Florencia Amat / Aviación Digital, Sp. – NASA ha celebrado recientemente unos premios que culminaron con el reparto de 50 millones de dólares a 14 organizaciones diferentes para el desarrollo de procesos de fabricación y materiales compuestos avanzados para estructuras aeronáuticas. La cuantía se enmarca en el contexto del proyecto HiCAM (Hi-Rate Composite Aircraft Manufacturing), el cual tiene como objetivo reducir el coste y aumentar la tasa de producción de estructuras de materiales compuestos fabricadas en EE.UU.
La aviación busca la sostenibilidad desde los puntos ecológicos y económicos. Por eso, NASA está llevando a cabo el proyecto HiCAM para agilizar el proceso de producción de los aviones sin aumentar su huella medioambiental. Partes grandes de la aeronave, como las alas o fuselajes, podrían construirse a partir de materiales compuestos a una velocidad superior, comparable a la de los aviones fabricados con materiales metálicos.
Estos materiales compuestos, al principio del proyecto, se plantearon como una mezcla a medida de materiales como plásticos, grafito y cerámica. Ahora, HiCAM ha cerrado las tres líneas de fabricación: termoestables de nueva generación, compuestos con infusión de resina y compuestos termoplásticos. Los nuevos premios apoyarán la evaluación y el desarrollo de estos conceptos a pequeña escala, incluyendo experimentos en el procesamiento de materiales, técnicas de montaje, inspección y rendimiento estructural.
NASA tiene previsto invertir 184 millones de dólares en HiCAM, mientras que se espera que las organizaciones asociadas aporten 136 millones de dólares
Al construir componentes aeronáuticos de gran tamaño con este tipo de materia prima a partir de tecnologías ecológicas, se reducirá el gasto de combustible, ahorrando gastos y emisiones de carbono. Además, el plan es hacerlo de una manera mucho más rápida que la actual, ya que se prevé que en los próximos 20 años la flota mundial de aviación comercial necesitará unos 40.000 aviones nuevos para equipararse a la demanda y sustituir aviones viejos.
¿Cómo funcionan estos materiales?
«Una buena analogía de cómo funcionan los materiales compuestos es una hoja de contrachapado», explica Richard Young, director del proyecto HiCAM. «Tiene muchas capas de madera, y la veta de cada capa va en una dirección diferente. Estas capas se apilan y se pegan, formando el contrachapado. Colocar las capas en distintas direcciones evita que cada capa de madera se parta a lo largo de la veta, lo que la hace más resistente«.
Los compuestos tienen capas de materiales reforzados con fibra, normalmente plástico. Estas capas son muy finas –del grosor de una hoja de papel– y están hechas de fibras de grafito rígidas y ligeras, 10 veces más pequeñas que un cabello humano. Cada capa va en una dirección distinta y, cuando se apilan y endurecen, forman una estructura rígida que no se rompe fácilmente.
La manera de crear estos materiales aporta rigidez y durabilidad a la pieza, a la vez que ligereza. Todas estas cualidades permiten también que los ingenieros puedan diseñar nuevas formas y diseños para estas piezas, hacerlas más aerodinámicas y por tanto ahorrar más en combustible.
Objetivo de HiCAM
El proceso de fabricación de aviones, por el momento, no es muy veloz. «Ahora mismo, los aviones de pasillo único, como el Boeing 737, se construyen a un ritmo de unos 60 aviones al mes, y se fabrican con estructuras metálicas. Los aviones que ya utilizan materiales compuestos, como el Airbus A220 o el Boeing 787 Dreamliner, de mayor tamaño, se fabrican a un ritmo de no más de 14 al mes«, explica Young.
Por esta razón, HiCAM se ha propuesto llegar a construir 80 aviones al mes con materiales compuestos. Las empresas seleccionadas y financiadas a través de los premios desarrollarán los conceptos y experimentos necesarios para probar los nuevos materiales. NASA elegirá a los más trabajados, y tras ello se llevará a cabo una demostración a escala real de componentes de fuselaje o alas en 2028.
El tiempo es oro. El ritmo de producción está limitado por el tiempo que se tarda en fabricar las piezas, ensamblarlas para hacer grandes componentes aeronáuticos e inspeccionar la calidad de los resultados. En total, es un proceso largo: los materiales se colocan en el molde, se preparan para el autoclave, se curan en el autoclave hasta ocho horas, se enfrían y se ensamblan en componentes acabados, por no hablar de todas las inspecciones necesarias a lo largo del proceso.
HiCAM propone examinar qué materiales compuestos se curan más rápido en el autoclave, cuáles podrían curarse sin utilizar un autoclave y si hay otros compuestos que podrían adoptarse en la construcción de aviones. Además, también estudia la automatización de los procesos de inspección o realizar inspecciones a la vez que se fabrica la pieza para así agilizar la cadena de producción.
«La tecnología que perseguimos está destinada a los nuevos aviones de transporte que entren en servicio a principios de la década de 2030«, explica Young. «El objetivo de HiCAM es demostrar que este ritmo de construcción puede lograrse para materiales compuestos en 2026, y luego transferir la tecnología a la industria aeronáutica para que puedan implementarla en un nuevo programa de producción de aeronaves». También se baraja la posibilidad de aplicar estas tecnologías a los UAV.
