¿Qué nuevas exigencias plantea el desarrollo de la economía de baja altitud respecto a los materiales?
Para los drones y los eVTOL, la «ligereza» no significa simplemente reducir el peso.
Reducir el peso de una aeronave puede disminuir el consumo energético durante el vuelo, prolongar la duración del vuelo y aumentar la capacidad de carga. Por consiguiente, minimizar el peso estructural sin comprometer la seguridad y la rigidez estructurales ha sido siempre un desafío clave en el diseño de aeronaves de baja altitud.
Al mismo tiempo, las aeronaves de baja altitud también deben soportar condiciones de carga complejas.
El fuselaje, los brazos, las alas, las hélices y las estructuras de conexión están sometidos, durante el vuelo, a diversos tipos de cargas, como tracción, compresión, flexión, torsión y vibración.
Esto significa que el material estructural ideal no solo debe poseer alta resistencia y rigidez, sino que también debe poder diseñarse específicamente para adaptarse a la dirección de las fuerzas que actúan sobre distintas partes de la estructura.
Precisamente aquí radican las ventajas de los tejidos de punto de urdimbre de fibra de carbono multiaxial.
¿Qué es un tejido de punto de urdimbre de fibra de carbono multiaxial?
A diferencia de los tejidos comunes de fibra de carbono en plano y sarga con orientaciones de 0°/90°, los tejidos de punto de urdimbre multiaxial no simplemente entrelazan las fibras.
Permite disponer las fibras de carbono en distintas orientaciones, tales como:
combinaciones de 0°, ±45° y 90°, entre otras.
Las fibras con distintas orientaciones soportan cargas en distintas direcciones, y los hilos de punto de urdimbre fijan entonces las capas individuales de fibras para formar un conjunto unificado.
Esta estructura permite que la orientación de las fibras del material se alinee mejor con las condiciones reales de tensión a las que se somete el producto.
En pocas palabras:
allí donde se deba resistir una fuerza en una dirección determinada, pueden disponerse más fibras en dicha dirección.
Esto hace que los tejidos de fibra de carbono de punto de urdimbre multiaxial resulten especialmente adecuados para las estructuras de aeronaves y vehículos aéreos de vuelo a baja altura, que exigen elevados niveles tanto de rendimiento estructural como de ligereza. 
¿Por qué resulta especialmente adecuado para drones?
1. Soporte de carga multidireccional para cumplir con requisitos complejos de carga
Los drones no están sometidos a fuerzas únicamente desde una sola dirección.
Por ejemplo, durante el vuelo, los brazos soportan simultáneamente cargas tales como flexión, torsión y vibración.
Si se utilizan únicamente disposiciones de fibras unidireccionales, es difícil satisfacer los requisitos mecánicos en distintas direcciones.
En cambio, las estructuras multiaxiales permiten un diseño mecánico más racional mediante la combinación de fibras orientadas en distintos ángulos, como 0°, ±45° y 90°.
Específicamente:
fibras a 0° soportan principalmente cargas de tracción y compresión longitudinales;
fibras a ±45° mejoran la resistencia de la estructura a cargas cortantes y torsionales;
mientras que fibras a 90° ayuda a mejorar la estabilidad lateral.
Al combinar fibras con distintos ángulos, se puede lograr un diseño estructural de soporte de carga más racional.
2. Ventajas sobresalientes en la reducción de peso
En el caso de las aeronaves, incluso una ligera reducción del peso estructural puede generar beneficios tangibles en el rendimiento.
La fibra de carbono posee intrínsecamente una alta resistencia específica y rigidez específica, lo que ofrece ventajas significativas para lograr una ligereza estructural.
Además, los tejidos de punto de urdimbre multiaxial permiten diseñar la orientación de las fibras según las características de carga del producto, reduciendo así el estratificado innecesario de material sin comprometer los requisitos de rendimiento estructural.
