Ingeniería Aeroespacial -Aerospace engineering

Ingeniero aeroespacial
Buzón del Apolo 13 en Mission Control.jpg
Los ingenieros de la NASA, vistos aquí en el control de la misión durante el Apolo 13 , trabajaron para garantizar la seguridad de la operación y de los astronautas a bordo.
Ocupación
nombres ingeniero aeroespacial
ingeniero
Tipo de ocupación
Profesión
Sectores de actividad
Aeronáutica , astronáutica , ciencia
Descripción
Competencias Conocimientos técnicos, habilidades de gestión
(ver también glosario de ingeniería aeroespacial )
educación requerida
licenciatura
campos de
empleo
Tecnología , ciencia , exploración espacial , militar

La ingeniería aeroespacial es el campo principal de la ingeniería relacionado con el desarrollo de aeronaves y naves espaciales . Tiene dos ramas principales y superpuestas: la ingeniería aeronáutica y la ingeniería astronáutica . La ingeniería de aviónica es similar, pero se ocupa del lado electrónico de la ingeniería aeroespacial.

"Ingeniería aeronáutica" era el término original para el campo. A medida que la tecnología de vuelo avanzó para incluir vehículos que operan en el espacio ultraterrestre , se empezó a utilizar el término más amplio " ingeniería aeroespacial ". La ingeniería aeroespacial, en particular la rama de la astronáutica, a menudo se denomina coloquialmente "ciencia espacial".

Visión de conjunto

Los vehículos de vuelo están sujetos a condiciones exigentes, como las causadas por cambios en la presión atmosférica y la temperatura , con cargas estructurales aplicadas a los componentes del vehículo. En consecuencia, suelen ser productos de diversas disciplinas tecnológicas y de ingeniería, incluidas la aerodinámica , la propulsión , la aviónica , la ciencia de los materiales , el análisis estructural y la fabricación . La interacción entre estas tecnologías se conoce como ingeniería aeroespacial. Debido a la complejidad y la cantidad de disciplinas involucradas, la ingeniería aeroespacial la llevan a cabo equipos de ingenieros, cada uno con su propia área especializada de experiencia.

Historia

Orville y Wilbur Wright volaron el Wright Flyer en 1903 en Kitty Hawk, Carolina del Norte.

El origen de la ingeniería aeroespacial se remonta a los pioneros de la aviación a finales del siglo XIX y principios del XX, aunque el trabajo de Sir George Cayley data de la última década del siglo XVIII a mediados del XIX. Una de las personas más importantes en la historia de la aeronáutica y pionera en la ingeniería aeronáutica, Cayley es acreditada como la primera persona en separar las fuerzas de sustentación y arrastre , que afectan a cualquier vehículo de vuelo atmosférico.

El conocimiento temprano de la ingeniería aeronáutica fue en gran parte empírico, con algunos conceptos y habilidades importados de otras ramas de la ingeniería. Algunos elementos clave, como la dinámica de fluidos , fueron entendidos por científicos del siglo XVIII.

En diciembre de 1903, los hermanos Wright realizaron el primer vuelo sostenido y controlado de un avión propulsado más pesado que el aire, con una duración de 12 segundos. La década de 1910 vio el desarrollo de la ingeniería aeronáutica a través del diseño de aviones militares de la Primera Guerra Mundial .

Entre la Primera y la Segunda Guerra Mundial, se dieron grandes avances en este campo, acelerados por el advenimiento de la aviación civil convencional. Los aviones notables de esta época incluyen el Curtiss JN 4 , el Farman F.60 Goliath y el Fokker Trimotor . Los aviones militares notables de este período incluyen el Mitsubishi A6M Zero , el Supermarine Spitfire y el Messerschmitt Bf 109 de Japón, Reino Unido y Alemania, respectivamente. Un desarrollo significativo en la ingeniería aeroespacial se produjo con el primer avión operativo con motor a reacción, el Messerschmitt Me 262 , que entró en servicio en 1944 hacia el final de la Segunda Guerra Mundial.

La primera definición de ingeniería aeroespacial apareció en febrero de 1958, considerando la atmósfera de la Tierra y el espacio ultraterrestre como un solo reino, abarcando tanto aeronaves ( aeronáutica ) como naves espaciales ( espacio ) bajo el término recientemente acuñado aeroespacial .

