A história da estrutura das aeronaves permeia a história da aviação. Os avanços em materiais e processos utilizados na construção de aeronaves levou sua evolução de simples estruturas de treliça de madeira até as máquinas voadoras de suaves linhas aerodinâmicas de hoje.
Combinado com o contínuo desenvolvimento dos grupos motopropulsores a estrutura das “máquinas voadoras” tem mudado de forma significativa.
A descoberta chave de que “sustentação” poderia ser criada através da passagem do ar por cima de uma superfície curva levou ao desenvolvimento de aeronaves com asas fixas e rotativas.
Cayley
George Cayley desenvolveu um eficiente aerofólio curvado no início do século XIX, assim como, alguns anos mais tarde, GLIDERS (planadores) tripulados eficientes.
Ele estabeleceu os princípios do voo, incluindo a existência de sustentação, peso, empuxo e arrasto. Foi Cayley quem primeiro empilhou asas (STACKED WINGS) e criou um GLIDER de três asas que voou com um home em 1853.
Antes disso Cayley já havia estudado o centro de gravidade das máquinas voadoras, assim como os efeitos do diedro da asa. Além disso, ele foi o pioneiro no controle direcional de aeronaves, pela inclusão das primeiras formas de um leme em seus GLIDERS.
Otto Lilienthal
No final do Século XIX Otto Lilienthal utilizou as descobertas de Cayley. Ele produziu e voou seus próprios GLIDERS, em mais de 2.000 voos. Sua aeronave, feita de salgueiro e tecido, tinha asas criadas a partir de um extenso estudo das asas dos pássaros.
Lilienthal também fez uso padrão de FINS (estabilizadores verticais e horizontais, atrás das asas e da estação de pilotagem. Acima de tudo, Lilienthal provou que o homem poderia voar.
Octave Chbanute
Octave Chbanute, um engenheiro de pontes e estradas de ferro, aposentado, foi ativo na aviação no final do Século XIX.
Seu interesse na aviação era tão grande que, entre outras coisas, ele publicou um trabalho chamado “Progress in Flying Machines”. Este foi o resultado final de seus esforços para reunir e estudar toda a informação disponível sobre aviação.
Como o auxílio de outras pessoas ele construiu GLIDERS parecidos com aqueles que Lilienthal tinha feito, e depois o seu próprio.
Chanute avançou no desenvolvimento das estruturas das aeronaves com a construção de um GLIDER com STACKED WINGS incorporando o uso de arames como apoio para as asas.
O trabalho de todos estes homens eram de conhecimento dos Irmãos Wright quando eles construíram o seu avião motorizado em 1903. Foi o primeiro deste tipo a ser tripulado, o Wright Flyer, que tinha asas finas e cobertas de tecido ligadas ao que era, primariamente, uma estrutura de treliça de madeira.
ASAS
As asas tinham SPARS (longarinas) dianteiras e traseiras e eram apoiadas por STRUTS e arames. Dois conjuntos de asas empilhadas também faziam parte do Wright Flyer.
A aviação cresceu a partir do projeto criado pelos Irmãos Wright. Inventores e aviadores jovens começaram a construir suas próprias aeronaves. No início muitos eram similares aquele construído pelos Irmãos Wright usando madeira e tecidos com arames e STRUTS para apoiar a estrutura da asa. Em 1909 o francês Louis Blériot produziu uma aeronave com grandes diferenças de design.
Ele construiu, com sucesso, uma aeronave com apenas uma asa. As asas ainda eram apoiadas por arames, mas um mastro que se estendia acima da fuselagem possibilitava que as asas fossem apoiadas por cima, assim como por baixo.
Isso tornou possível que o maior comprimento da asa precisasse sustentar uma aeronave com um único conjunto de asas. Bleriot utilizou uma estrutura de fuselagem do tipo treliça Pratt.
Motores
Motores mais potentes foram desenvolvidos e a estrutura das aeronaves também mudou para usufruir destes benefícios. Em 1910 o alemão Hugo Junkers conseguiu construir uma aeronave com treliça e revestimento de metal devido a disponibilidade de grupos motopropulsores potentes o suficiente para impulsionar a aeronave nos céus.
Metal x Madeira
O uso de metal, ao invés de madeira, na estrutura primaria, eliminou a necessidade de WING BRACES e arames externos. O seu J-1 também tinha um único conjunto de asas (um monoplano) ao invés de um STACKED SET (conjunto empilhado).
