Diseño del ala, riostras y montantes.

Alas arriostradas

Arriostramiento es la acción de rigidizar o estabilizar una estructura mediante el uso de elementos que impidan el desplazamiento o deformación de la misma. Estos elementos se llaman arriostres o en aeronáutica, riostras o tirantes. Imagínenos una estructura de forma cuadrada o rectangular. Particularmente esta geometría es inestable pues sus vértices opuestos tienden a acercarse y alejarse cuando actúan fuerzas sobre ella. Para que esto no ocurra, al interior de esta forma se dispone de una estructura en X, o en otras configuraciones de elementos diagonales que unan sus vértices de manera que la forma quede rígida y no se produzcan desplazamientos.

En cualquier avión, la carga total sobre las alas es igual al peso del avión. Los pesos del fuselaje, combustible y alas, incluyendo motores y góndolas son cargas hacia abajo. Las fuerzas aerodinámicas son cargas hacia arriba y hacia atrás, más un momento de torsión. Todo ello hace que se produzcan unas fuerzas cortantes y momentos flectores en el encastre de las alas

Las alas arriostradas son la consecuencia de la observación de que para aumentar la superficie y el alargamiento de las alas sin aumentar el espesor del perfil y manteniendo una estructura sencilla, era necesario estabilizar la estructura con tirantes  de modo que pudiese soportar los esfuerzos estructurales sin deformarse. Estos tirantes pueden ser elementos rígidos (montantes) o cables, aunque lo habitual, sobre todo en biplanos, es el uso de ambos.

Ventajas del ala arriostrada

Apoyar la estructura del ala sobre montantes y tirantes, ofrece varias ventajas con respecto a la alternativa  cantiléver. La principal es la ausencia de momento en el encastre de modo que este vale 0, las posibilidades de esto son que podemos cortar el plano en ese punto y unirlo al fuselaje con tenones, bisagras o un par de tornillos.

La otra ventaja interesante es que los momentos flectores son más pequeños que el sistema de voladizo. Esto implica una reducción de la estructura del ala, simplificando su construcción y reduciendo el peso total del avión.

Como desventajas la más importante es la elevada resistencia parasita de los elementos tensores y la dificultad de montaje de las alas

Cálculo de los esfuerzos cortantes y momentos flectores

figura 6.6.

El cálculo de la distribución de las leyes de esfuerzos cortantes y de momentos flectores a lo largo de la estructura portante que conforma el ala  se realiza estableciendo ecuaciones de equilibrio entre fuerzas (para el cálculo de los esfuerzos cortantes) y momentos (para el cálculo de la distribución de los momentos flectores).

Para no complicarnos la vida haciendo cálculos,  podemos situar el anclaje del tirante  o los montantes alrededor del 70 % de la envergadura de cada semiala, dejando el 30% restante en voladizo.

Debe reforzarse al menos 2/3 de cada semiplano desde el encastre  y la zona de anclaje del montante para así tener garantías de que la estructura soportara todos los esfuerzos. Otra cuestión a tener en cuenta es que los montantes deben trabajar para absorber tanto los esfuerzos de compresión como los de tensión si se pretende realizar maniobras acrobáticas. Muchos modelos con alas arriostradas no están diseñados para hacer vuelo invertido o loopings exteriores, y sus montantes solo trabajan en tensión pero no en compresión.

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2 comentarios en “Diseño del ala, riostras y montantes.

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