En respuesta al lanzamiento del primer satélite Sputnik al espacio por parte de la URSS el 4 de octubre de 1957, los ingenieros aeroespaciales estadounidenses lanzaron el primer satélite estadounidense el 31 de enero de 1958. La Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio se fundó en 1958 como respuesta al frío Guerra. En 1969 tuvo lugar el Apolo 11 , la primera misión espacial tripulada a la Luna. Vio a tres astronautas entrar en órbita alrededor de la Luna, con dos, Neil Armstrong y Buzz Aldrin , visitando la superficie lunar. El tercer astronauta, Michael Collins , se quedó en órbita para reunirse con Armstrong y Aldrin después de su visita.

Un jet en vuelo
AF/A-18F Super Hornet en vuelo, 2008

Una innovación importante se produjo el 30 de enero de 1970, cuando el Boeing 747 realizó su primer vuelo comercial de Nueva York a Londres. Este avión hizo historia y se hizo conocido como el "Jumbo Jet" o "Whale" debido a su capacidad para albergar hasta 480 pasajeros.

Otro desarrollo significativo en la ingeniería aeroespacial se produjo en 1976, con el desarrollo del primer avión supersónico de pasajeros , el Concorde . El desarrollo de este avión fue acordado por franceses y británicos el 29 de noviembre de 1962.

El 21 de diciembre de 1988, el avión de carga Antonov An-225 Mriya inició su primer vuelo. Posee los récords del avión más pesado del mundo, la carga transportada por aire más pesada y la carga transportada por aire más larga, y tiene la envergadura más ancha de cualquier aeronave en servicio operativo.

El 25 de octubre de 2007, el Airbus A380 realizó su primer vuelo comercial de Singapur a Sydney, Australia. Este avión fue el primer avión de pasajeros en superar al Boeing 747 en términos de capacidad de pasajeros, con un máximo de 853. Aunque el desarrollo de este avión comenzó en 1988 como competidor del 747, el A380 realizó su primer vuelo de prueba en abril de 2005.

Elementos

Nave espacial Soyuz TMA-14M diseñada para descenso en paracaídas
Un motor de avión de combate sometido a prueba. El túnel detrás del motor permite que escapen el ruido y el escape.

Algunos de los elementos de la ingeniería aeroespacial son:

  • Sección transversal del radar  : el estudio de la firma del vehículo aparente para la detección remota por radar .
  • Mecánica de fluidos  : el estudio del flujo de fluidos alrededor de los objetos. Específicamente , la aerodinámica relacionada con el flujo de aire sobre cuerpos como alas o a través de objetos como túneles de viento (ver también sustentación y aeronáutica ).
  • Astrodinámica  : el estudio de la mecánica orbital, incluida la predicción de los elementos orbitales cuando se dan unas pocas variables seleccionadas. Si bien pocas escuelas en los Estados Unidos enseñan esto a nivel de pregrado, varias tienen programas de posgrado que cubren este tema (generalmente en conjunto con el departamento de Física de dicho colegio o universidad).
  • Estática y dinámica (mecánica de ingeniería): el estudio del movimiento, las fuerzas y los momentos en los sistemas mecánicos.
  • Matemáticas  , en particular, cálculo , ecuaciones diferenciales y álgebra lineal .
  • Electrotecnología  : el estudio de la electrónica dentro de la ingeniería.
  • Propulsión: la energía para mover un vehículo por el aire (o en el espacio exterior) es proporcionada por motores de combustión interna , motores a reacción y turbomaquinaria , o cohetes (ver también propulsión de hélices y naves espaciales ). Una adición más reciente a este módulo es la propulsión eléctrica y la propulsión iónica .
  • Ingeniería de control  : el estudio del modelado matemático del comportamiento dinámico de los sistemas y su diseño, generalmente utilizando señales de retroalimentación, de modo que su comportamiento dinámico sea deseable (estable, sin grandes excursiones, con un error mínimo). Esto se aplica al comportamiento dinámico de aeronaves, naves espaciales, sistemas de propulsión y subsistemas que existen en vehículos aeroespaciales.
  • Estructuras de aeronaves  : diseño de la configuración física de la nave para soportar las fuerzas encontradas durante el vuelo. La ingeniería aeroespacial tiene como objetivo mantener las estructuras ligeras y de bajo costo mientras se mantiene la integridad estructural.
  • Ciencia de los materiales  : relacionada con las estructuras, la ingeniería aeroespacial también estudia los materiales con los que se construirán las estructuras aeroespaciales. Se inventan nuevos materiales con propiedades muy específicas, o se modifican los existentes para mejorar su rendimiento.
  • Mecánica de sólidos  : estrechamente relacionada con la ciencia de los materiales, se encuentra la mecánica de sólidos, que se ocupa del análisis de tensiones y deformaciones de los componentes del vehículo. Hoy en día existen varios programas de elementos finitos como MSC Patran/Nastran que ayudan a los ingenieros en el proceso analítico.
  • Aeroelasticidad  : la interacción de las fuerzas aerodinámicas y la flexibilidad estructural, que puede causar aleteo , divergencia, etc.
  • Aviónica  : el diseño y la programación de sistemas informáticos a bordo de una aeronave o nave espacial y la simulación de sistemas.
  • Software  : la especificación, el diseño, el desarrollo, la prueba y la implementación de software informático para aplicaciones aeroespaciales, incluido el software de vuelo , el software de control en tierra , el software de prueba y evaluación, etc.
  • Riesgo y confiabilidad  : el estudio de las técnicas de evaluación de riesgo y confiabilidad y las matemáticas involucradas en los métodos cuantitativos.
  • Control de ruido  : el estudio de la mecánica de la transferencia de sonido.
  • Aeroacústica  : el estudio de la generación de ruido mediante el movimiento de fluidos turbulentos o las fuerzas aerodinámicas que interactúan con las superficies.
  • Pruebas de vuelo  : diseño y ejecución de programas de pruebas de vuelo para recopilar y analizar datos de rendimiento y cualidades de manejo para determinar si una aeronave cumple con sus objetivos de diseño y rendimiento y con los requisitos de certificación.

