Diseño de un ala de una aeronave ligera con materiales compuestos reforzados con fibra natural

Abstract

[ES] En la actualidad, dentro del ámbito de la ingeniería aeronáutica, el interés por aeronaves ligeras y eficientes ha significado un incremento en la relevancia del desarrollo de materiales compuestos avanzados. Este trabajo se centra en el diseño de un ala para una aeronave ligera, intentando reducir tanto el peso total como la huella ambiental mediante la implementación de materiales compuestos reforzados con fibras naturales. Para empezar, se realizará un análisis de las alas empleadas para la construcción de aeronaves similares a la que se pretende diseñar, buscando los requisitos que necesitaría el ala. También se presentará el papel de los materiales compuestos y las fibras naturales, abordando sus propiedades mecánicas y estructurales. En este caso, se va a emplear fibra de lino para mejorar las propiedades del material compuesto. Una vez completada esta parte y elegido el diseño más apropiado, se procederá al diseño estructural del ala. Asimismo, mediante simulaciones computacionales, se comprobarán los requisitos mecánicos necesarios para el ala. Se enfocará en evaluar la geometría del ala para garantizar una adecuada rigidez y resistencia bajo las cargas esperadas durante el vuelo. Finalizado el diseño, se procederá a la fabricación de probetas representativas utilizando los materiales compuestos y la fibra de lino. Estas probetas se someterán a ensayos para determinar sus propiedades reales.

Para finalizar el trabajo, se llevará a cabo la construcción de un prototipo (parte representativa) del ala diseñada, empleando los materiales compuestos reforzados con fibras naturales previamente caracterizados. El prototipo será sometido a ensayos mecánicos de verificación en condiciones controladas para evaluar su rendimiento estructural, validando así la eficacia del diseño propuesto.

[EN] Currently, within the field of aeronautical engineering, the interest in light and efficient aircraft has led to an increase in the importance of developing advanced composite materials. This work focuses on the design of a wing for a light aircraft, aiming to reduce both the total weight and the environmental footprint by implementing composite materials reinforced with natural fibers. To begin with, an analysis of the wings used in the construction of aircraft similar to the one intended to be designed will be carried out, seeking the requirements that the wing would need. The role of composite materials and natural fibers will also be presented, addressing their mechanical and structural properties. In this case, flax fiber will be used to improve the properties of the composite material. Once this part is completed and the most appropriate design is chosen, the structural design of the wing will proceed. Additionally, through computational simulations, the necessary mechanical requirements for the wing will be verified. The focus will be on evaluating the wing’s geometry to ensure adequate rigidity and resistance under the expected loads during flight. After the design is completed, representative specimens will be fabricated using the composite materials and flax fiber. These specimens will be subjected to tests to determine their actual properties. To conclude the work, a prototype (representative part) of the designed wing will be constructed using the previously characterized composite materials reinforced with natural fibers. The prototype will undergo mechanical verification tests under controlled conditions to evaluate its structural performance, thus validating the effectiveness of the proposed design.