¿Por qué ya no se fabrican fuselajes geodésicos?

Los diseños geodésicos (a veces también deletreados geodésicos) se utilizaron en la aviación ya en 1909, en el dirigible Schütte-Lanz SL1 . Tenía una estructura de madera con revestimiento de tela, y el profesor Johann Schütte, el responsable científico de este diseño, utilizó el método más eficiente concebible. Sin embargo, planificar la forma de todos los miembros estructurales era una enorme cantidad de trabajo, y estirar un barco existente insertando una nueva sección era casi imposible. Por esas razones, los dirigibles Schütte-Lanz tardíos usaban marcos de aluminio con un diseño convencional, tal como lo hizo Zeppelin desde el principio. Se utilizaron arriostramientos de alambre diagonal para absorber las cargas de corte.

Los marcos geodésicos son buenos para transferir cargas de flexión y de corte. Esto es útil cuando la cubierta aerodinámica no es lo suficientemente rígida para aportar rigidez al corte, como en el caso de la cubierta de tela. Sin embargo, cuando la piel está hecha del mismo material que el marco, puede soportar cargas de corte y un marco geodésico no mejoraría las cosas. Ahora es mejor transportar cargas longitudinales en largueros y cizalla en la piel.

Pero las construcciones geodésicas no están muertas. CAD hace que el esfuerzo de diseño sea manejable y, en algunos casos, otorga una ventaja de peso. Mire la carcasa del motor EJ200 : utiliza un refuerzo geodésico para hacer que la carcasa sea liviana y resistente y para evitar vibraciones dañinas. Al final, la carcasa de un motor a reacción es un gran recipiente a presión y debe ser fuerte, rígido y liviano.

^{foto de Julian Herzog, CC-BY}

El cambio de marcos internos a fuselajes de piel estructural, llamado construcción monocasco , está bastante bien cubierto en Wikipedia :

Los primeros aviones se construían utilizando marcos internos, generalmente de madera o tubos de acero, que luego se cubrían (o desollaban) con tela 3 como lino irlandés o algodón. La piel no agregaba nada a la resistencia estructural del fuselaje y era esencialmente un peso muerto más allá de proporcionar una superficie sellada suave. Al pensar en el fuselaje como un todo, y no solo en la suma de sus partes, tenía sentido adoptar una estructura monocasco y varias empresas no tardaron mucho en adoptar prácticas de la industria náutica, como laminar tiras delgadas de madera.

Dicho esto, todavía estamos produciendo aviones de tubo y tela, particularmente aviones de cola basados ​​en diseños clásicos, como este American Champion Citabria y este Super Cub :

Comenzó cuando la forma habitual de construir era un marco de tubo de acero, con formadores de madera unidos para llevar la piel. Los primeros planos geodésicos todavía estaban cubiertos de tela, pero ahora toda la estructura del fuselaje estaba en la piel, dejando el interior abierto para la carga útil, como personas o artillería. Era mucho más liviano y resistente, aunque estaba patentado y muchos constructores simplemente no querían licenciar la construcción de la mayor parte de su avión a partir de las ideas de otros.

Una vez que se utilizaron revestimientos metálicos, no fue la única opción monocasco, aunque seguía siendo superior a las estructuras ortogonales habituales. Aunque todavía más caro.

"Geodésica" debe referirse al campo de las matemáticas en sí. Las aplicaciones geodésicas de este trabajo para estructuras de marcos espaciales o mapeo de un globo, etc.

Los fuselajes geodésicos son útiles para fumigadores de cultivos especialmente diseñados, construidos a partir de tubos de acero inoxidable 4130. Los productos químicos a bordo podrían reaccionar fácilmente con el aluminio, que todavía se usa para paneles de revestimiento, pero no como miembro estructural: las placas de revestimiento son solo para cubrir, no para recibir ninguna de las cargas principales. El método de construcción es una de las razones por las que se ven diferentes a cualquier otro avión, con la forma angular de la cabina y todo.

Aparte de eso, la construcción monocasco se ha hecho cargo por completo de la construcción del marco geodésico: cuando las placas de revestimiento son los principales soportes de carga, la estructura del avión es más liviana.

Como ya señalan otras respuestas, el principal atractivo de la estructura geodésica era proporcionar una estructura más liviana y resistente que la estructura interna, con la ventaja no despreciable de dejar mucho más espacio interno para el combustible y la carga útil. El marco geodésico podría llevar directamente una piel de tela en una forma aerodinámica, en lugar de requerir la adición de una cimbra (pesada) simplemente para llevar la piel.

Algunos aviones modernos todavía se construyen con estructura y tela, como el Aviat Husky, aunque la mayoría usa una construcción de "estructura espacial" más genérica en lugar de una estructura geodésica. Estos son casi universalmente aviones de aviación general diseñados principalmente para vuelos VFR.

Una desventaja general de los aviones con revestimiento de tela es que no soportan fácilmente la presurización de la cabina; sería necesario instalar un segundo casco de presión interno para retener un sello de aire suficiente. Si bien esto no sería especialmente difícil de lograr, reduce la principal ventaja del marco geodésico, en el contexto de aeronaves diseñadas para volar regularmente por encima de FL120 (donde la mayoría de las personas comienzan a experimentar una hipoxia debilitante) sin transportar oxígeno para cada ocupante durante toda la fase de crucero del vuelo.

En cambio, las aeronaves compuestas y con revestimiento de metal se diseñan normalmente de modo que el revestimiento forme la cabina de presión, así como la superficie aerodinámica, y también soporta algunas de las cargas estructurales para que se requiera menos estructura interna.

Un área donde los fuselajes geodésicos han experimentado un resurgimiento reciente son los modelos de aviones impresos en 3D.

He visto un ejemplo en el que el fuselaje, las alas y las superficies de la cola eran todos de construcción geodésica abierta, similar al conocido Vickers "Wellington". El modelo estaba cubierto por una película de plástico termorretráctil como Monokote.

Aquí hay un sitio web que presenta muchos ejemplos de tales modelos: https://www.3dprintedrcplanes.com/

Este enlace describe el proceso de diseño e impresión en 3D de estructuras de doble pared para modelos de aviones, con una estructura geodésica interna entre las paredes interior y exterior-- https://www.rc3dprint.com/post/3d-printing- geodésica-estructura-interna

Todavía se producen. Consulte, por ejemplo, el proyecto de investigación de la UE de 2013 aquí: http://www.transport-research.info/project/advanced-lattice-structures-composite-airframes