Diseño y optimización estructural del fuselaje de un avión mediante un software de cálculo estructural

Abstract

[ES] Este Trabajo de Fin de Grado (TFG) se enfoca en el diseño, evaluación y optimización de una sección del fuselaje de un avión comercial, tomando como referencia el Airbus A320 debido a su prevalencia y efectividad demostrada. Inicialmente, se diseña una sección representativa del fuselaje, incluyendo elementos estructurales esenciales como largueros, costillas y revestimientos. Utilizando herramientas avanzadas de simulación, como los métodos de elementos finitos (FEM), se realiza un análisis exhaustivo del diseño para evaluar la distribución de tensiones bajo diversas condiciones de carga. Los resultados obtenidos se comparan con las normativas vigentes de la FAA (Federal Aviation Administration) y la EASA (European Union Aviation Safety Agency) para asegurar la integridad estructural de la estructura, manteniendo un margen de seguridad adecuado. Posteriormente, se lleva a cabo una optimización estructural mediante la variación de parámetros de diseño. Este proceso busca identificar configuraciones que mejoren significativamente el peso y garantizando la resistencia del fuselaje, utilizando técnicas como el análisis y optimización paramétrica. El objetivo final de esta optimización es maximizar la reducción de peso del fuselaje, mejorando o manteniendo su resistencia estructural. Esto contribuirá a un menor uso del combustible y a la reducción de costos operativos, ofreciendo así un diseño más eficiente y rentable para la industria aeronáutica.

[EN] This Bachelor's Thesis focuses on the design, evaluation, and optimization of a section of the fuselage of a commercial aircraft, with the Airbus A320 as a reference due to its prevalence and demonstrated effectiveness. Initially, a representative section of the fuselage is designed, including essential structural elements such as stringers, ribs, and coverings. Advanced simulation tools like Finite Element Methods (FEM) are employed to conduct a comprehensive analysis of the design to evaluate stress distribution under various loading conditions. The obtained results are compared against current regulations from the FAA (Federal Aviation Administration) and EASA (European Union Aviation Safety Agency) to ensure structural integrity while maintaining an adequate safety margin. Subsequently, structural optimization is performed by varying design parameters. This process aims to identify configurations that significantly improve weight while ensuring fuselage strength, utilizing techniques such as parametric analysis and optimization. The ultimate goal of this optimization is to maximize fuselage weight reduction while enhancing or maintaining its structural strength. This will contribute to reduced fuel consumption and operational costs, offering a more efficient and cost-effective design for the aerospace industry.

[CA] Aquest Treball de Fi de Grau (TFG) es centra en el disseny, avaluació i optimització d'una secció del fuselatge d'un avió comercial, prenent com a referència l'Airbus A320 a causa de la seua prevalença i efectivitat demostrada. Inicialment, es dissenya una secció representativa del fuselatge, incloent elements estructurals essencials com llargueros, costelles i revestiments. Utilitzant eines avançades de simulació, com els mètodes d'elements finits (FEM), es realitza una anàlisi exhaustiva del disseny per avaluar la distribució de tensions sota diverses condicions de càrrega. Els resultats obtinguts es comparen amb les normatives vigents de la FAA (Federal Aviation Administration) i l'EASA (European Union Aviation Safety Agency) per assegurar la integritat estructural de l'estructura, mantenint un marge de seguretat adequat. Posteriorment, es porta a terme una optimització estructural mitjançant la variació de paràmetres de disseny. Aquest procés busca identificar configuracions que milloren significativament el pes i garanteixen la resistència del fuselatge, utilitzant tècniques com l'anàlisi i optimització paramètrica. L'objectiu final d'aquesta optimització és maximitzar la reducció de pes del fuselatge, millorant o mantenint la seua resistència estructural. Això contribuirà a un menor ús del combustible i a la reducció de costos operatius, oferint així un disseny més eficient i rendible per a la indústria aeronàutica.