasta ese punto, son elásticas, es decir, el material podría volver a su forma original.
A la pendiente se le llama límite elástico o módulo de Young. Una vez pasado el punto máximo de la pendiente, toda deformación que sufra el material será plástica, cuando se entra en la zona plástica las deformaciones experimentadas por el material serán permanentes. En este caso específico, vemos que en el punto más alto de tensión aplicada el material no ha roto, por lo que se le sigue aplicando tensión hasta que llega al punto F, donde rompe sometido a una tensión menor.
Otro punto a considerar sería la tenacidad, que viene dada por el área encerrada bajo la curva, teniendo como límite una recta trazada desde el punto de rotura hasta la parte más baja de la gráfica, pero con la condición de que tenga que ser paralela al primer tramo, es decir, que tenga la misma pendiente. Si se integra este área, se obtendrá la tenacidad por unidad de volumen del material.
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Una vez las muestras han sido introducidas en la máquina, se prepara el software necesario para poder medir la propiedad requerida y se inicia el ensayo.
Cuando se terminaron las tres pruebas indicadas, se obtuvieron los siguientes resultados:
El acero inoxidable tuvo una resistencia a tracción de unos 460 MPa y partió por la zona esperada en los cálculos previos, deformándose en un 70%, siendo el material que más se estiró de los tres.
Tuvo un límite elástico de casi 250 MPa y rompió contra una tensión de 230 MPa aproximadamente.
Gráfica X. Resultados del ensayo de tracción del acero inoxidable
Imagen XXX. Foto realizada en ensayo de una probeta de acero inoxidable tras su rotura por la tensión.
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El acero al carbón también partió por donde se esperaba y tuvo una resistencia a tracción de unos 250 MPa, pero acabó partiendo sobre una tensión de 120 MPa aproximadamente. Es importante destacar un fenómeno que se da en este tipo de aleaciones, llamado doble límite elástico, que se observa en la curva después del primer tramo de la gráfica. Este material se deformó un 36% en comparación con el inicio de la prueba.
Gráfica XI. Resultados del ensayo de tracción del acero al carbón
Imagen XXXI. Foto realizada en ensayo de una probeta de acero al carbón tras su rotura por la tensión.
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Y por último, el aluminio no partió por la zona esperada, aunque tuvo una resistencia a tracción de unos 150 MPa, partió sometido a una tensión de aproximadamente 100 MPa. Su módulo elástico se observa en el primer tramo, llegando hasta los 80 MPa como máximo, a partir de ese valor, pasaría a la zona plástica. Como se puede ver, el aluminio fue el material que menos se deformó, alrededor de un 25%.
Gráfica XII. Resultados del ensayo de tracción del aluminio
Imagen XXXII. Foto realizada en ensayo de una probeta de aluminio tras su rotura por la tensión.
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7.2.2. FABRICACIÓN DE MATERIAL
Se hizo un ensayo para fabricar una pieza que mezcla varios materiales, aluminio y fibra de carbono, para probar algunas propiedades de estos. La pieza en cuestión es una especie de “sándwich” como se muestra en la siguiente imagen que, pesando 235 g, es capaz de aguantar el peso de dos personas simultáneamente, 160 kg. Lo sorprendente es que la pieza soportaría el peso de un coche pasando por encima sin problemas.
Imagen XXXIII. Foto del “sándwich” fabricado en el laboratorio.
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Para realizar este ensayo de forma correcta, se siguieron pasos muy estrictos ya que, cometiendo el menor error, el resultado final podría verse muy afectado y sus propiedades no serían las óptimas.
Primero, se selecciona el laminado, que no es más que un apilamiento de láminas de fibra de carbono, en este caso preimpregnadas o comúnmente conocidas como “prepreg”. La fibra ha de atemperarse, por lo que se deja una hora aproximadamente ya que, de no ser así, el material sería muy frágil y no podría cortarse de manera eficaz. Una vez cortada se empieza a laminar y se deja en el molde para la forma de la pieza que se quiera fabricar. Se añaden dos capas para tapar los poros y, una hora más tarde, se añaden dos capas de desmoldeante para más tarde poder despegar la fibra.
Imágenes XXXIV y XXXV. Fotos del proceso de laminado.
