Alumínio x Composto: Qual fuselagem é a melhor?

O 787 foi a primeira aeronave de fuselagem composta (Foto: Vincenzo Pace)

Jatos modernos, como o 787 e o A350, viram uma mudança para materiais compostos para a construção da fuselagem. Parece que isso permanecerá como o caminho a seguir para novos projetos de aeronaves. Existem desafios, mas o peso menor oferece melhorias significativas em eficiência e custo operacional.

A fuselagem de alumínio

Os aviões nem sempre foram feitos de metal. Muitos dos primeiros aviões usavam madeira e tecido. E não apenas aeronaves pequenas, como os primeiros biplanos - o Howard Hughes H4 de madeira, conhecido como 'Spruce Goose', foi uma das maiores aeronaves já construídas. Ele voou uma vez, mas nunca entrou em serviço - devido ao fim da guerra, porém, não sua construção de madeira!

O Spruce Goose, lançado em 1947, foi a maior aeronave de madeira construída (Foto: Getty Images)

A madeira era um material prático. Era de baixo custo e muito baixo peso. Mas não era forte o suficiente para voar em alta velocidade. Com o aumento das velocidades e, certamente, com a introdução dos motores a jato, o metal se tornou a melhor opção.

O alumínio foi a melhor escolha. É durável, leve e relativamente barato. O titânio, na verdade, é ainda melhor, mas muito caro. O compromisso é usar ligas de alumínio para reduzir os problemas de fadiga por tensão e corrosão. Essas ligas de alumínio formaram a base de todas as fuselagens de aviões a jato até recentemente. Pequenas quantidades de outros metais (como aço ou ferro) podem ser usadas na construção, mas por si só são muito pesadas e sofreriam tensão em altas temperaturas.

Douglas DC-8 (1961) - Os jatos são construídos há muito tempo com a maioria das
ligas de alumínio (Foto: Getty Images)

Mudando para o composto

Muitas aeronaves modernas, principalmente o Boing 787 e o Airbus A350, mudaram para materiais compostos para construção. Isso segue a tendência de operação de aeronaves mais eficiente, de menor custo e de emissões mais baixas nos últimos anos. Estes são os dois primeiros a ter uma construção composta significativa

As aeronaves anteriores já haviam começado a se mover dessa forma, no entanto. O A380, por exemplo, é aproximadamente 20% composto, e o 777 cerca de 12%. Curiosamente, o novo 777X manterá uma fuselagem de alumínio, pois é baseado na atualização do 777.

Composto refere-se à construção de dois ou mais materiais diferentes que, quando combinados, apresentam um desempenho melhor do que os elementos por si próprios. No 787, cerca de 50% dos materiais usados ​​são plástico reforçado com fibra de carbono (CRFP) e outros compósitos. O alumínio ainda representa 20%, o titânio 15% e o aço 10%.

A fuselagem do 787 tem cerca de 50% de fibra de carbono e compostos (Foto: Getty Images)

A Airbus também faz uso de CFRP no A350. O fabricante fornece uma boa descrição de como ele usa o CRFP em seu site: “Na produção de CFRP, milhares de fios de carbono microscopicamente finos são agrupados para fazer cada fibra, que se junta a outras em uma matriz mantida unida por uma resina robusta para atingir o nível necessário de rigidez. O componente composto é produzido em folhas de formato preciso colocadas umas sobre as outras e, em seguida, ligadas, normalmente usando calor e pressão em um forno chamado autoclave, resultando em um composto de alta qualidade.”

Grande parte do crédito pela mudança para os compósitos deve-se à Boeing. Ela optou por seguir o sucesso do 777 (como o carro largo mais vendido até agora) com um novo projeto de aeronave em folha limpa no 787. Essa era uma capacidade inferior ao do 777 e levou a Boeing para o mercado não comprovado de fuselagem composta. As companhias aéreas reagiram positivamente, no entanto. Tanto que a Airbus optou por revisar seus planos para o A350 e também projetar um novo corpo largo composto de folha limpa com o A350XWB (anteriormente, estava planejando uma atualização com base no A330).

O 787 foi a primeira aeronave de construção composta significativa,
lançada quatro anos antes do A350XWB (Foto: Vincenzo Pace)

Vantagens dos compósitos

A principal vantagem é a redução de peso, o que reduz o consumo de combustível, as emissões e, em última análise, o custo por assento para as companhias aéreas. Esses materiais também são menos suscetíveis à corrosão e fadiga, reduzindo o tempo e o custo de manutenção para as companhias aéreas.

As estruturas compostas podem ser moldadas em qualquer formato. Isso permitiu que seções inteiras do "barril" da fuselagem fossem feitas em locais diferentes, em vez de chapas de alumínio que precisavam ser aparafusadas. A Boeing usou isso extensivamente na construção do 787. As seções de fuselagem são totalmente montadas em diferentes locais (incluindo Itália e Japão) e depois transportadas para as fábricas da Boeing nos Estados Unidos para montagem final, usando a aeronave Dreamlifter.

Seções separadas da fuselagem do compósito 787 são unidas durante a montagem final (Foto: Boeing)

Outra diferença que você notará com o composto são as janelas maiores. Com a fuselagem menos resistente à fadiga, eles podem ser aumentados em tamanho. O 787 tem as maiores janelas de passageiros de qualquer jato de passageiros e, à medida que o uso de compostos avança, poderíamos ver maiores.

O 787 tem as maiores janelas de qualquer aeronave atual (Foto: Getty Images)

Limitações de compostos

Com a mudança para os compostos, pelo menos para jatos comerciais de passageiros, agora bem encaminhada, há desvantagens? O custo é um, até certo ponto. Os componentes CFRP são mais caros de produzir do que as peças metálicas padrão (isso pode mudar à medida que a produção e o uso se expandem). Mas, com o tempo, isso pode ser compensado por custos de manutenção mais baixos.

Também surgiram preocupações sobre a detecção de danos à fuselagem. O dano por impacto não é tão visível ou fácil de detectar como em uma fuselagem de metal. As propostas dos reguladores para mitigar isso incluem melhor treinamento e mais monitoramento e relatórios de contatos de fuselagem em potencial. Outros testes (incluindo ópticos, elétricos e acústicos) podem verificar se há danos à fuselagem.

Outro desafio que podemos ver é com a modificação da aeronave. Isso foi levantado como um problema com as conversões de cargueiros - cortar uma porta de acesso de carga em uma fuselagem composta é mais desafiador do que em uma de alumínio. Pode ser mais fácil para um possível cargueiro A350 , já que sua fuselagem é construída a partir de painéis compostos em vez de seções completas do cilindro.

Um cargueiro A350 provavelmente seria baseado na fuselagem do A350-900 (Foto: Getty Images)

Mas com a economia de peso e a melhoria na eficiência, essas desvantagens provavelmente agradarão aos operadores.