Fijaciones aeroespaciales: descripción detallada de los tipos de fijaciones de aeronaves

Las fijaciones aeroespaciales son posiblemente uno de los componentes más infravalorados de la industria de la aviación. Puede que no estén en el centro de atención, pero desempeñan un papel vital para mantener una aeronave en el aire.

Un dato interesante para enfatizar este punto: ¡un avión tiene aproximadamente 1 millón de fijaciones de aeronave!

Ahora que sabemos lo significativas que son, podemos apreciar aún más esta discusión sobre las fijaciones. En este artículo, repasaremos varios tipos de fijaciones de aviación y sus requisitos.

¿Qué son las fijaciones aeroespaciales?

Las fijaciones aeroespaciales cumplen el importante propósito de mantener unidos los diversos componentes del cuerpo de la aeronave. Su papel es crucial no solo para el rendimiento sino también para la seguridad de los pasajeros. Piense en el resultado devastador si uno de los motores se cae o una puerta se abre en pleno vuelo: la negligencia no es un lujo asequible para los ingenieros aeroespaciales, ¡incluso con fijaciones!

La industria aeroespacial cubre una amplia gama de productos como aviones comerciales, aviones militares, naves espaciales e incluso tecnologías de misiles. En consecuencia, el tema de las fijaciones de aeronaves abarca toda esta gama de aplicaciones.

Además, deben estar especialmente diseñadas para los entornos intensos y versátiles en los que operan y son bastante diferentes de las fijaciones normales que generalmente conocemos. Discutiremos todos estos puntos en detalle ahora.

Cualidades deseadas en las fijaciones de aeronaves

Como se destacó anteriormente, las fijaciones aeroespaciales deben tener cualidades físicas de élite. Los principales requisitos son:

Alta resistencia

Las aeronaves están expuestas a inmensas presiones y tensiones durante el servicio. Las fijaciones necesitan tener alta resistencia a la tracción y al cizallamiento para soportar tales cargas. Además, dado que las cargas dinámicas como la turbulencia son comunes, una buena resistencia a la fatiga también es un requisito importante.

Resistencia térmica

Las naves espaciales y los aviones militares enfrentan temperaturas extremas que pueden causar fallos térmicos. Las fijaciones deben ser capaces de mantener su rendimiento en tales condiciones.

Resistencia a la corrosión

Un requisito general para las aeronaves que operan en entornos húmedos es el caso más frecuente.

Ligereza

Como se mencionó anteriormente, una aeronave promedio puede tener más de un millón de fijaciones. Aunque una sola fijación pueda no parecer tan pesada, un millón de estas ciertamente pesan mucho. Por lo tanto, las fijaciones ligeras son muy importantes para el rendimiento y la eficiencia de la aeronave.

Normas comunes para las fijaciones aeroespaciales

Los esfuerzos de estandarización en la industria de las fijaciones de aeronaves se remontan a los tiempos de la Segunda Guerra Mundial, cuando comenzaron muchos de esos desarrollos en la industria de la aviación.

Algunas de las conocidas normas industriales se destacan brevemente a continuación.

SAE AS9100 es una de las primeras familias de normas en la industria de la aviación. Trata sobre el diseño, desarrollo, producción, instalación y mantenimiento de componentes de aviación, incluidas las fijaciones.

ISO/TC 20/SC 4 es un comité técnico de la ISO que se ocupa específicamente de los sistemas de fijaciones aeroespaciales. Sus normas incluyen información detallada sobre diseños y materiales de fijaciones.

Fijaciones aeroespaciales de uso general

Algunos tipos de fijaciones de aeronaves funcionan de la misma manera que las fijaciones de uso general que usamos en nuestra vida diaria. Las mencionaremos antes de pasar a las fijaciones especiales específicas de la industria aeroespacial.

Pernos de aeronave

Los pernos de aeronave son fijaciones roscadas externamente utilizadas para juntas no permanentes. Proporcionan una excelente resistencia de fijación y resistencia contra la carga dinámica. En la industria aeroespacial, generalmente están hechos de acero de alta resistencia o aleaciones de aluminio recubiertas con materiales resistentes a la corrosión.

Tuercas de aeronave

Las tuercas de aeronave son las piezas hembra que se acoplan a los pernos o tornillos. Por lo tanto, tienen roscas internas. Sus propiedades de material deben estar a la par con sus componentes de acoplamiento.

Además, también incluyen características como autobloqueo y sellado que son integrales para las estructuras aeroespaciales que experimentan muchas vibraciones en pleno vuelo.