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Una vez se termina el laminado se comienza a crear una bolsa de vacío, un componente clave en la fabricación de materiales compuestos cuya función es eliminar todo aire y gas que se haya quedado encerrado entre las capas del material, con esto se mejora la calidad del resultado final.
Imagen XXXVI. Una bolsa de vacío. www.vivere.com.mx
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Después viene el curado, un proceso donde se aplica temperatura y presión en el laminado para obtener sus propiedades idóneas, esto aumenta la rigidez y propiedades mecánicas de la pieza como su resistencia a tracción y torsión. Cada fibra precisa de un tipo de curado distinto y es necesario que la temperatura sea adecuada y que la bolsa esté aplicando vacío constantemente.
Por último, se realiza un proceso de enfriamiento gradual el cual evita tensiones térmicas no deseadas en la pieza.
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7.3.
ESTRUCTURA
Y DISEÑO
7.3.1. MOTORES
Conocer una breve introducción a la historia de los motores es vital para entender el porqué del uso de ciertos motores en aviones de caza como el F-18-A. La famosa empresa fabricante de motores “General Electrics” partía de unos que se estresaban9 con mucha frecuencia debido a las maniobras de los pilotos y cuya respuesta era muy lenta a la hora de proporcionar aceleración al caza.
Otro problema fue que este avión, al ser polivalente, realizaba vuelos con altos ángulos de ataque y esto causaba frecuentes paradas en el compresor10 del motor. Por todo ello, la empresa fabricó los nuevos motores F404 con una gran resistencia a paradas o pérdidas del compresor y ofrecía una gran velocidad de respuesta para aceptar cualquier tipo de cambios.
Imagen XXXVII. Foto del motor F404-GE-402 de General Electrics. www.m.indiamart.com
9. Cantidad que describe la magnitud de las fuerzas que causan la deformación, la fatiga en este caso en los materiales.
10. Componente encargado de la sobrealimentación de los motores.
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Existen muchos tipos de motores F404, pero los utilizados para el F-18-A proporcionan mayor potencia y mayor eficacia de combustible gracias a los materiales utilizados como aleaciones de aluminio, níquel, titanio y aceros con un postquemador que inyecta un aporte de combustible extra una vez se acelera. Estos motores tienen un empuje de unos 5000 kg con capacidad de empujar hasta 8150 kg usando el postquemador.
El fuselaje o cuerpo del avión cuenta con una unidad de accesorios montados justo delante y detrás de los motores donde se encuentran las bombas de combustible, hidráulicas, generadores eléctricos y turbinas de arranque, a esta unidad se le llama “AMAD” (Airframe Mounted Accesory Drive). Su función es simplificar el movimiento, al estar fuera del motor, no es necesario desmontarlos en caso de necesitar un cambio de motor. Esta unidad está conectada al motor a través de unos ejes de transmisión por lo que solo sería necesario desconectar ese eje dejando las demás partes sin modificar
Imagen XXXVIII. Esquema del fuselaje del F-18-A Hornet. www.greatbustardsflight.blogspot.com
Por último, es interesante conocer que estos motores llevan instalados un sistema en contra de los incendios que consiste en una única botella que el piloto pueda descargar en la parte necesitada. Cuentan también con un sistema de monitorización de status en vuelo que predice el fallo crítico y realiza un seguimiento de vida útil de las piezas del motor con fines de duración y longevidad.
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7.3.2. DISEÑO DEL FUSELAJE
En este capítulo se tratarán las consideraciones más relevantes al diseñar el avión. Comenzando por la estructura, la forma del avión se determina a partir de un diseño conceptual y después, en un túnel de viento se perfeccionan las líneas de diseño por si hubiera fallos que desembocasen en una bajada de la aerodinámica del avión. Como bien se mencionó en apartados anteriores, el uso de materiales compuestos en este avión fue muy importante y cabe destacar que implicó una innovación en la industria aeronáutica en los años ochenta.
Otro factor a tener en cuenta en el diseño de este avión es que lo construyeron para que sea actualizable, es decir, por fuera el diseño se sigue viendo igual, pero las partes internas del avión se han ido renovando de modo que, a día de hoy, cuarenta años más tarde, este avión sigue operativo tanto en la marina estadounidense como en el Ejército del Aire español.
