La
estructura monocasco o semimocasco utiliza el mismo revestimiento como elemento integral
de la estructura que soporta las cargas. La estructura monocasco es un tubo o carcasa de
paredes que puede tener cuadernas, mamparos o arcos conformadores en el interior. Puede
soportar las cargas con efectividad, especialmente cuando los tubos son de pequeño
diámetro. Cuando su diámetro aumenta para la formar la cavidad interna necesaria para un
fuselaje, la relación resistencia/peso se vuelve eficiente y hay que añadir atiesadores
o larguerrillos. El resultado es el tipo de estructura conocida como semimonocasco. El uso
de este concepto ha permitido a los diseñadores de aviones emplear revestimientos de
aluminio de solo 4 mm de espesor para la estructura principal de aviones de tipo de los
bimotores ligeros modernos. Los aviones semimonocasco mas grandes usan revestimientos
progresivamente mas gruesos y todavía mantienen a lo largo del revestimiento un nivel de
esfuerzo equivalente con una relación peso/resistencia igualmente buena.
Las secciones transversales del fuselaje pueden variar mucho y están dictadas por el tipo
de avión diseñado. Por razones aerodinámicas la superficie frontal será la menor
posible. Las secciones transversal del fuselaje pueden ser círculos, elipses,cuadrados o
rectángulos con esquinas redondeadas de radio grande, o la forma que mejor se adapte a
las necesidades y limitaciones del diseño. Las cabinas presurizadas suelen tener
secciones circulares, aunque se han empleado con éxito otras formas. Los contornos
exteriores del fuselaje a lo largo de toda su longitud deben tener una forma
aerodinámica. Los problemas de diseño estructural del fuselaje y del ala son similares.
Como se puede emplear mas curvatura que en el ala, lo que hace que el revestimiento sea
algo mas resistente a las cargas de compresión o de flexión, y a causa de la sección
transversal de mas tamaño, el fuselaje no suele emplear el sistema de largueros del ala.
La mayoría de los fuselajes pueden ser considerados estructurales unicelulares, aunque
cuando se diseñan los pisos de los grandes aviones multiniveles para soportar cargas, el
fuselaje es una estructura multicelular.
Los revestimiento empleados en la construcción moderna de aviones son especialmente
efectivos respecto a la tensión, pero inefectivos respecto a la tensión, pero
inefectivos respecto a la compresion. Además, los fuselajes de estos aviones son de gran
diámetro o sección transversal comparadas con el espesor del revestimiento. Por tanto,
se presenta una situación única cuando se somete la estructura a cargas de flexión. Un
lado se vuelve mucho mas resistente que el otro lado bajo las cargas de flexión, haciendo
que el eje neutral de la sección se desplace hacia al lado mas fuerte o en tensión.
Cuando se desplaza el eje neutral, las cargas o esfuerzo en el lado débil tienden a
hacerse menores y las cargas o esfuerzos se vuelven mayores en el lado que es mas capaz de
soportarlas. De ahí que existía un cierto equilibrio estructural inherente. Además de
este fenómeno, los larguerillos longitudinales forman núcleos de campos de tensión,
como ya se explico en el estudio del ala, mejorando aun mas la capacidad de soportar las
cargas de flexión.
Las cargas de torsión sobre el fuselaje son soportadas primeramente por los esfuerzos
tangenciales sobre el revestimiento, que se producen directamente, o por el desarrollo de
campos de tensión en los entrepaños del fuselaje entre los larguerillos y las cuadernas
y manparos.
Accion del campo de
tension en una estructura de revestimiento reforzada. El campo de tension es establecido
por el flujo oblicuo al revestimiento, originando por un par de torsion extremadamente
alto en el cono de cola. Este ejemplar de fuselaje semimonocasco esta sufriendo una carga
doble de la maxima prevista para este diseño particular.
Los fuselajes presurizados deben soportar cargas adicionales, porque el fuselaje se
convierte en un tanque de presión. Aunque las presiones diferenciales son relativamente
pequeñas, la superficie es muy grande y, por consiguiente, también lo son las
fuerzas. Debido al tipo de construcción empleado en muchos fuselajes (semimonocasco) cada
cuaderna soportara tensiones similares a las existente en los aros de un barril. La fatiga
de las juntas debido a la fluctuación de las presiones del sellado de los sistemas de
control cuando entran o salen del fuselaje, quicios sellados de las puertas, marcos de
ventanas y presión sobre los cristales y, principalmente, la necesidad de una estructura
a prueba de fallos, para evitar descompresiones, explosivas si se perfora el revestimiento
desde el interior o desde de el exterior mientras la cabina esta presurizada, son
importantes en el diseño de fuselajes presurizados.
SECCION TRANSVERSAL
DEL FUSELAJE BAJO CARGA DE FLEXION
FUSELAJES DE AIRBUS
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