Antes da I Guerra Mundial os motores mais potentes permitiram que fossem desenvolvidas asas mais espessas com longarinas mais fortes. OS WIRING WING BRACES não eram mais necessários. As asas HIGH-CAMBER superfícies mais planas e baixas criaram mais sustentação.
A I Guerra Mundial criou a necessidade de mais aeronaves confiáveis. Usadas principalmente para reconhecimento STACKED-WING TAIL DRAGGERS com estruturas de treliça de metal e madeira e revestidas principalmente de tecido dominaram os céus durante o período da guerra. O Fokker DR-1 Barão Vermelho era típico.
Em 1920 houve um aumento do uso de metal na construção das aeronaves. Foram desenvolvidas fuselagens capazes de levar carga e passageiros. Os primeiros FLYING BOATS com sua construção tipo casco da indústria naval proporcionou os desenhos técnicos para a construção de fuselagens SEMIMONOCOQUE. Os projetos do tipo casco desapareceram e prevaleceu a tendência dos designs mais limpos, mono asa.
Nos anos 30 as aeronaves totalmente de metal acompanharam motores mais leves e potentes. Fuselagens SEMIMONOCOQUE grandes foram complementadas com asas STRESS-SKIN designs. Foram construídas menos aeronaves de treliça e tecido.
A II Guerra Mundial trouxe uma grande quantidade de projetos de aeronaves totalmente de metal. DEEP FUEL-CARRYING WINGS eram a norma, mas o desejo por mais velocidade incitou o desenvolvimento de aeronaves com asas mais finas, nas quais os tanques de combustível eram localizados na fuselagem.
Material composto (fibra de vidro)
A primeira aeronave com estrutura de compósitos , o De Havilland Mosquito, utilizava um sanduíche de madeira BALSA na construção da fuselagem. O RADOME de fibra de vidro também foi desenvolvido neste período.
Pressurização
Após a II Guerra Mundial o desenvolvimento dos motores de turbina proporcionou voos em maiores altitudes. Surgiu a necessidade de aeronaves pressurizadas. Como resultado disso as construções SEMIMONOCOQUE precisavam ser ainda mais resistentes.
Um aperfeiçoamento na estrutura das fuselagens de metal foi alcançado para aumentar a resistência e combater a fadiga do metal causada pelo ciclo de pressurização e despressurização.
Janelas arredondadas e aberturas de portas foram desenvolvidas para evitar áreas frágeis onde rachaduras poderiam ser formadas.
Revestimentos de liga de alumínio de cobre totalmente usinados, resistentes a rachaduras e que permitem um revestimento mais espesso e afilamento controlado.
Uma usinagem química das estruturas de revestimento da asa proporcionaram maior resistência e superfícies lisas de alto desempenho. ASAS DE CONTORNO VARIÁVEL tornaram-se mais fáceis de construir.
O aumento da velocidade dos voos criou a necessidade de asas mais finas. A carga das asas também aumentou muito e como resposta foram desenvolvidas as asas MULTISPAR e BOX BEAM.
Nos anos 60 foram desenvolvidas aeronaves maiores para o transporte de passageiros.
Com uma melhora na tecnologia dos motores os aviões jumbo foram projetados e construídos. Ainda principalmente de alumínio com fuselagem SEMIMONOCOQUE e o tamanho dos aviões provocou uma busca por materiais mais resistentes e leves para a sua construção.
Estrutura sanduíche
O uso de estruturas com painéis tipo favo de mel nos aviões das séries Boeing diminuía o peso sem comprometer a resistência. Inicialmente o núcleo de alumínio com sanduíches de painéis de revestimento de alumínio ou fibra de vido eram utilizados nos painéis das asas, superfícies de controle de voo, assoalho das cabines e outras aplicações.
Um aumento constante do uso de estruturas de sanduíche de favo de mel com núcleo de espuma e uma ampla variedade de materiais compósitos caracterizou as estruturas da aviação a partir dos anos 70 até hoje.
Técnicas avançadas e combinações de materiais resultaram em uma mudança gradual do alumínio para fibras de carbono e outros materiais resistentes e muito leves.
Estes novos materiais foram projetados para atender requisitos específicos de desempenho dos vários componentes das aeronaves. Muitas estruturas de aeronaves são feitas com mais de 50 por cento de compósitos avançados, e algumas chegam a quase 100 por cento. O termo “very light Jet” (VLJ) descreve uma nova geração de jatos feitos quase que totalmente de materiais compósitos avançados.
É possível que estruturas de aeronaves de alumínio não compósitos tornem-se obsoletas, assim como os métodos de construção utilizados por Cayley, Lilienthal e pelos Irmãos Wright.
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