Tornillos de aeronave

Los tornillos son las fijaciones más abundantes en las estructuras aeroespaciales. También tienen roscas externas como los pernos, pero las roscas son más puntiagudas con una forma de cresta y una hélice más alta. Se utilizan varias categorías de tornillos en el ensamblaje de aeronaves, con diferentes materiales, recubrimientos, cabezas de tornillo y diseños.

Los tornillos estructurales tienen una resistencia a la tracción y al cizallamiento similar a la de los pernos y son ideales para aplicaciones de servicio pesado.

Los tornillos de máquina también son útiles en el ensamblaje de aeronaves. Vienen en varios diseños de cabeza como cabezas redondas, cabezas de armadura, avellanadas, etc.

Remaches de aeronave

Los remaches de aeronave son estructuras similares a pasadores que se deforman plásticamente desde un extremo para crear una junta permanente. Se utilizan más comúnmente para unir las láminas de metal que forman el cuerpo de una aeronave. Proporcionan un agarre fuerte y son una opción relativamente económica entre las fijaciones aeroespaciales.

Fijaciones aeroespaciales especiales y sus aplicaciones

Las fijaciones de aeronaves tienen aplicaciones altamente especializadas y los diseños estándar no bastan en muchos casos. Por lo tanto, los ingenieros han ideado varios diseños innovadores para abordar dichas aplicaciones.

Pernos/remaches ciegos

Los pernos ciegos y los remaches ciegos son increíblemente útiles cuando un lado de la junta es inaccesible. Por lo tanto, en las aeronaves, se encuentran comúnmente en lugares de difícil acceso. Además, esta es la razón del término «ciego» en su nombre.

La fijación se inserta en el orificio y se aprieta. En el caso de los remaches ciegos, la cabeza del remache se deforma plásticamente para proporcionar un agarre robusto. Los pernos ciegos se aprietan en un collar preposicionado que se expande dentro del orificio y bloquea el ensamblaje en su posición. Las fijaciones ciegas ofrecen excelente resistencia y resistencia a la vibración.

Pernos de bloqueo (lockbolts)

Los pernos de bloqueo, o huck bolts como se les llama a veces, son un híbrido único entre pernos y remaches. Vienen como ensamblajes de dos partes, una de las cuales es bastante similar a un perno normal. En el otro extremo, se utilizan collares especiales que se estampan (swage) en las ranuras del vástago del pasador del perno de bloqueo o se aprietan sobre sus roscas para formar la junta.

En algunos casos, se mecaniza una sección más débil en el pasador y la parte extra sobresaliente del vástago se retira después del ensamblaje.

Los pernos de bloqueo son fáciles de instalar y proporcionan buena resistencia de fijación. Por lo tanto, son una alternativa más ligera a otras fijaciones aeroespaciales comunes. Además, se utilizan en el ensamblaje de componentes estructurales en trenes de aterrizaje, herrajes de empalme de alas, etc.

Pasadores Hi-Lok

Los pasadores Hi-Lok son fijaciones de dos partes compuestas por un pasador roscado y un collar. Su característica especial es su capacidad de mantener una precarga constante, que se logra cuando parte del pasador se desprende a un cierto valor de precarga.

La precarga uniforme lo hace fiable y permite un control de calidad relajado. Además, tienen buena resistencia y vida a la fatiga.

Cierres de giro (turnlock)

Los cierres de giro son fijaciones de aeronave innovadoras que proporcionan una junta no permanente. Se utilizan principalmente para asegurar puertas, paneles eléctricos y otros componentes similares en los cuerpos de las aeronaves.

La verdadera ventaja que ofrecen es la extracción rápida y fácil de los componentes ensamblados, que se logra simplemente aflojando su tornillo.

Fijaciones adhesivas

Estas son fijaciones no convencionales que no requieren un orificio. En su lugar, se adhieren a las superficies con la ayuda de adhesivos aeroespaciales de alto rendimiento y tienen anclajes/ganchos para unir los componentes.

No son tan fuertes como las fijaciones mecánicas discutidas anteriormente, pero cumplen su función para juntas de baja intensidad. Algunas de sus aplicaciones comunes incluyen la gestión de cables y la unión de paneles de láminas.

Materiales disponibles para fijaciones aeroespaciales

Las fijaciones aeroespaciales tienen que soportar entornos operativos intensos y deben ser capaces de mantener su rendimiento a lo largo de su vida útil. Discutimos las cualidades físicas deseadas de las fijaciones de aviación.

Ahora, echamos un vistazo a los materiales que son populares para su fabricación.

Aluminio

Es un material aeroespacial clásico debido a sus cualidades de ser ligero, buena relación resistencia-peso y resistencia a la corrosión.

