Perfil general
Historia y tendencias futuras
Cuando Wilbur y Orville Wright realizaron su primer vuelo exitoso en 1903, la fabricación de aeronaves era un oficio practicado en las pequeñas tiendas de experimentadores y aventureros. Las pequeñas pero dramáticas contribuciones realizadas por los aviones militares durante la Primera Guerra Mundial ayudaron a sacar la fabricación del taller y llevarla a la producción en masa. Los aviones de segunda generación ayudaron a los operadores de la posguerra a incursionar en la esfera comercial, particularmente como transportistas de correo y carga urgente. Los aviones de pasajeros, sin embargo, permanecieron sin presión, mal calefaccionados e incapaces de volar por encima del clima. A pesar de estos inconvenientes, los viajes de pasajeros aumentaron un 600 % entre 1936 y 1941, pero seguían siendo un lujo que relativamente pocos experimentaban. Los dramáticos avances en la tecnología aeronáutica y el uso concomitante del poder aéreo durante la Segunda Guerra Mundial fomentaron el crecimiento explosivo de la capacidad de fabricación de aeronaves que sobrevivió a la guerra en los Estados Unidos, el Reino Unido y la Unión Soviética. Desde la Segunda Guerra Mundial, los misiles tácticos y estratégicos, los satélites de reconocimiento y navegación y los aviones pilotados han adquirido una importancia militar cada vez mayor. La comunicación por satélite, la geosupervisión y la tecnología de seguimiento meteorológico han adquirido una importancia comercial cada vez mayor. La introducción de aviones civiles propulsados por turborreactores a fines de la década de 1950 hizo que los viajes aéreos fueran más rápidos y cómodos y dio inicio a un crecimiento espectacular en los viajes aéreos comerciales. Para 1993, más de 1.25 billones de millas de pasajeros volaban en todo el mundo anualmente. Se prevé que esta cifra casi se triplique para 2013.
Patrones de empleo
El empleo en las industrias aeroespaciales es altamente cíclico. El empleo aeroespacial directo en la Unión Europea, América del Norte y Japón alcanzó un máximo de 1,770,000 en 1989 antes de disminuir a 1,300,000 en 1995, y gran parte de la pérdida de empleo se produjo en los Estados Unidos y el Reino Unido. La gran industria aeroespacial de la Confederación de Estados Independientes se vio significativamente afectada tras la disolución de la Unión Soviética. Existe una capacidad de fabricación pequeña pero de rápido crecimiento en India y China. La fabricación de misiles intercontinentales y espaciales y bombarderos de largo alcance se ha restringido en gran medida a los Estados Unidos y la ex Unión Soviética, y Francia ha desarrollado capacidades comerciales de lanzamiento espacial. Los misiles estratégicos de corto alcance, los misiles y bombarderos tácticos, los cohetes comerciales y los aviones de combate se fabrican más ampliamente. Los aviones comerciales grandes (aquellos con una capacidad de 100 o más asientos) son construidos por fabricantes con sede en los Estados Unidos y Europa, o en cooperación con ellos. La fabricación de aviones regionales (con capacidad para menos de 100 asientos) y jets ejecutivos está más dispersa. La fabricación de aviones para pilotos privados, basada principalmente en los Estados Unidos, disminuyó de casi 18,000 aviones en 1978 a menos de 1,000 en 1992 antes de recuperarse.
El empleo se divide en medidas aproximadamente iguales entre la fabricación de aeronaves militares, aeronaves comerciales, misiles y vehículos espaciales y equipos conexos. Dentro de las empresas individuales, los puestos de ingeniería, fabricación y administración representan cada uno aproximadamente un tercio de la población empleada. Los hombres representan alrededor del 80% de la fuerza laboral de producción e ingeniería aeroespacial, y la gran mayoría de los artesanos, ingenieros y gerentes de producción altamente calificados son hombres.
divisiones de la industria
Las necesidades y prácticas marcadamente diferentes de los clientes gubernamentales y civiles generalmente dan como resultado la segmentación de los fabricantes aeroespaciales en empresas comerciales y de defensa, o divisiones de corporaciones más grandes. Los fuselajes, los motores (también llamados plantas motrices) y la aviónica (equipos electrónicos de navegación, comunicación y control de vuelo) generalmente son suministrados por fabricantes independientes. Los motores y la aviónica pueden representar cada uno una cuarta parte del costo final de un avión comercial. La fabricación aeroespacial requiere el diseño, la fabricación y el montaje, la inspección y las pruebas de una amplia gama de componentes. Los fabricantes han formado matrices interconectadas de subcontratistas y proveedores internos y externos de componentes para satisfacer sus necesidades. Las demandas económicas, tecnológicas, de marketing y políticas han llevado a una creciente globalización de la fabricación de componentes y subconjuntos de aeronaves.
