El proyecto de ingeniería del avión de pasajeros más grande del mundo en la actualidad y desde su vuelo inaugural en 2007 es el Airbus A380. Salió adelante gracias, ni más ni menos, que a un avance de la madre naturaleza. Ahora lo veremos.

En la competitiva industria aeronáutica, cada kilogramo cuenta y son aspectos clave el bajo peso, la alta resistencia mecánica, la alta rigidez y la buena resistencia a la fatiga.

Una de las grandes preguntas de los equipos de diseñadores e ingenieros ha sido desde siempre cómo mantener sus costes de funcionamiento al mínimo, ya que si hay peso de más, el motor quema más combustible, así que han tenido que someter en los últimos años a estos aviones a una estricta ‘dieta’.

El reto para los ingenieros era mantenerlos en un mínimo de peso, sin volverlos demasiado frágiles. Para esto, nos remontaremos cientos de años atrás en el tiempo, para llegar a la brillante idea que conecta el gigante A380 con el arcaico, pero letal, arco mongol.

La industria aeronáutica utiliza como prueba de materiales unos cañones de gallinas (obviamente no vivas), lanzadas a alta velocidad contra placas del material en cuestión, fijadas mediante soportes remachados en el suelo, para simular el impacto durante el despegue de los pájaros a alta velocidad contra los aviones. Con esta prueba sencilla se comprueba la resistencia de la capa exterior del avión ante este impacto y los daños que podrían provocar en alguna de las alas o, lo que es peor, en el fuselaje, comprometiendo la integridad de los pasajeros, ya que el avión se despresurizaría.

En esta prueba, como decimos, las gallinas son lanzadas mediante el cañón a la velocidad de despegue del aparato, algo más de 200 km/h, contra una placa de aluminio de unos 2 milímetros de espesor. Esto dio como resultado que el aluminio se abolló considerablemente, aunque la colisión no provoca que este se rompa.

Sin embargo, se realizó una prueba igual, pero con otra placa de aluminio algo más fina, simulando un ahorro de peso, con una capa de 0,9 milímetros de espesor. En este caso, la gallina pasó a través de la capa de aluminio, como si lo que se hubiera encontrado por delante hubiese sido una simple hoja de papel, con lo que se rompió en pedazos.

El aluminio más fino es suficientemente duro como para formar la capa externa del avión, pero no tan fuerte para soportar los impactos a altas velocidades. Cargados de pasajeros, imaginaos las terribles consecuencias que provocaría. Tras multitud de investigaciones y ensayos con cientos de materiales, se descubrió la manera de atajar este problema.

Para explicar cómo fue, tendremos que echar la vista atrás hacia el siglo XII, donde el emperador mongol Gengis Kan estaba decidido a conquistar el mundo y derrotar a sus enemigos con el tiro con arco. En aquella época era un arma extremadamente poderosa, fabricada a partir de un trozo de madera lo suficientemente fuerte para soportar la tensión ejercida por un hombre al tensarla.

En cuanto al funcionamiento del arco, cabe destacar que cuando lanzamos con arco, la parte exterior se tensa, de modo que se estira más que en su posición original y la parte interna o central se contrae, acortándose más. Así que el arco tiene que controlar dos fuerzas muy distintas al mismo tiempo. Cuando al principio los luchadores mongoles empleaban sólo madera como material, éste se rompía al estirarlo para tirar las flechas.

Dado que hay dos fuerzas diferentes, pensaron en utilizar dos materiales diferentes: usaban cuernos de búfalo, que está hecho de un material muy duro. Aunque lo aplastemos, resiste perfectamente. El otro material que emplearon fue un trozo de tendón de las patas de un ciervo, concretamente de sus patas traseras, ya que sus fibras son muy elásticas y se pueden estirar con mucha facilidad sin llegar a romperse. La conjunción de estos dos materiales hicieron del arco un arma perfecta.

El tendón se colocaba en la parte trasera del arco y el cuerno en el interior del arco, más al centro y con arcos más o menos largos, resisten mejor, ya que lo contraemos y estiramos al mismo tiempo. Este invento mongol es el origen de la combinación perfecta de materiales con propiedades diferentes, el composite.

Volviendo al asunto aeroespacial, cabe destacar que la capa exterior suele estar hecho de un ‘composite’ de dos materiales: aluminio ligero, que le confiere la rigidez necesaria, como en el caso del cuerno del búfalo, pese a que se rompería completamente tras un fuerte impacto. Es necesario un segundo material que le aporte una resistencia adicional, como con el vidrio, que es quebradizo, pero que según sus propiedades, se hace líquido a una temperatura de aproximadamente 1500 ºC.

En este rango de temperaturas se hace más maleable, formándose la fibra de vidrio, menos gruesa que el propio vidrio ‘virgen’ y por tanto más flexible. No produce grietas ni fisuras en su superficie y así se puede enrollar más fácilmente sin que se rompa. Es de 6 a 10 veces más fuerte que el acero y soporta también mucho más peso que este.

Si a estas fibras de vidrio las hacemos láminas, tejiéndolas entre sí y le aplicamos resina líquida, al secarse, las fibras se pegan entre sí y forman la fibra de vidrio. Ambos materiales se van intercalando en capas estratégicamente colocadas. A esto es a lo que en la industria aeroespacial se le llama GLARE (GLAss-REinforced) o vidrio reforzado. Este es de los materiales más resistentes que existen en la actualidad.

¿Os preguntáis lo que ocurrió en la prueba de la gallina, cuando se lanzó contra el material GLARE? Al hacer el experimento, la placa hecha de fibra de vidrio únicamente sufre unas leves abolladuras, ya que cada fibra puede romperse individualmente, pero tiene la gran ventaja de que las fisuras no pueden propagarse de una a otra. Os podéis imaginar por tanto lo resistente que se puede volver un composite realizado mezclando la fibra de vidrio con el aluminio.

Si vamos más allá, podemos preguntarnos también si esta sorprendente combinación de materiales resistiría la explosión de una bomba, en caso de un posible atentado terrorista a bordo. Pues para esta hipótesis, más que probable por desgracia, se ha realizado también una prueba, introduciendo explosivos plásticos en el interior de un contenedor de equipajes, hecho de GLARE. Al detonarse la carga explosiva, los únicos daños que produjeron en el contenedor fueron unas abolladuras, pero este resistió perfectamente el tremendo impacto.

Esta combinación de materiales es ideal y necesaria para los ingenieros y diseñadores aeroespaciales, dada la elevada resistencia y bajo peso, vital para un avión de pasajeros como el A380 de Airbus. Es un 25% más ligero que el aluminio, y esta es una de las principales razones por las que este avión tiene mejor consumo de combustible por pasajero que un simple coche.

En la actualidad, con un empleo ya de más del 50% del peso total de la aeronave, la demanda de aviones más ligeros y energéticamente más eficientes asegura que existen grandes oportunidades en la industria aeroespacial para los fabricantes de piezas de material compuesto durante los próximos diez años. Aun así, el uso de materiales compuestos en la industria aeroespacial está todavía en fase de curva de aprendizaje, y se tendrán que hacer mejoras inminentes en los procesos de producción en particular para que el mercado pueda alcanzar su máximo potencial.