Cuixera

Archiu:Wing structure - spar.svg

Cuixera

Archiu:DH-60Gipsy Moth Wing Structure.JPG

Cuixeres de l'ala d'un de Havilland DH.60 Moth

En una aeronau d'ala fixa, una cuixera és usualment el principal element estructural del ala, que travessa tota l'envergadura de la mateixa en direcció perpendicular al fuselage en cas d'ales rectes o en dependència del flechado. Les cuixeres soporten a les càrregues del vol i a les ales quan l'aeronau està en el sol. Atres elements estructurals com les costelles poden ser empotrats a les cuixeres. En el cas de que les ales siguen d'estructura monobloque o de revestiment tensionado, és el revestiment qui intercanvia els esforços en les cuixeres. Pot haver més d'una cuixera en un ala, o no haver cap. No obstant, quan solament una cuixera soporta la majoria de les forces, és conegut com la “cuixera principal”.

Les cuixeres també són amprats per a la construcció dels empenajes, verticals i horisontals, encara que la distribució dels esforços pot diferir dels presents en les cuixeres alares.

Les càrregues en les cuixeres

La cuixera alar és el que soporta la majoria del pes i l'integritat de les càrregues dinàmiques d'un monoplano cantiléver, això en conjunció en les cuadernas de fixació de l'ala. Estos dos elements són els responsables de la rigidea estructural de l'ala necessària per a permetre que l'aeronau vole de forma segura. Els biplanos, amprant cables per a la subjecció i puntales en la zona mija dels plans, soporten la majoria de les càrregues alares per mig dels mateixos, per lo tant, permeten l'ocupació de cuixeres molt més fines i llaugers.

Forces que actuen sobre les cuixeres

Algunes de les forces que actuen sobre les cuixeres són:

• Pandeo de l'ala cap a dalt, que és el resultat de la força de sustentació, les ales que són el principal mig de sustentació, soporten el pes del fuselage i per lo tant, es flexan cap als extrems. Els métodos fonamentals de lluita contra este fenomen són:

Disminució de la corda a mida que l'ala s'allunta del fuselage.

Ocupació de tancs de combustible en els extrems alares. (Eixemple: Cessna 310, L-39)

Ocupació d'estructures súper-rígides. (Eixemple: MiG-21)

Variació del àngul d'atac alar a mida que l'ala s'allunta del fuselage.

1. Variació de la forma del perfil alar a mida que l'ala s'allunta del fuselage. (Eixemple: MiG-29)

• Càrregues produïdes pel pes de l'estructura alar una volta que l'aeronau està en el sol i les ales no proveïxen de sustentació. Combustible carregat en les ales, soports en diferents càrregues i motors instalats en els extrems alares.

• Càrregues resultants de la resistència induïda de l'ala en dependència de la velocitat i l'inèrcia.

• Càrregues provocades pel moment d'inèrcia o de charnela.

• Càrregues associades als dispositius mòvils de control, siguen alerones, flaps, aerofrenos(si estan en l'ala) o estabilisadors. El moviment d'estos dispositius genera càrregues sobre les cuixeres que les transmeten als nucs de fixació en el fuselage. Estes càrregues aumenten o disminuïxen en dependència de la velocitat d'ocupació de les superfícies de control.

• Càrregues induïdes per l'aument o disminució de l'espente dels motors si estos es troben en les ales.

• Càrregues provocades pel torcimiento de la corda pels bots de densitat que ocorren a velocitats majors a les del sò.

Molts avions són construïts tenint en conte que seran somesos a grans càrregues i esforços durant el vol. Els càlculs de la resistència de l'estructura de cuixeres alares es realisen per a garantisar que aeroplanos com l'Extra 300 puguen soportar de forma segura les grans càrregues a les que serà somés en les seues maniobres.

Materials empleats i construcció

Cuixeres de fusta

Els primers avions usaven cuixeres fetes d'Avets o de Fraxinus. Molts tipos de cuixeres de fusta s'han usat i s'ha experimentat en cuixeres en la secció en forma de caixa o laminados en seccions fines i pegats a pressió per a mantindre el diedro de l'ala. Les cuixeres de fusta encara s'usen en avions llaugers hui en dia com el Robin DR400 i les seues modificacions. Les desventages de les cuixeres de fusta estan en els efectes deteriorantes causats per les condicions atmosfèriques, siga la humitat o la resequedad i pels perills de infestación per insectes de la fusta. Inspeccions regulars són obligatòries per a mantindre la aeronavegabilidad.

