Considere el fuselaje de un A300 . He notado esto no solo con los aviones comerciales, sino también con los jets privados y los turbohélices: ¿por qué el fuselaje tiene forma circular? ¿Por qué los aviones no tienen fuselaje de forma cuadrada? ¿Tiene que ver con demasiada resistencia?
Si presuriza cualquier estructura hueca, intentará asumir una forma redonda. Si desea crear un recipiente a presión liviano, nuevamente una esfera será el resultado más eficiente, porque allí las tensiones en la piel serán iguales en todos los puntos. Infla un globo de fiesta si tienes dudas.
Una esfera no es la forma más eficiente para la aerodinámica, por lo que los fuselajes son esferas alargadas con un bonito carenado al final. Si los hace cilíndricos en el medio, puede construir la mayoría de los mamparos en la misma plantilla y puede intercambiar secciones de los carenados internos. Además, si necesita un fuselaje más largo o más corto para la próxima versión del avión, puede agregar o quitar secciones fácilmente; las piezas aún encajarán después de la modificación.
Tenga en cuenta que los fuselajes de los aviones no presurizados no siguen esta lógica. Un Short Skyvan o un Dornier 228 tienen fuselajes con una sección transversal rectangular, por lo que puede caber una carga grande.
Además, algunos fuselajes son combinaciones de cilindros. El Boeing 377 Stratocruiser usaba el fuselaje inferior del B-29 y tenía un cilindro superior más grande en la parte superior para dar más espacio a los pasajeros.
Sección transversal del Boeing 377 ( fuente de la imagen )
Por la misma razón, las etapas de los cohetes también son cilíndricas. También deben ser aerodinámicos, deben tolerar una alta presión interna y deben ser livianos.
Los fuselajes tienen forma circular (o casi circular) por dos razones principales :
La razón principal es que para una sección transversal circular, las cargas de presión son resistidas por tensión, en lugar de cargas de flexión en secciones no circulares. Además, las secciones no circulares tienen concentraciones de tensión cuando están presurizadas, lo que puede provocar fallas.
En el caso de un diseño circular, el flujo no se separará bajo ángulos de ataque pequeños (a moderados) y deslizamiento lateral.
En el caso de aeronaves no presurizadas, los fuselajes están dictados por las limitaciones de volumen y, por lo general, tienen forma rectangular, ya que es más eficiente en la utilización del espacio.
Fuente: adg.stanford.edu
En el caso de aviones presurizados, la mejor opción estructuralmente es tener un fuselaje circular, pero para tener un espacio interno útil se utiliza un diseño elíptico o de 'doble burbuja', con una sección circular exterior y secciones internas divididas, como el A380.
¿Por qué [los aviones de pasajeros] no tienen un fuselaje de forma cuadrada?
Shorts Skyvan foto de Wings over Europe
Diagrama de Shorts Skyvan de A Tall Guy
La mayoría de los aviones comerciales están presurizados. Si infla un globo de goma, notará que la forma más económica y más fuerte para un contenedor presurizado es una con una sección transversal circular.
También notarás, cuando inflas una bomba de agua de origami (deberías dejar de leer esto y hacer una bomba de agua de origami ahora), que los lados planos se doblan y se abultan: las hojas planas no son buenas para resistir la presión.
Los aviones de pasajeros esféricos tendrían demasiadas desventajas, pero los cilíndricos tienen un buen equilibrio entre fuerza, peso, arrastre y eficiencia espacial.
Como puede ver arriba, en algunas circunstancias, los fabricantes de aeronaves creen que las ventajas de una sección transversal rectangular valen la pena.
Drag tiene poco o nada que ver con eso.
La razón principal por la que el fuselaje tiene forma circular (o elíptica ) es que la cabina está presurizada.
Esto significa que, principalmente durante el crucero, el interior del fuselaje tiene una presión más alta que la atmósfera exterior. La forma circular (o aproximadamente circular) permite que el fuselaje evite explotar como un globo con una cantidad mínima de material, lo que minimiza el peso total de la aeronave. Un fuselaje cuadrado se rompería en las esquinas debido a la concentración de esfuerzos . Una forma circular no tiene esquinas donde la tensión de tracción pueda concentrarse.
Carlos Esteban
Ronan Paixão