Flexión y larguero

Escrito por Eduardo NúñezMartes, 26 de Marzo de 2013 10:04 - Actualizado Miércoles, 04 de Marzo de 2015 18:10

Uno de los mayores esfuerzos que tiene que soportar un ala en vuelo es el de la flexión. Giroscerrados, loopings, despegues con goma o torno, son situaciones que van a exigir mucho al alay por tanto tiene que ser resistente para soportarlos, además de ligera. En este artículotrataremos de optimizarlo, aclarando unos cuantos conceptos, de manera accesible.

El punto de partida es que el encargado de soportar los esfuerzos de flexión de ala es ellarguero principial, por tanto hay que entender cómo funciona éste.

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Viga en doble T

La viga en doble T es apliamente utilizada en la construcción (puentes y viaductos), ingenieríay también en aviación. En este concepto es en el que se basa la construcción del larguero delala.

Cuando esta viga está apoyada en sus extremos y se le aplica una carga puntual en el centro,ésta se deformará formando una U, algo muy parecido a la típica flexión de las alas.

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Lo que ocurre dentro de la viga es que las fibras de la parte inferior trabajaran en tracción,mientras que las de la parte superior lo harán en compresión y en sentido longitudinal, a lolargo de la viga. En el centro no se darán estas fuerzas. Por tanto, estas fibras trabajarán mejorcuanto más alejadas estén del centro. Cuando las fuerzas de tensión, sobre todo, superan ellímite del material, es cuando se produce la rotura. De aquí ya se pueden sacar varias conclusiones que iremos analizando: - Interesa que las fibras superiores estén lo más separadas posible de las inferiores - Mejor cuanto mayor número de fibras haya en los extremos superior e inferior - La parte media, el alma, no tiene por qué ser del mismo material que el resto - La unión de todo el conjunto tiene que ser fuerte

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En esta imagen de un programa que analiza piezas y estructuras, podemos ver una viga endoble T la cual está fijada por el extremo derecho, mientras que por el izquierdo se le haaplicadouna fuerza que lo flexiona. Como se puede ver las tensiones del material sonsuperiores en el lado más cercano al extremo fijo. Además estás tensiones son máximas en lascaras superior e inferior, mientras que en la parte vertical de la viga, el alma llegan a ser nulas.

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En esta otra imagen se ve cómo se distribuyen las tensiones en un ala, también fija en elextremo derecho y con una fuerza aplicada el el extremo izquierdo. Sería la situación de sujetarel ala por los marginales, levantando el modelo entero. En este caso el fuselaje estaría en ellado derecho y sólo se ha representado la semiala derecha. Se pueden ver las zonas del alaque están sometidas a mayores esfuerzos, la parte central y las zonas del extradós e intradósde mayor espesor, es ahí donde tendrá que estar situado el larguero para su máximaefectividad. Además, parte del recubrimieno también estaría trabajando. Fibras superiores muy separadas de las inferiores

Si vamos a utilizar una sola varilla para reforzar un ala de foam, cuanto más gruesa, másresistencia dará. Si se va a utilizar una varilla rectangular habrá que colocarla en posiciónvertical.

Pero si aprovechamos todo el espesor que tiene el perfil, y cuanto más espesor másresistencia, podemos colocar dos varillas de menor diámetro que si utilizásemos una sola ypara el caso de la sección rectangular, ahora la posición idónea sería tumbadas. Llegado elcaso también sería válido colocar por el extradós e intradós cinta de fibra unidireccional amodo, ya que al laminarla se conertiría en una varilla de sección rectangular de gran ancho ypoco alto, en posición tumbada, cumpliendo los objetivos.

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Anchura del larguero

Un larguero formado por dos varillas de sección rectangular de7x5mm, colocadas en posiciónvertical, tendrán 35mm2 cada una, pero si en vez de éstas montamos dos de 10x3mm enposición horizontal, tendremos 30mm 2, existirá un menor número totalde fibras pero habrá muchas más trabajando en las mejores condiciones, por tanto, con menospeso aumentaremos la resistencia.

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Larguero en velero real

Larguero en velero rc Avionik F5B Alma del larguero

No es necesario que el larguero sea carbono macizo, por ejemplo, la parte central no estásometida a esfuerzos de tracción o compresión, sólo a flexión, por tanto se pueden utilizarvarillas huecas, rellenos de materiales más ligeros, como foam o balsa o utilizar una anchurainferior al ancho de las partes superior e inferior, también llamadas alas.