Cuixeres de metal

Archiu:Sandwich core.jpg

Estructura bàsica d'un ala de cuixeres de metal en una vora d'atac compost per una estructura de panal d'abelles (honeycomb)

Un ala monobloque típica de cuixeres de metal, en l'aviació general, està composta per una ret de cuixeres d'alumini en forma de “L” o de “T” acoplats paralelament per mig de soldadura o reblonat al revestiment interior de l'ala, per a soportar les càrregues de pandeo o flexión. En l'aviació de major tamany que ampra estes estructures, els compartimientos entre les seccions de l'ala estan sagellats herméticamente per a ser usats com a tancs de combustible integrals. En el cas de les estructures d'ala de cuixeres, és similar a la de fusta, en la diferència del canvi de material.

La fatiga del material de les cuixeres de metal ha segut la causa de molts accidents d'aviació, com lo va ser el vol 101 Chalk´s d'Ocean Airways.

Cuixeres tubulars de metal

El biplano d'atac a terra alemà Junkers J.I de fuselage blindat de l'any 1917, usava un disseny d'Hugo Junkers que consistia en una ret de tubos (cuixeres) metàlics que conformaven l'ala baix el revestiment de duraluminio. Cada cuixera tubular d'estos es trobava conectat al paralel per estructures triangulars reblonades a les cuixeres mateixes. Estos elements donaven a aeroplano una formidable solidea estructural, tenint en conte que la majoria dels avions del moment estaven construïts de fusta. Este format tubular del Junkers va ser emulat posteriorment pel dissenyador nortamericà William Stout per al seu Ford Trimotor dels anys 20 i pel dissenyador rus Andrei Tupolev para ell Túpolev ANT-2 en 1922.

Una característica de l'esquema alar del Supermarine Spitfire que va contribuir grandemente al seu èxit va ser un innovador disseny de les cuixeres, que consistien en cinc tubos concèntrics quadrats ajustats entre sí. Dos d'estos tubos estaven units entre sí per un teixit compost, formant una cuixera principal llaugera i molt forta. Els trens d'aterrisage estaven units a punts de pivot construïts sobre l'interior atrasser de la cuixera principal i replegats feya fòra i llaugerament arrere en casetes que es trobaven en la part de l'ala que no estava somesa a càrregues. L'estret tren d'aterrisage d'este avió va ser considerat com un compromís acceptable en permetre que les càrregues d'impacte produïdes per l'aterrisage anaren transmeses a les parts més fortes de l'estructura de l'ala. Una versió d'este método de construcció de cuixeres també es va usar en el BD-5, dissenyat i construït per Jim Bede a principis dels anys 70. La cuixera usada en el BD-5 i els subsecuentes proyectes BD estava fet d'un tubo d'alumini d'unes 2 polzades de diàmetro i unit a la raïl de l'ala per mig d'una cuixera molt més grossa per a mantindre l'integritat estructural de l'ala.

Construcció geodèsica

En avions com el Vickers Wellington es va amprar una estructura geodèsica de les cuixeres de l'ala, que tenia la ventaja de ser llaugera i soportar una bona cantitat de dany en el combat en solament una chicoteta pèrdua de força estructural.

Construcció composta

Molts avions de construcció moderna, des dels grans de passagers fins als ultrallaugers usen les fibres de carbono i el Kevlar. Deu notar-se les bestreta conseguides per Scaled Composites i el constructor de planejadorés alemà Schempp-Hirth. Estes companyies inicialment varen amprar la fibra de vidre per a les cuixeres, pero actualment usen la fibra de carbono en els seus planejadors d'alt eixercite com l'ASG 29. L'aument de la fortalea i la reducció del pes comparats en els anteriors avions de cuixeres de fibra de vidre, permet a una major cantitat de llastre d'aigua a ser dut per estos nous avions.