Ingeniería aeroespacial

La ingeniería aeroespacial es el principal campo de la ingeniería que se ocupa del desarrollo de aeronaves y naves espaciales . ^{[ 3 ]} Tiene dos ramas principales que se superponen: la ingeniería aeronáutica y la ingeniería astronáutica . La ingeniería de aviónica es similar, pero se ocupa del aspecto electrónico de la ingeniería aeroespacial.

«Ingeniería aeronáutica» era el término original para este campo. A medida que la tecnología de vuelo avanzó para incluir vehículos que operan en el espacio exterior , se empezó a utilizar el término más amplio « ingeniería aeroespacial ». ^{[ 4 ]} La ingeniería aeroespacial, en particular la rama de la astronáutica, se conoce coloquialmente como «ciencia de cohetes». ^{[ 5 ] [ a ]}

Los vehículos aéreos están sometidos a condiciones exigentes, como las causadas por cambios en la presión y la temperatura atmosféricas , con cargas estructurales aplicadas a sus componentes. Por consiguiente, suelen ser el resultado de diversas disciplinas tecnológicas y de ingeniería, incluyendo aerodinámica , propulsión aérea , aviónica , ciencia de los materiales , análisis estructural y fabricación . La interacción entre estas tecnologías se conoce como ingeniería aeroespacial. Debido a la complejidad y al número de disciplinas involucradas, la ingeniería aeroespacial es llevada a cabo por equipos de ingenieros, cada uno con su propia área de especialización. ^{[ 7 ]}

El origen de la ingeniería aeroespacial se remonta a los pioneros de la aviación de finales del siglo XIX y principios del XX, aunque la obra de Sir George Cayley data de la última década del siglo XVIII hasta mediados del siglo XIX. Cayley, una de las figuras más importantes en la historia de la aeronáutica ^{[ 8 ]} y pionero de la ingeniería aeronáutica ^{[ 9 ]} , es reconocido como el primero en separar las fuerzas de sustentación y resistencia , que afectan a cualquier vehículo de vuelo atmosférico ^{[ 10 ] .}

El conocimiento inicial de la ingeniería aeronáutica fue en gran medida empírico, con algunos conceptos y habilidades importados de otras ramas de la ingeniería. ^{[ 11 ]} Algunos elementos clave, como la dinámica de fluidos , fueron comprendidos por los científicos del siglo XVIII. ^{[ 12 ]}

En diciembre de 1903, los hermanos Wright realizaron el primer vuelo sostenido y controlado de una aeronave motorizada más pesada que el aire, que duró 12 segundos. La década de 1910 fue testigo del desarrollo de la ingeniería aeronáutica a través del diseño de aeronaves militares para la Primera Guerra Mundial .

Guerra fría

En respuesta al lanzamiento del primer satélite, el Sputnik , 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 (NASA) se fundó en 1958 tras la crisis del Sputnik . En 1969, tuvo lugar el Apolo 11 , la primera misión espacial tripulada en aterrizar en la Luna . Tres astronautas entraron en órbita alrededor de la Luna; dos de ellos, Neil Armstrong y Buzz Aldrin , visitaron la superficie lunar. El tercer astronauta, Michael Collins , permaneció en órbita para reunirse con Armstrong y Aldrin tras su visita. ^{[ 17 ]}

Una importante innovación 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 le conoció como el "Jumbo Jet" o "Reina de los Cielos" ^{[ 18 ]} debido a su capacidad para transportar hasta 480 pasajeros.