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Solidez de todo el conjunto

Dado que la parte superior trabajará (casi siempre) en compresión, se corre el riesgo de que seintente desprender de la parte media. Por eso en los F5J se enrolla todo el conjunto con hilo deKevlar y en otras modalidades se envuelve con fibra y se lamina. Para alas con menosexigencias es conveniente esa parte media sea madera de contrachapado en vez del mismofoam, ya que el foam es un material de poca cohesión y podrían deslaminarse la parte superiordel larguero.

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La cinta adhesiva con filamentos de fibra usanda en las Zagis, puede tener cierta resistencia ala tracción, pero no a la compresión ya que se arrugaría, dada su nula rigidez. Por tanto noaporta mucha resistencia y sí peso. De modo que queda restringida a pequeños modelos, debajo alargamiento. Además el adhesivo que utilizan se ve muy afectado por los UV del sol, quelo reseca, llegando un momento en el cual ya no es funcional. En otras palabras, tiene fecha decaducidad, así que no será la solución idónea para un modelo que esté destibado a perdurar. El larguero en el ala

Aunque en algunos modelos, sobre todo acrobáticos y entrenadores, es habitual levantar elmodelo sólo sujetado de los marginales, en vuelo la sustentación se distribuye a lo largo del alade una forma más o menos elíptica. La forma que hay para probar un larguero en un avión decontrucción amateur es colocándolo en invertido y distribuyendo cargas mayores en el centroque en los extremos.

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Dado que el momento flexor, así se llama, es menor en los extremos que en el centro, ellarguero no necesitará ser tan robusto en los marginales como en el centro del ala. Es habitualque la sección vaya disminuyendo según se acerca a estos. En el caso de la cinta de fibra,podrá tener forma trapezoidal, estrechándose hacia los marginales Cálculo

Llegado este punto tendremos muchas ganas de calcular el larguero necesario para el modelo.Aquí empiezan los problemas, el más importante es que hacen falta datos y los datos correctosno son fáciles de conseguir, como por ejemplo los relativos a los materiales que estamosusando, ya que hay maderas de muchísimas clases y calidades, lo mismo que las fibras.

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En este cuadro se muestran las propiedades de la madera de balsa. ¿Será la la misma que laque tenemos en nuestras manos?

Por otra parte está la solidez del conjunto no es lo mismo un larguero en el que esténsimplemente pegadas sus tres partes, a que estén envueltas con hilo de kevlar o tubular defibra, y ya no digamos si simplemente se trata de dos varillas pegadas directamente al foam.Por si esto no fuera poco también estarían las característcas de vuelo, los G´s máximos a losque se va a volar, etc.

Pero no nos desanimemos porque hay otra forma de obtener buenos resultados, que esbasándonos en experiencias satisfactorias con modelos similares. Es decir, utilizar el mismosistema de contrucción y materiales de otro modelo similar al que queremos contruir y queademás tiene un tipo de vuelo muy parecido. De esta forma es muy difícil equivocarse.

Tampoco tenemos que buscar un ala que no flexe nada, al menos aparentemente, a menosque queramos contruir un avión acrobático, pues en veleros se trabaja con flexiones, algunasde ellas absolutamente sorprendentes.

Enchapado como larguero

Si las partes superior e inferior del larguero, las vamos ensanchando más y más, iremosaumentando la resistencia, si las ensanchamos hasta el punto en el que tienen la mismalongitud que el perfil del ala y las curvamos, tendríamos el enchapado del ala. De esta forma,un buen enchapado puede hacer las veces de larguero. De hecho hay veleros RC de foam conalas enchapadas en madera que no llevan larguero, propiamente dicho. Más a menudo ocurrecon aeromodelos tipo entrenador y acrobáticos, que tinen menor alargamiento. Unrecubrimiento compuesto por múltiples capas de fibra de carbono y sin larguero es la técnicaque emplea Alexis Marechal en veleros comerciales como por ejemplo el conocido Miraj.

Resistencia a la torsión

Si un largero bien diseñado y construido, será capaz de absorber todos los esfuerzos de flexión

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a los que se vea sometida el ala en vuelo, pero no servirá para soportar los esfuerzos detorsión de ésta. Veremos como resolverlo en el artículo sobre la torsión y recubrimiento .

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