Materiales, instalaciones y procesos de fabricación
Materiales
Los fuselajes se hicieron originalmente de madera y tela, y luego evolucionaron a componentes estructurales de metal. Las aleaciones de aluminio han sido ampliamente utilizadas debido a su resistencia y peso ligero. También se utilizan aleaciones de berilio, titanio y magnesio, particularmente en aeronaves de alto rendimiento. Los materiales compuestos avanzados (matrices de fibra incrustadas en matrices plásticas) son una familia de reemplazos fuertes y duraderos para los componentes metálicos. Los materiales compuestos ofrecen una fuerza igual o mayor, un peso más bajo y una mayor resistencia al calor que los metales usados actualmente y tienen la ventaja adicional en los aviones militares de reducir significativamente el perfil de radar de la estructura del avión. Los sistemas de resina epoxi son los compuestos más utilizados en la industria aeroespacial y representan alrededor del 65 % de los materiales utilizados. Los sistemas de resina de poliimida se utilizan cuando se requiere resistencia a altas temperaturas. Otros sistemas de resina utilizados incluyen fenólicos, poliésteres y siliconas. Las aminas alifáticas se utilizan a menudo como agentes de curado. Las fibras de soporte incluyen grafito, Kevlar y fibra de vidrio. Los estabilizadores, catalizadores, aceleradores, antioxidantes y plastificantes actúan como accesorios para producir la consistencia deseada. Los sistemas de resinas adicionales incluyen poliésteres saturados e insaturados, poliuretanos y polímeros que contienen vinilo, acrílico, urea y flúor.
Las pinturas de imprimación, laca y esmalte protegen las superficies vulnerables de las temperaturas extremas y las condiciones corrosivas. La pintura base más común está compuesta por resinas sintéticas pigmentadas con cromato de zinc y pigmento extendido. Se seca muy rápidamente, mejora la adherencia de los acabados y evita la corrosión del aluminio, el acero y sus aleaciones. Los esmaltes y lacas se aplican a superficies imprimadas como revestimientos y acabados protectores exteriores y con fines de color. Los esmaltes para aeronaves están hechos de aceites secantes, resinas naturales y sintéticas, pigmentos y solventes apropiados. Dependiendo de su aplicación, las lacas pueden contener resinas, plastificantes, ésteres de celulosa, cromato de zinc, pigmentos, diluyentes y solventes apropiados. Las mezclas de caucho encuentran un uso común en pinturas, materiales de revestimiento de celdas de combustible, lubricantes y conservantes, montajes de motores, ropa protectora, mangueras, juntas y sellos. Los aceites naturales y sintéticos se utilizan para enfriar, lubricar y reducir la fricción en motores, sistemas hidráulicos y máquinas herramienta. La gasolina de aviación y el combustible para aviones se derivan de hidrocarburos a base de petróleo. Los combustibles líquidos y sólidos de alta energía tienen aplicaciones en vuelos espaciales y contienen materiales con propiedades físicas y químicas inherentemente peligrosas; tales materiales incluyen oxígeno líquido, hidrazina, peróxidos y flúor.
En el proceso de fabricación se utilizan muchos materiales que no forman parte del fuselaje final. Los fabricantes pueden tener decenas de miles de productos individuales aprobados para su uso, aunque muchos menos están en uso en cualquier momento. Se utiliza una gran cantidad y variedad de disolventes, y las variantes dañinas para el medio ambiente, como la metiletilcetona y el freón, se reemplazan por disolventes más ecológicos. Las aleaciones de acero que contienen cromo y níquel se usan en herramientas, y las brocas de metal duro que contienen carburo de tungsteno y cobalto se usan en herramientas de corte. El plomo, que anteriormente se usaba en los procesos de formación de metales, ahora se usa raramente, ya que se reemplazó con kirksite.
En total, la industria aeroespacial utiliza más de 5,000 productos químicos y mezclas de compuestos químicos, la mayoría con múltiples proveedores y con muchos compuestos que contienen entre cinco y diez ingredientes. La composición exacta de algunos productos es patentada o un secreto comercial, lo que se suma a la complejidad de este grupo heterogéneo.
Instalaciones y procesos de fabricación
La fabricación de fuselajes normalmente se realiza en grandes plantas integradas. Las plantas más nuevas a menudo tienen sistemas de ventilación de escape de gran volumen con aire de reposición controlado. Se pueden agregar sistemas de escape locales para funciones específicas. El fresado químico y la pintura de componentes grandes ahora se realizan de forma rutinaria en filas o cabinas cerradas y automatizadas que contienen vapor o neblina fugitivos. Las instalaciones de fabricación más antiguas pueden proporcionar un control mucho más deficiente de los riesgos ambientales.