El caza se diseñó y pensó para ser embarcado en un portaaviones, con lo que necesitaría ocupar poco espacio. Esto se consiguió modificando partes como las alas, que son retráctiles, pueden doblarse hacia arriba para acoplar el avión mejor.
Y lo más importante, el tren de aterrizaje, es una
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verdadera obra maestra a niveles de diseño, siendo posible la retracción completa de esta parte y no solo eso, sino que este puede rotar en sí mismo con el fin de ocupar el menor espacio posible dentro del fuselaje.
También hablaremos del diseño a nivel de maniobrabilidad, una alta capacidad para maniobrar es vital en un avión de combate por lo que uno de los principales objetivos en su diseño es este. Esto se consigue gracias a sus motores, ambos son muy potentes como se mencionó en el apartado anterior y son esenciales para lograrlo. El avión tiene una pequeña ventaja al tener dos motores porque, si fallase uno, podría volar con el motor restante gracias a su potencia. Otro requerimiento es tener superficies de mando, unas alas con amplitud de movimiento, sobre todo para un caza polivalente como este que usará grandes ángulos de ataque.
Por último, es importante conocer la “vida segura” de los materiales usados en el avión. Se realizan estudios de las partes del avión que se parten o agrietan antes por las horas de vuelo, esto se predice y se tolera en algunas zonas como las alas, a esto se le llama tolerancia al fallo. Por supuesto, se habla de grietas y roturas mínimas que no perjudiquen en la seguridad del vuelo. Un ejemplo de ello se ve en la imagen siguiente, hay una pequeña pletina colocada en el ala del avión para evitar roturas en esa parte, ya que se prevé que los daños comiencen por esa zona del ala.
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Imagen XLI. Un F-18 español patrullando el cielo lituano en la misión de la OTAN. Ejército del Aire y del Espacio
8. CONCLUSIONES
CONCLUSIONES DE
AERODINÁMICA
En conclusión, el estudio de la aerodinámica en la aviación es esencial para comprender cómo los aviones logran volar de manera eficiente y superar las fuerzas de la gravedad y la resistencia al aire. La evolución de la aerodinámica ha sido crucial en la historia de la aviación, y su comprensión sigue siendo fundamental para el diseño y funcionamiento de aeronaves modernas.
En el apartado específico sobre las teorías de cómo vuelan los aviones, se ha demostrado que algunas ideas populares, como la teoría de igual tránsito, la teoría de redirección, y la teoría del efecto Venturi, son inexactas. La explicación más precisa se basa en principios físicos fundamentales, como el principio de Bernoulli, al igual que las demás, pero busca utilizarlos de manera coherente y de forma que se corresponda a la realidad. Considera, entre otros, el ángulo de ataque y la velocidad como factores clave en la generación de sustentación.
Es importante destacar que el conocimiento de la aerodinámica no solo es crucial para diseñadores e ingenieros aeroespaciales, sino también para desmitificar conceptos erróneos que circulan en la sociedad sobre el vuelo de los aviones. La simulación y la experimentación, respaldadas por herramientas como la simulación de fluidos en programas como SolidWorks, son esenciales para validar y comprender la realidad de las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre aeronaves o cualquier otro tipo de tecnología.
En resumen, el proyecto aborda de manera integral la importancia de la aerodinámica en la aviación, desmitifica teorías incorrectas y destaca la necesidad de comprender y aplicar principios aerodinámicos para garantizar un vuelo eficiente y seguro en la industria aeroespacial.
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CONCLUSIONES DE MATERIALES
El apartado dedicado a los materiales en la construcción del avión F-18 revela la meticulosidad y la precisión con las que se seleccionan y utilizan los distintos materiales para garantizar un rendimiento óptimo en condiciones extremas. Desde el titanio hasta los materiales compuestos, como la fibra de carbono, que ofrecen una relación excepcional entre resistencia y peso, cada material desempeña un papel crucial en la integridad estructural y el rendimiento aerodinámico del avión.