Las aleaciones de aluminio a menudo se complementan con tratamientos térmicos y recubrimientos. Por ejemplo, la serie T6-AI70xx es comúnmente conocida como «grado espacial» en la mayoría de las industrias debido a su composición y tratamiento térmico. Los cuerpos de las aeronaves se fabrican comúnmente con aleaciones de aluminio.

Acero

Diversos grados de acero se utilizan ampliamente para fabricar fijaciones. Proporcionan gran resistencia y durabilidad a las juntas.

Sin embargo, el material de acero es generalmente más pesado que sus homólogos como el aluminio y el titanio, y requiere ciertos tratamientos para hacerlo resistente al calor y la corrosión.

Aun así, es ciertamente un grupo de materiales popular cuando se trata de fijaciones de aeronaves.

Titanio

Las aleaciones de titanio son más fuertes que el acero pero mucho más ligeras. Poseen buena estabilidad térmica y resistencia a la corrosión también.

Estas propiedades lo convierten en una opción ideal para fijaciones. Sin embargo, la única razón que inhibe su utilización popular es su alto precio. Por esta razón, solo son un reemplazo ocasional para las fijaciones de aluminio y acero para aplicaciones especiales.

Aleaciones especiales

La industria aeroespacial es ampliamente considerada como una de las más innovadoras en términos de desarrollo de productos. Esta reputación se debe en parte a sus importantes contribuciones a la mejora de las ciencias de los materiales.

Existen numerosas aleaciones especiales que superan a los materiales discutidos anteriormente. Tienen mayor resistencia, menos peso, mejor estabilidad térmica y más longevidad.

Algunos metales de aleación especiales comunes para fijaciones aeroespaciales incluyen níquel y cromo. Inconel, NIMONIC, Waspaloy, Hastelloy, etc., son algunas de las principales aleaciones especiales en uso actualmente.

Fijaciones aeroespaciales vs fijaciones de grado comercial

Las fijaciones aeroespaciales pueden parecer similares a las fijaciones de grado comercial, pero son muy superiores en términos de características de rendimiento. Un avión con fijaciones comerciales probablemente no duraría más de un minuto en el aire.

A continuación se enumeran las principales diferencias entre ambos tipos de fijaciones.

Material: las fijaciones utilizadas en la industria aeroespacial están hechas de acero de alta calidad, mientras que las fijaciones de grado comercial se fabrican comúnmente de acero de bajo a medio carbono.

Resistencia: las fijaciones en las aeronaves se someten a tratamiento térmico y tienen una resistencia a la tracción superior a 800 MPa. En comparación, las fijaciones comerciales suelen estar por debajo de 400 MPa.

Propiedades del material: las fijaciones en las aeronaves se someten a tratamientos especiales para ser más resistentes al calor, a la corrosión y a las vibraciones.

Autobloqueo: dado que las aeronaves están sujetas a fuertes vibraciones, existe el riesgo de que las fijaciones se aflojen. Para abordar esto, la mayoría de las tuercas y pernos de aeronave tienen un mecanismo de autobloqueo. Las fijaciones de grado comercial, por otro lado, suelen ser sin autobloqueo.

Coste: debido a la funcionalidad adicional, las fijaciones aeroespaciales comprensiblemente cuestan más que las fijaciones comerciales.

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Conclusión

Las fijaciones aeroespaciales son una parte esencial de cualquier aeronave. Mantienen unidas las diversas partes de la aeronave y le permiten funcionar correctamente. Hay muchos tipos diferentes de fijaciones utilizadas en la construcción de aeronaves, y cada una tiene su propósito específico. Esperamos que esta haya sido una lectura informativa y que haya aclarado sus preguntas sobre las fijaciones de aeronave.

Preguntas frecuentes

¿De qué materiales están hechas las cubiertas de las fijaciones？

Las cubiertas deben proteger adecuadamente las fijaciones de sus entornos operativos extremos. Por lo tanto, están hechas de materiales como óxido negro, cadmio, zinc, níquel y fosfato.

¿Cuáles son los acabados superficiales opcionales para las fijaciones de aeronave？

Las fijaciones se pueden recubrir para lograr numerosas propiedades. Hay acabados superficiales y recubrimientos opcionales para cualidades como anodizado, pintura y galvanoplastia, que pueden mejorar la resistencia a la corrosión, la resistencia a altas temperaturas, el sellado húmedo y la estética.

¿Qué tolerancias de ajuste de orificio son apropiadas para las fijaciones aeroespaciales?

El rango de tolerancia del orificio depende de muchos factores como el tipo de fijación, su material, el material de la junta, las condiciones de trabajo, el recubrimiento superficial, etc. Típicamente, se utilizan ajustes con juego para los remaches, mientras que las juntas atornilladas tienen un ajuste de transición más ajustado.