¿Por qué las alas 787 se curvan si se supone que la fibra de carbono es más fuerte que el acero?

Te sorprende por qué algo que debería ser fuerte es flexionarse y curvarse. Tenga en cuenta que la mayoría de las cosas que son fuertes también se flexionan, algunas mucho más que otras. Tome un esquí de nieve, por ejemplo, o el poste de un saltador de pértiga. Se flexionan enormemente bajo el uso normal, pero rara vez se rompen. La lección que debe llevarse a casa es que cuando un producto de ingeniería como el ala de un avión se flexiona bajo el uso normal, no es necesariamente un signo de debilidad del ala en sí ni del material del que está hecho, en este caso compuesto de fibra de carbono.

Incluso un rascacielos se balanceará algunas pulgadas en el piso superior con fuertes vientos. Pero en este caso, donde el ala del 787 se dobla hacia arriba como el ala de un pájaro, es mucho más dramático y ha llamado tu atención. Y, por cierto, la cantidad de flexión es una función de la forma del ala, o su forma de plano, como lo ve un pájaro volando sobre él, y su perfil o sección transversal. El ala del 787 es muy delgada en forma de plan y relativamente delgada en comparación con las alas de los aviones más antiguos. Estas características le permiten soportar el avión en el aire con menos resistencia y contribuyen al menor uso de combustible del 787 en vuelo.

La respuesta de por qué se doblan ya está bien dada. Quisiera llamar su atención sobre que podría ser una propiedad aerodinámica deseable y dejarle que averigüe por qué.

Las ruedas en las puntas de las alas de un B52 se elevan 16 pies del suelo durante la carrera de despegue. Impresionante cuando se ve desde el final de la pista, y esas alas no están hechas de fibra de carbono.

O, en otras palabras, las alas flexibles no son el resultado del uso de fibra de carbono sino una característica de diseño, particularmente en aviones más grandes.

¿Por qué? Es la respuesta que estás buscando.

@Steve Blumenkranz tiene la respuesta larga y completa.

La respuesta corta es que la rigidez , no la fuerza, determina cuánto se doblan / flexionan las alas. La rigidez de una estructura está relacionada con la rigidez del material, así como con el diseño estructural. La rigidez del compuesto de grafito es similar a la del acero, ~ 30 Msi, en configuraciones más comunes. Pero la mayoría de los aviones están hechos de aluminio, que tiene una rigidez de ~ 10 Msi. Se podría pensar que las alas en los aviones de aluminio se flexionarían más debido a eso, pero esos aviones tienen mucha estructura en las alas para manejar las cargas de las alas, por lo que la rigidez de las alas es mayor, por lo que sus alas no se doblan tanto.

El 787 aprovecha la resistencia de los compuestos de grafito para reducir la cantidad de estructura dentro de las alas, al tiempo que puede manejar las cargas de las alas. Esto reduce la rigidez del ala, por lo que permite una mayor flexibilidad.

Están diseñados con esa forma para una máxima eficiencia aerodinámica. Se llegó a la forma después de una gran cantidad de trabajo de diseño y prueba, incluido el análisis de dinámica de fluidos computacional y mucho tiempo en el túnel de viento.

He caminado bajo estas alas, son una maravilla de la ingeniería. Las puntas de las alas rastrilladas son simplemente hermosas, y es bastante sorprendente lo alto que están del suelo.

Es más al revés, el aluminio no se puede flexionar mucho sin fatigar el metal, por lo que las alas de aluminio deben estar diseñadas para ser más rígidas y menos flexibles que las de fibra de carbono. Algunos aviones militares como el B-47 y el B-52 tenían alas más flexibles, pero esos aviones debían tener reemplazos de alas frecuentes y costosos. Los aviones tienen que ser más económicos que eso.

Probablemente sea mejor que se doblen que no se doblen. Las cosas que no pueden doblarse tienden a romperse.