Los fuselajes de UAV se refieren a la estructura física principal de un vehículo aéreo no tripulado o dron, en la que se instalan todos los componentes vitales, como sistemas de aviónica, cargas útiles y motores.
La calidad de los fuselajes depende de la naturaleza de la misión, el peso de las cargas útiles que tiene que transportar y la aproximación de despegue y aterrizaje del dron. Alta resistencia con el mínimo peso posible, gran capacidad de carga útil, excelente maniobrabilidad y alta eficiencia de vuelo estacionario son los requisitos esenciales de todos los fuselajes. Los vehículos aéreos no tripulados militares requieren una gran resistencia para permanecer en el aire durante un período prolongado.
Todos los drones modernos están equipados con una variedad de sensores y otros sistemas, lo que inevitablemente aumenta el peso total y reduce el tiempo de vuelo.
La reducción de peso, por lo tanto, es fundamental, y para construir los fuselajes, los fabricantes de hoy en día utilizan materiales no convencionales como los compuestos (generalmente fabricados con fibras y resinas), que reducen el peso de los vehículos aéreos no tripulados sin comprometer su resistencia.
Hay algunos de los materiales y compuestos comunes que se utilizan para los fuselajes de los UAV:
1. Plástico
El plástico es fácil de moldear en objetos sólidos de diferentes tamaños y formas. Más ligero que las aleaciones de metal, el plástico tiene altas propiedades de maleabilidad y ofrece una alta resistencia a la corrosión y a los productos químicos. También tiene baja conductividad eléctrica y térmica y excelente durabilidad y alta relación resistencia-peso. El plástico es muy rentable. Las hélices y los patines de un dron suelen estar hechos de plástico.
2. Aleaciones de aluminio
El aluminio es un metal común utilizado para construir estructuras de aviones no tripulados. Conocido por su baja densidad y alta resistencia, las aleaciones de aluminio pueden resistir la corrosión a través de la pasivación, lo que las convierte en una opción ideal para la industria aeroespacial.
3. Compuestos
En comparación con el aluminio, los materiales compuestos reducen el peso entre un 15 y un 45 %. Además de su alta resistencia, los compuestos son resistentes a la corrosión por agua salada y electrólisis. En el caso de choques o accidentes con aves, absorben la energía del impacto, en lugar de trasladarla a las unidades inferiores. Producen menos ruido o vibraciones en comparación con el aluminio o cualquier otro metal.
Algunos de los compuestos convencionales utilizados para los fuselajes son los polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP), los polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP), los polímeros reforzados con fibra de boro (BFRP) y los polímeros reforzados con fibra de aramida (AFRP).
a. Polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP)
La fibra de carbono es una combinación de fibras de carbono y resinas termoendurecibles que ofrece reducción de peso, resistencia, mayor durabilidad y baja contracción térmica. Para crear fibra de carbono, los átomos de carbono se alinean paralelos al eje principal del filamento. Para uso comercial, miles de filamentos se enrollan juntos. Las fibras de carbono son rentables, más resistentes que el acero, más ligeras que el aluminio y más rígidas que el titanio. Puede ser fácilmente producido en masa. Hexcel Corporation es uno de los principales actores en el desarrollo de fibras de carbono. Fabrican fibra de carbono HexTow combinando todo tipo de resinas termoestables y termoplásticas.
b. Polímeros reforzados con fibra de vidrio (GFRP)
El segundo material más utilizado en los fuselajes, la fibra de vidrio, ofrece un bajo alargamiento del material y una alta resistencia del material. Además, es fácil de producir y requiere poco mantenimiento. La fibra de vidrio es adecuada para una variedad de aplicaciones debido a su alta resistencia, mayor flexibilidad, larga durabilidad, excelente estabilidad y alta resistencia al calor, la temperatura y la humedad. Es liviano y se puede moldear para diseñar radomos y sustratos de antena. Owens Corning (EE. UU.) es uno de los principales actores en el desarrollo de polímeros reforzados con fibra de vidrio. Otros fabricantes líderes son Jushi Group (China), Owens Corning (EE. UU.), Taishan Fiberglass Inc. (China), CPIC (China), Saint-Gobain Vertex (Francia), Nippon Sheet Glass (Japón) y Johns Manville (EE. UU.) , entre otros.
c. Polímeros reforzados con fibra de boro (BFRP)
La fibra de boro es el material más fuerte y costoso disponible comercialmente para fuselajes. BFRP se utiliza en cazas F-15, bombarderos B-1, helicópteros Black Hawk, transbordadores espaciales y Predator, debido a su excelente resistencia a la compresión. Este polímero tiene seis veces más módulo de elasticidad en comparación con GFRP. La fibra de boro se utiliza en los aviones militares estadounidenses, como el F-14 y el F-15. La aplicación limitada de la fibra de boro se atribuye a su naturaleza tóxica, altos costos y mayor fragilidad en comparación con otras fibras. No se prefiere para vehículos terrestres y submarinos. Specialty Materials, Inc. es un fabricante líder de productos de fibra de boro.
Polímero reforzado con fibra de aramida.
d. Polímero reforzado con fibra de aramida (AFRP)
La fibra de aramida es una fibra sintética que ofrece una alta resistencia al impacto y una mayor rigidez. Cortar AFRP requiere una gran exactitud y precisión, lo que los hace costosos y difíciles de usar. La fibra de aramida se conoce con varios nombres comerciales, como Nomex (una meta-aramida) o Kevlar (una para-aramida). Es ampliamente utilizado para balística militar y chalecos antibalas, debido a su susceptibilidad a la luz, la compresión y la higroscopia. Kevlar y Twaron son las dos fibras de aramida más populares. Se utilizan en componentes de aeronaves, helicópteros, vehículos espaciales, misiles, canoas, kayaks, lanchas motoras, frenos, embragues, etc.
Estas son algunas de las principales ventajas de utilizar materiales compuestos para estructuras de aviones UAV, en lugar de metales:
- ligero, lo que marca la eficiencia energética del dron
- increíblemente fuerte y muy tuvo que romper
- resistencia a la corrosión y compresión
- bajos errores de mecanizado
- flexibilidad de diseño. Fácil de fabricar piezas complejas
- máxima rigidez y resistencia
- menos cantidad de ensamblajes y sujetadores
- mayores capacidades de 'sigilo' con baja absorción de radar y microondas
- baja expansión térmica en vuelos a gran altura
- bajo mantenimiento
Los compuestos también tienen algunas desventajas en comparación con los metales. Ellos son:
- caro de construir
- degradación estructural a altas temperaturas y condiciones húmedas
- delaminación y grietas
- baja absorción de energía, lo que resulta en un alto impacto durante el aterrizaje forzoso
- proceso de fabricación complejo y laborioso
- mayor costo de mantenimiento