Avance del Demostrador de Fuselaje Multifuncional: pioneros en innovación aeronáutica sostenible

La reducción de emisiones de combustible y consumo energético, y la capacidad de producir aviones comerciales de pasillo único a tasas de al menos 60 al mes, impulsan el desarrollo tecnológico de la asociación europea Clean Sky 2 para la próxima generación de aviones que surcarán los cielos en 2035 y más allá. Compuestos ligeros y procesos de fabricación más rápidos y ambientalmente conscientes están haciendo estos objetivos realidad, especialmente para el proyecto Demostrador de Fuselaje Multifuncional (MFFD).

El principal entregable de este proyecto, liderado por Airbus (Hamburgo, Alemania) con socios de academia e industria aeronáutica, es un demostrador de barril de fuselaje de avión comercial de pasillo único de 8 metros de largo, de compuesto termoplástico, para ser producido para 2022. El MFFD es uno de tres secciones de fuselaje a escala completa producidas dentro de la Plataforma Demostradora de Aeronaves Innovadoras (IADP) de Aeronaves de Pasajeros Grandes (LPA) de Clean Sky 2.

Iniciado en 2014, los objetivos del proyecto MFFD incluyen:

• Permitir tasas de producción de 60-100 aviones por mes
• Reducir peso del fuselaje en 1000 kilogramos
• Reducir costes recurrentes en 20 %.

Para lograr estos objetivos, se completan docenas de proyectos individuales y paquetes de trabajo, con dos estructuras principales producidas: una carcasa superior de fuselaje y una inferior, que se soldarán juntas para formar el demostrador final. De hecho, la unión sin polvo (sin remaches ni agujeros) mediante soldadura es un componente mayor del programa. Ambas mitades se fabrican a partir de prepreg termoplástico de fibra de carbono Toray Cetex TC1225 de poliariletercetona (PAEK) de bajo punto de fusión de Toray Advanced Composites (Morgan Hill, California, EE. UU.). Según el Dr.-Ing. Lars Larsen, jefe de tecnologías de unión y ensamblaje en el Centro Aeroespacial Alemán (DLR; Augsburgo, Alemania), ambas mitades probarán el uso de diferentes técnicas de fabricación.

La sección inferior del fuselaje del MFFD se produce a través del proyecto STUNNING (SmarT mUlti-fuNctionNal and INtegrated thermoplastic fuselaGe), que a su vez tiene muchos proyectos debajo (como MECATESTERS, centrado en soldadura por inducción). La sección inferior comprenderá la carcasa inferior del fuselaje con rigidizadores y marcos soldados, la estructura de suelo de cabina y carga y elementos relevantes de interior y sistemas.

STUNNING es liderado por GKN Fokker (Papendrecht, Países Bajos) con socios clave Diehl Aviation (Laupheim, Alemania), Centro Aeroespacial de Países Bajos (NLR; Ámsterdam, Países Bajos) y Universidad Técnica de Delft (TU Delft; Delft, Países Bajos). El proyecto busca madurar más procesos de ensamblaje automatizados, fabricación termoplástica y tecnologías de soldadura, diseño integrado y desarrollo de fabricación y arquitecturas de sistemas eléctricos avanzados.

«Nuestro impacto en la industria es doble: el nivel de automatización que aplicamos al ensamblaje del demostrador, y desarrollar formas sostenibles de producir piezas», dice el Dr. Bas Veldman, gestor de programa en GKN Fokker.

Según un artículo que Veldman publicó en febrero de 2020, el ensamblaje modular del fuselaje inferior es clave para lograr el objetivo de tiempos de producción rápidos. Para fabricar la piel principal del fuselaje, grandes preformas de prepreg de fibra de carbono/termoplástico se colocan por una máquina de colocación automática de cinta (ATL) calentada por ultrasonido o láser pero no consolidada in-situ. Los detalles se colocan con una máquina de colocación automática de fibra (AFP). Robots luego colocan las preformas en un molde de consolidación hembra, y tras embolsado, la piel se consolida en autoclave. Según Veldman, procesos fuera de autoclave también se investigan. Los rigidizadores y marcos se soldarán a la piel.

«Originalmente, el plan era tener todas las piezas fabricadas este año», dice Veldman, pero debido a retrasos relacionados con coronavirus, «Ahora está transitando al próximo año también. Pero tenemos bastantes piezas que ya se han completado», incluyendo muchas de las piezas prensadas más pequeñas como clips, puntales y soportes que se usarán para fijar asientos de avión y otros componentes. Enfatizando fabricación sostenible, Veldman añade que algunos de los clips se fabrican a partir de recortes reutilizados de otras piezas del demostrador, a través de un proyecto Clean Sky 2 llamado ECO-CLIP.

Comenzando a principios de 2020, el consorcio que produce la carcasa superior de 8 metros incluye a Airbus, Premium Aerotec (Augsburgo, Alemania), que es el líder de diseño industrial y estructural; DLR, a cargo del desarrollo de tecnología de colocación de piel y soldadura; y Aernnova (Vitoria-Gasteiz, España), que produce los rigidizadores.

El diseño para la mitad superior. Crédito: Centro Aeroespacial Alemán (DLR)

Para que la industria aeroespacial transite a materiales termoplásticos más caros, Larsen dice: «Tenemos que demostrar que podemos ahorrar costes durante la producción». El consorcio de la mitad superior está desarrollando novedosa tecnología avanzada de colocación de fibra (AFP) con, notablemente, consolidación in-situ para la colocación de piel de fibra de carbono/PAEK, así como industrialización de soldadura ultrasónica continua y soldadura por resistencia para integración de rigidizadores, marcos y otros componentes, mejorando seguridad y reduciendo coste. DLR está construyendo primero una carcasa de prueba pre-demostradora de 1 metro de largo para validar las tecnologías antes de construir el demostrador a escala completa, y planea tener la piel para la carcasa pre-demostradora fabricada para finales de 2020. La integración de los rigidizadores está programada para principios de 2021.

Se espera que las versiones a escala completa de ambas mitades se completen para finales de 2021. Una vez completadas, se soldarán en el demostrador final en el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM (Stade, Alemania).