ZONA 300 EMPENAJE

Para esta zona fue necesaria la reevaluación del sistema de sujeción entre el estabilizador horizontal y los estabilizadores verticales de la aeronave, ya que este se encontraba unido mediante tornillos que perforaban la piel de los estabilizadores verticales (figura 26), alterando la aerodinámica y la resistencia estructural de la aeronave.

Figura 24 – Sujeción anterior del estabilizador vertical al horizontal

Para optimizar esta zona fueron diseñados mediante el software solid edge, soportes de sujeción entre los tailboom de la aeronave y los estabilizadores verticales (figura 27), esto para garantizar que al momento de armar el empenaje por completo, este fuera un conjunto reforzado, disminuyendo riesgos por desprendimiento de estructuras o piel en vuelo.

57

El diseño de esta pieza busca sujetar firmemente los estabilizadores verticales uniéndolos al tailboom y dejando reposar sobre ella el estabilizador horizontal. Esta pieza cuenta con cambios de sección para adecuarse a la forma de la costilla principal del estabilizador vertical (figura 28).

Figura 26 – Montaje de la sujeción del empenaje15

Después de analizar este tipo de diseño se dispuso a usar la impresora tridimensional (Strartasys 3D – Printer) de la Fundación Universitaria Los Libertadores e imprimir esta pieza en material ABS, esta impresión tardo en realizarse alrededor de tres días hasta obtener el producto final que se ilustra en la figura 29.

Figura 27 – Pieza final después de la impresión Fuente: autora

15

Diseño CAD, Andrés Felipe Salcedo, [email protected] – Estudiante de Ingeniería Aeronáutica, Fundación Universitaria los Libertadores 2016

58

Después de tenerse la pieza en material de impresión ABS, esta debía replicarse exactamente en materiales compuestos sin ningún tipo de núcleo en su interior. Para hacer esto posible fue necesaria la construcción de un molde que sirviera de refuerzo y que facilitara el proceso de manufactura con la fibra de carbono.

Para la construcción de este molde se usó una caja cuadrada de madera recubierta con una bolsa plástica para evitar que los compuestos plásticos se adhieran a la madera. (Figura 31). En dos recipientes de plástico se mezclan 100gr en partes iguales de los dos químicos (poliol y disocianato) (figura 30) revolviendo constantemente hasta obtener una mezcla homogénea.

Figura 30 – Compuestos químicos Figura 28 – Molde de madera con plástico

Fuente: Autora

Figura 29 – Presión uniforme al molde Figura 30 – Pieza final

59

Se continua mezclando hasta que los compuestos empiecen a calentarse, puesto que la reacción es de tipo exotérmico empezaran a calentarse, una vez empiecen a generar este calor, la mezcla deberá ser vertida uniformemente dentro del molde (figura 31), y se cubrirá con una lámina de plástico para generar un terminado más uniforme (figura 32).

Deberá ejercerse presión en la lámina de plástico hasta que termine la reacción, esto tomara entre 5 y 10 minutos, usando por supuesto elementos de protección personal como guantes de nitrilo y overol o bata de trabajo. Pasado el tiempo de la reacción se procederá a desmoldar la pieza (figura 33), retirando la bolsa de plástico que se ha adherido a la espuma.

Nota: No se deberá aplicar ningún tipo de agente desmoldante a la bolsa plástica, de lo contrario se podrá generar un efecto químico indeseado, dañino para la salud humana.

Una vez finalizada esta pieza, se deberá moldear esta espuma hasta que se logre tomar la forma de la pieza generada mediante la impresión 3D, esto para dar el refuerzo necesario para someter la pieza a el tratamiento con materiales compuestos.

Para efectuar l tratamiento en materiales compuestos se deberán cortar los materiales del tamaño requerido y siguiendo el procedimiento expuesto en la tabla 2, que describe la utilización de materiales compuestos, deberá obtenerse la pieza final (figura 34).

Figura 31- Pieza final sujeción estab. Vertical y estab. Horizontal

60

Para la aplicación de este nuevo método de sujeción, fue necesaria la construcción de la piel de los estabilizadores verticales nuevamente, ya que los anteriores tenían agujeros sobre la piel, donde se introducían tornillos que aseguraban el estabilizador vertical al estabilizador horizontal, la pieza final en CAD se muestra en la figura 35.

Figura 32 – Armado en CAD del estabilizador vertical

El procedimiento de construcción de los estabilizadores verticales se realizó mediante la utilización de un molde de madera de balsa (figura 36) fabricado con un corte longitudinal del estabilizador vertical para que su armado se facilitara al obtener las piezas en fibra de carbono.

El paso a seguir fue la impregnación de la fibra de carbono y la aplicación del desmoldante al molde. Se ubicó la fibra de carbono y los demás insumos capa a capa como se describen en la tabla 2 de este documento, y se sometió la pieza a vacío (figura 37)

Figura 33 - Molde estabilizador vertical

61 Figura 35 - Valor de -21 mmHg en el

vacío

Figura 36 – Pieza final estab. Vertical

Nota: Este procedimiento se llevó a cabo dos veces para obtener las cuatro caras de ambos estabilizadores verticales, la pieza final se muestra en la figura 39, estas piezas deben ser cerradas y selladas con resina epoxica. Dentro de la optimización de esta zona se incluyó el cambio de los timones de dirección que se encontraban fabricados láminas de madera de balsa y con costillas en su interior, la forma de sujeción era directamente al estabilizador vertical mediante tornillos (figura 40), agregando peso indeseado a la aeronave.

62

Fueron construidos los timones de dirección de una sola pieza a partir de un bloque de madera de balsa para aligerar el peso (figura 41), conservando las dimensiones pero cambiando el sistema de sujeción, usando en la actualidad bisagras de aeromodelismo estándar ya que por su bajo peso no fue necesario el uso de bisagras de trabajo pesado

63

RESULTADO DE LA OPTIMIZACIÓN

ANTES DESPUÉS

Figura 39 – Antigua sujeción del empenaje

Figura 40- Nueva sujeción del empenaje Con el sistema anterior se evidenciaba desgaste del material por el uso de tornillos que atravesaban la piel de los estabilizadores verticales, además de

que poseía un cambio de sección en la piel de los mismos, alterando la aerodinámica original del tipo de perfil seleccionado.

Este nuevo sistema de sujeción, asegura posibles daños por

desprendimiento de piel o estructuras en vuelo, proporciona mayor rigidez al conjunto de empenaje a través de los ciclos de mantenimiento y conserva la aerodinámica de los estabilizadores verticales y el estabilizador horizontal. CAMBIOS EN LAS DIMENSIONES: Aunque incluye la nueva pieza que se fabricó en materiales compuestos, no se alteraron las dimensiones ni los

perfiles de ninguno de los estabilizadores.

CAMBIOS EN EL PESO: No se presentó una reducción significativa de peso Tabla 8 – Resultado de optimización empenaje

64