Por consiguiente, este enfoque no consiste meramente en «sustituir materiales más pesados por otros más ligeros», sino que constituye un método para lograr una ligereza estructural mediante la optimización de la orientación de las fibras.
¿Por qué los tejidos de punto de urdimbre multidireccional están atrayendo más atención que los tejidos tradicionales?
Además de sus propiedades mecánicas, los tejidos de punto de urdimbre multiaxial ofrecen otra ventaja significativa: la eficiencia del proceso de colocación (lay-up).
En los procesos tradicionales de fabricación de compuestos, las fibras orientadas en distintas direcciones suelen requerir corte y colocación por separado, antes de apilarse en múltiples capas según los requisitos de diseño.
Los tejidos de punto de urdimbre multiaxial, sin embargo, permiten combinar, de forma previa, fibras orientadas en múltiples direcciones en un único material integrado. Esto significa que, en ciertas estructuras, se puede reducir el número de pasos de colocación (lay-up), mejorando así la eficiencia en la colocación del material.
Esto resulta especialmente importante para la futura producción en masa de aeronaves de baja altitud.
Esto se debe a que, al evolucionar los drones desde la ‘personalización a pequeña escala’ hacia la ‘producción en masa’, los materiales no solo deben cumplir con los requisitos de rendimiento, sino también tener en cuenta:
la eficiencia de producción, la utilización del material, la estabilidad del proceso y los costes de fabricación.
En consecuencia, el valor de los tejidos de punto de urdimbre multiaxial radica no solo en su «rendimiento del material», sino también en su «eficiencia de fabricación».
¿En qué otros ámbitos podrían utilizarse en el futuro los tejidos de punto de urdimbre multiaxial de fibra de carbono?
A medida que sigue desarrollándose la economía de baja altitud, la aplicación aplicación de materiales multiaxiales de fibra de carbono no se limita a componentes individuales.
Los ámbitos que conviene vigilar en el futuro incluyen:
1. Estructuras del fuselaje de UAV
Utilizados en las carcasas del fuselaje, estructuras portantes y otros componentes para lograr una reducción de peso y un refuerzo estructural.
2. Brazos de UAV
Al combinar fibras orientadas en distintas direcciones, se mejora la resistencia a la flexión y a la torsión de los brazos.
3. Alas y estructuras alares
La orientación de las fibras está diseñada según las características de carga de distintas zonas del ala para lograr una optimización estructural.
4. Fuselaje eVOTL y estructuras internas portantes
Cumpliendo los requisitos integrales de aeronaves grandes en cuanto a alta resistencia, construcción ligera y estabilidad estructural.
5. Rotores y otros componentes compuestos
Diseñando disposiciones de capas de fibra según direcciones de carga específicas para ofrecer soluciones materiales a estructuras compuestas complejas.
Weinuo: Proporcionando materiales de fibra de carbono para aeronaves de baja altitud
Como proveedor de compuestos de fibra de carbono, Weinuo ofrece una gama de productos incluyendo tejidos de fibra de carbono telas de refuerzo unidireccionales, prepregs, telas de punto de urdimbre multiaxial, paneles de fibra de carbono y componentes mecanizados mediante CNC, y posee capacidades integrales de procesamiento que abarcan desde materias primas hasta productos semiacabados.
En particular, la línea de producción de tejidos de carbono multiaxiales de punto de urdimbre es capaz de ofrecer soluciones de materiales con distintas orientaciones de fibra y combinaciones de gramaje para satisfacer los diversos requisitos de diseño estructural de los clientes.
Ante el rápido desarrollo de la economía de baja altitud, la innovación en materiales está surgiendo como un impulsor clave para la reducción de peso de las aeronaves.
En el futuro, los tejidos de carbono multiaxiales de punto de urdimbre podrían convertirse, muy probablemente, en uno de los materiales clave que permitan que más aeronaves de baja altitud ‘despeguen con una carga más ligera’.
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