Un gran grupo de ingenieros altamente capacitados desarrollan y refinan las características estructurales de la aeronave o vehículo espacial. Ingenieros adicionales caracterizan la resistencia y durabilidad de los materiales de los componentes y desarrollan procesos de fabricación efectivos. Las computadoras se han hecho cargo de gran parte del trabajo de cálculo y dibujo que antes realizaban ingenieros, dibujantes y técnicos. Los sistemas informáticos integrados ahora se pueden utilizar para diseñar aeronaves sin la ayuda de dibujos en papel o maquetas estructurales.
La fabricación comienza con la fabricación: la fabricación de piezas a partir de materiales en stock. La fabricación incluye la fabricación de herramientas y plantillas, el trabajo con láminas de metal, el mecanizado, el trabajo con plásticos y compuestos y las actividades de apoyo. Las herramientas se construyen como plantillas y superficies de trabajo sobre las que construir piezas de metal o compuestas. Las plantillas guían el corte, la perforación y el montaje. Las subsecciones del fuselaje, los paneles de las puertas y los revestimientos de las alas y la cola (superficies exteriores) generalmente se forman a partir de láminas de aluminio que se moldean, cortan y tratan químicamente con precisión. Las operaciones de la máquina a menudo están controladas por computadora. Enormes molinos montados sobre rieles mecanizan los largueros de las alas a partir de piezas forjadas de aluminio individuales. Las piezas más pequeñas se cortan y moldean con precisión en molinos, tornos y rectificadoras. Los conductos se forman a partir de láminas de metal o compuestos. Los componentes interiores, incluidos los pisos, generalmente se forman a partir de compuestos o laminados de capas externas delgadas pero rígidas sobre un interior de panal. Los materiales compuestos se colocan (se colocan en capas superpuestas cuidadosamente dispuestas y formadas) a mano o con una máquina y luego se curan en un horno o autoclave.
El ensamblaje comienza con la acumulación de piezas componentes en subensamblajes. Los principales subconjuntos incluyen alas, estabilizadores, secciones de fuselaje, tren de aterrizaje, puertas y componentes interiores. El montaje de las alas es particularmente intensivo, ya que requiere un gran número de orificios para perforar y avellanar con precisión en las pieles, a través de los cuales se introducen posteriormente los remaches. El ala terminada se limpia y se sella desde el interior para garantizar un compartimento de combustible a prueba de fugas. El montaje final tiene lugar en enormes salas de montaje, algunas de las cuales se encuentran entre los edificios de fabricación más grandes del mundo. La línea de montaje comprende varias posiciones secuenciales en las que el fuselaje permanece desde varios días hasta más de una semana mientras se realizan funciones predeterminadas. Numerosas operaciones de montaje se llevan a cabo simultáneamente en cada posición, lo que crea la posibilidad de exposiciones cruzadas a productos químicos. Las piezas y los subensamblajes se mueven sobre plataformas rodantes, transportadores hechos a la medida y mediante grúas puente a la posición adecuada. La estructura del avión se mueve entre posiciones mediante una grúa puente hasta que se instalan el tren de aterrizaje y de morro. Los movimientos posteriores se realizan mediante remolque.
Durante el ensamblaje final, las secciones del fuselaje se remachan juntas alrededor de una estructura de soporte. Se instalan las vigas y los largueros del piso y se recubre el interior con un compuesto inhibidor de la corrosión. Las secciones delantera y trasera del fuselaje están unidas a las alas y al talón del ala (una estructura en forma de caja que sirve como tanque de combustible principal y el centro estructural de la aeronave). El interior del fuselaje se cubre con mantas de aislamiento de fibra de vidrio, se instalan conductos de aire y cableado eléctrico y las superficies interiores se cubren con paneles decorativos. Luego se instalan contenedores de almacenamiento, generalmente con luces de pasajeros integradas y suministros de oxígeno de emergencia. Los asientos, las cocinas y los baños preensamblados se mueven a mano y se aseguran a los rieles del piso, lo que permite la rápida reconfiguración de la cabina de pasajeros para ajustarse a las necesidades de la compañía aérea. Se montan los motores y el tren de aterrizaje y de morro, y se instalan los componentes de aviónica. El funcionamiento de todos los componentes se prueba minuciosamente antes de remolcar la aeronave completa a un colgador de pintura separado y bien ventilado, donde se aplica una capa de imprimación protectora (normalmente a base de cromato de zinc), seguida de una capa superior decorativa de uretano o epoxi. pintura. Antes de la entrega, la aeronave se somete a una serie rigurosa de pruebas en tierra y en vuelo.
Además de los trabajadores que participan en los procesos reales de ingeniería y fabricación, muchos empleados participan en la planificación, el seguimiento y la inspección del trabajo y en la aceleración del movimiento de piezas y herramientas. Los artesanos mantienen las herramientas eléctricas y rectifican las brocas de corte. Se necesita mucho personal para el mantenimiento de edificios, servicios de limpieza y operación de vehículos terrestres.