Algunos de los elementos de la ingeniería aeroespacial son: ^{[ 22 ] [ 23 ]}

• Sección transversal de radar  : el estudio de la firma de un vehículo que se puede detectar mediante teledetección por radar .
• Mecánica de fluidos  : el estudio del flujo de fluidos alrededor de los objetos. Específicamente, la aerodinámica se refiere al flujo de aire sobre cuerpos como alas o a través de objetos como túneles de viento (véase también sustentación y aeronáutica ).
• Astrodinámica  : el estudio de la mecánica orbital, incluyendo la predicción de los elementos orbitales a partir de un número selecto de variables. Si bien pocas universidades en Estados Unidos imparten esta materia a nivel de pregrado, varias cuentan con programas de posgrado que abarcan este tema (generalmente en colaboración con el departamento de Física de dicha universidad).
• Estática y dinámica (mecánica de la 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.
• La propulsión  —la energía necesaria para mover un vehículo por el aire (o en el espacio exterior)— la proporcionan los motores de combustión interna , los motores a reacción , las turbomáquinas o los cohetes (véase también propulsión por hélice y propulsión espacial ). Más recientemente, este módulo incluye la propulsión eléctrica y la propulsión iónica .
• Ingeniería de control  : estudio del modelado matemático del comportamiento dinámico de los sistemas y su diseño, generalmente mediante señales de retroalimentación, para lograr un comportamiento dinámico óptimo (estable, sin grandes desviaciones y con un error mínimo). Esto se aplica al comportamiento dinámico de aeronaves, naves espaciales, sistemas de propulsión y subsistemas presentes en vehículos aeroespaciales.
• Estructuras de aeronaves  : diseño de la configuración física de la aeronave para soportar las fuerzas que se producen durante el vuelo. La ingeniería aeroespacial busca mantener las estructuras ligeras y de bajo costo, sin comprometer su integridad estructural. ^{[ 24 ]}
• 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, la mecánica de sólidos se ocupa del análisis de esfuerzos y deformaciones en los componentes del vehículo. Actualmente 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 provocar 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  : especificación, diseño, desarrollo, prueba e implementación de software informático para aplicaciones aeroespaciales, incluyendo software de vuelo , software de control terrestre , software de prueba y evaluación, etc.
• Riesgo y fiabilidad  : el estudio de las técnicas de evaluación de riesgos y fiabilidad y las matemáticas implicadas en los métodos cuantitativos.
• Control del ruido  : el estudio de la mecánica de la transmisión del sonido.
• Aeroacústica  : el estudio de la generación de ruido mediante el movimiento turbulento de fluidos 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 sobre el rendimiento y las cualidades de manejo, con el fin de determinar si una aeronave cumple con sus objetivos de diseño y rendimiento, así como con los requisitos de certificación.

La base de la mayoría de estos elementos reside en la física teórica , como la dinámica de fluidos para la aerodinámica o las ecuaciones de movimiento para la dinámica de vuelo . También existe un importante componente empírico . Históricamente, este componente empírico se derivaba de pruebas con modelos a escala y prototipos, ya sea en túneles de viento o en la atmósfera libre. Más recientemente, los avances en computación han permitido el uso de la dinámica de fluidos computacional para simular el comportamiento del fluido, reduciendo el tiempo y el costo de las pruebas en túneles de viento. Quienes estudian hidrodinámica o hidroacústica suelen obtener títulos en ingeniería aeroespacial.

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

La ingeniería aeroespacial se puede estudiar a nivel de diploma avanzado, licenciatura , maestría y doctorado en los departamentos de ingeniería aeroespacial de muchas universidades, y en los de ingeniería mecánica de otras. Algunos departamentos ofrecen titulaciones en ingeniería astronáutica con enfoque espacial. Algunas instituciones distinguen entre ingeniería aeronáutica e ingeniería astronáutica. Se ofrecen títulos de posgrado en áreas avanzadas o especializadas para la industria aeroespacial.

Para los estudiantes que cursan una licenciatura en ingeniería aeroespacial, es importante tener conocimientos de química, física, informática y matemáticas. ^{[ 25 ]}

El término « científico de cohetes » se usa a veces para describir a una persona de gran inteligencia, ya que la ciencia de los cohetes se considera una práctica que requiere gran capacidad mental, especialmente técnica y matemática. El término se usa irónicamente en la expresión «No es ciencia de cohetes» para indicar que una tarea es simple. ^{[ 26 ]} Estrictamente hablando, el uso de «ciencia» en «ciencia de cohetes» es un término inapropiado, ya que la ciencia trata de comprender los orígenes, la naturaleza y el comportamiento del universo; la ingeniería trata de usar principios científicos y de ingeniería para resolver problemas y desarrollar nuevas tecnologías. ^{[ 5 ] [ 6 ]} La versión etimológicamente más correcta de esta frase sería «ingeniero de cohetes». Sin embargo, «ciencia» e «ingeniería» a menudo se usan incorrectamente como sinónimos. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 27 ]}

• Dharmahinder Singh Chand. Termodinámica de la ingeniería aeroespacial . Knowledge Curve, 2017. ISBN 978-93-84389-16-1.

• NDTAeroTech.com, la comunidad en línea para profesionales de ensayos no destructivos aeroespaciales.
• Kroo, Ilan. "Diseño de aeronaves: síntesis y análisis" . Universidad de Stanford. Archivado del original el 23 de febrero de 2001. Consultado el 17 de enero de 2015 .
• Formación en servicios aéreos y mantenimiento aeronáutico en el Reino Unido.
• Preguntas y respuestas archivadas el 14/11/2021 en Wayback Machine .
• DTIC ADA032206: Diccionario chino-inglés de aviación y espacio