Los ensayos de tracción realizados para evaluar la resistencia de los materiales subrayan la importancia de validar las propiedades mecánicas de los materiales seleccionados. Estas pruebas confirman la idoneidad de los materiales para soportar las demandas operativas del F-18, proporcionando una base sólida para su integración en la estructura del avión. La laminación, el curado y el enfriamiento controlado son pasos críticos en la creación de piezas que combinan resistencia, ligereza y durabilidad, fundamentales para el rendimiento y la seguridad del avión en operaciones militares.
En resumen, el apartado sobre materiales en el avión F-18 pone de relieve la importancia de la selección cuidadosa de materiales y procesos de fabricación en la construcción de aeronaves de alto rendimiento. La combinación de materiales avanzados, pruebas rigurosas y procesos de fabricación precisos son elementos clave en la creación de un avión militar de vanguardia como el F-18, garantizando su capacidad para enfrentar los desafíos más exigentes.
CONCLUSIÓN GENERAL
Alo largo de este trabajo, se han encontrado dificultades que se tuvieron que superar poco a poco, desde la complejidad del tema y saber divulgarlo hacia una audiencia concreta hasta unas dificultades específicas en cada apartado de menor relevancia.
En definitiva, el F/A-18 Hornet emerge como un símbolo de la excelencia y la innovación en la aviación militar. Su legado trasciende las décadas desafiando los límites de la tecnología aeroespacial. A través de este proyecto, se ha explorado no solo la complejidad técnica del avión, sino también su significado histórico y su impacto en la industria. Además, se han añadido conceptos teóricos y didácticos más generales sobres las aeronaves. En última instancia, el F/A-18 Hornet no solo representa un hito en la evolución de las aeronaves de combate, sino también un recordatorio perdurable del ingenio humano y el espíritu de superación que impulsa el progreso en el mundo moderno.
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10. ANEXO
Anexo 1
¿QUÉ
SON LAS LÍNEAS NEGRAS EN EL CANOPY?
Es una pregunta poco común y no muy respondida en redes sociales, pero se pueden encontrar algunos foros donde los usuarios se hacen esta pregunta.
Aclarando, se refiere a este tipo de “líneas” presentes en el canopy11 de ciertos cazas.
En este caso se contó con la ayuda del ingeniero del Ejército del Aire José Luis Buendía Soriano.
Los aviones cazas y ciertas aeronaves militares pueden eyectar el asiento del piloto y/o copiloto para salvar su vida si se pierde el control de la aeronave o está en situaciones de peligro donde la única opción lógica es la de la eyección.
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Imagen XLII. Cordón detonante. quora.com
11. El canopy, cubierta o cúpula es la zona exterior que da visibilidad al piloto desde la cabina.
Imagen XLIII. Cordón detonante visible en un AV-8B Harrier II. US Navy
Esta eyección, no obstante, sigue siendo peligrosa por varias razones; la de más peso es la enorme aceleración que sufren al salir despedidos de la aeronave.
El asiento en la parte de abajo tiene o bien una carga explosiva o un motor cohete12 .
Al accionar una palanca que activa dicha carga, la repentina aceleración es tan extrema que hace posible daños en la columna vertebral u otras partes del cuerpo, ya que este mecanismo hace que la cúpula salga despedida seguida del asiento del piloto.
Estas líneas negras existen porque hay ocasiones en las que la cúpula no se rompa, tenga algún defecto o posibilidad de salir más lenta. Estas líneas negras, llamadas cordón detonante tienen la función de debilitar el canopy por si ocurre algún tipo de fallo.
Unos refuerzos de hierro encima de la cabeza del piloto llamados cuernos son los que terminarían de romper la cúpula.
12. Es un motor extremadamente potente, de casi instantánea activación y que no deja de funcionar hasta que no utiliza todo el combustible, es decir, no se puede desactivar si comienza a ejecutarse.
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Imagen XLIV. Prueba de eyección del asiento de un F-35 de los Estados Unidos. Martin Baker
Anexo 2
https://www.youtube.com/watch?v=jIxwVfTuK6Q&t=1s
Vídeo explicativo de la gráfica para ensayos de tracción.
Universidad Politécnica de Valencia.
Imagen XLV. Ensayo de tracción: diagrama tensión-deformación. Autor: Busquets Mataix David Jer ó nimo. www.youtube.es
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