La base de la mayoría de estos elementos se encuentra en la física teórica , como la dinámica de fluidos para la aerodinámica o las ecuaciones de movimiento para la dinámica de vuelo . También hay un gran componente empírico . Históricamente, este componente empírico se derivó de la prueba de modelos y prototipos a escala, ya sea en túneles de viento o en la atmósfera libre. Más recientemente, los avances en computación han permitido el uso de dinámica de fluidos computacional para simular el comportamiento del fluido, reduciendo el tiempo y los gastos invertidos en pruebas de túnel de viento. Aquellos que estudian hidrodinámica o hidroacústica a menudo obtienen títulos en ingeniería aeroespacial.

Además, la ingeniería aeroespacial aborda la integración de todos los componentes que constituyen un vehículo aeroespacial (subsistemas que incluyen energía, rodamientos aeroespaciales , comunicaciones, control térmico , soporte vital , etc.) y su ciclo de vida (diseño, temperatura, presión, radiación , velocidad , vida útil ). ).

Programas de grado

La ingeniería aeroespacial se puede estudiar en el diploma avanzado , licenciatura , maestría y doctorado. niveles en departamentos de ingeniería aeroespacial en muchas universidades y en departamentos de ingeniería mecánica en otras. Algunos departamentos ofrecen títulos en ingeniería astronáutica centrada en el espacio. Algunas instituciones diferencian entre ingeniería aeronáutica y astronáutica. Los títulos de posgrado se ofrecen en áreas avanzadas o de especialidad para la industria aeroespacial.

Una formación en química, física, informática y matemáticas es importante para los estudiantes que buscan un título en ingeniería aeroespacial.

En la cultura popular

El término " científico espacial " se usa a veces para describir a una persona de gran inteligencia , ya que la ciencia espacial se considera una práctica que requiere una gran capacidad mental, especialmente técnica y matemática. El término se usa irónicamente en la expresión "No es ciencia espacial" para indicar que una tarea es simple. Estrictamente hablando, el uso de "ciencia" en "ciencia de cohetes" es un nombre inapropiado ya que la ciencia se trata de comprender los orígenes, la naturaleza y el comportamiento del universo; la ingeniería trata sobre el uso de principios científicos y de ingeniería para resolver problemas y desarrollar nuevas tecnologías. La versión más etimológicamente correcta de esta frase sería "ingeniero de cohetes". Sin embargo, "ciencia" e "ingeniería" a menudo se usan incorrectamente como sinónimos.

Ver también

notas al pie

Referencias

Otras lecturas

  • Dharmahinder Singh Chand. Aero-Ingeniería Termodinámica . Curva de conocimiento, 2017. ISBN  978-93-84389-16-1 .

enlaces externos