EL Avion- Mantenimiento PDF

Preview

Summary

MANTENIMIENTO...

Description

EL AVION: DISEÑO, FABRICACION Y MANTENIMIENTO 0 0

Fabricando aviones fiables Que los aviones nos transporten con seguridad no es sólo responsabilidad de los pilotos, o de los técnicos que se encargan del mantenimiento y las reparaciones, o de los controladores aéreos, sino que se debe a la interrelación que existe entre las numerosas áreas que intervienen en la cadena de seguridad que sostiene al transporte aéreo.

El panorama actual de fabricantes de aviones comerciales presenta, debido a la importante barrera de entrada de alta tecnología que existe, una situación de competencia entre los dos grandes fabricantes: el consorcio europeo Airbus y la empresa norteamericana Boeing. Hay otras muchas empresas constructoras, pero su nivel tecnológico o de producción se encuentra muy por detrás de éstas. Pero al margen de la competencia comercial que existe entre estos fabricantes, lógica por otro lado, ambos comparten un interés común en sus respectivas estrategias al centrar sus actividades de investigación, diseño y fabricación en garantizar la máxima fiabilidad de sus aviones, ya que de ello dependerá la seguridad que proporcionen durante su vida operativa. Creo no exagerar si afirmo, que ninguna otra industria relacionada con el transporte es objeto de procesos tan exhaustivos para su diseño, fabricación y mantenimiento como la industria relacionada con el transporte aéreo, lo que no evita que, de vez en cuando, se produzcan fallos, algunos incluso insospechados.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

1. Consideraciones de diseño Cuando un fabricante decide iniciar la producción de un nuevo modelo de avión, junto a conocer la opinión de las compañías aéreas respecto a sus necesidades, analizar la evolución del precio del combustible, las restricciones ambientales impuestas por el ruido y otros problemas asociados con el medio ambiente -sin olvidar cualquier mejora que hubiera introducido en sus aviones la competencia-, se incorporan mejoras que hagan más seguro el avión. Los aviones se diseñan y construyen para poder salir airosos de situaciones complicadas, tanto desde el punto de vista de maniobras propias del vuelo, como ante meteorología adversa. Hasta cierto límite, por supuesto. También hay que contar con la pericia de los pilotos. Durante la fase de diseño, el primer condicionante con el que se trabaja es la seguridad. De ahí, que el compromiso sea garantizar que la probabilidad de que un solo fallo tenga efectos catastróficos para el avión sea de uno entre mil millones, es decir, extremadamente remota. De ese modo, prácticamente se garantiza que una situación de ese tipo no debería aparecer en toda la vida operativa de un modelo de avión, 25 ó 30 años, e incluso más. De todas formas, que ese sea el objetivo no quiere decir que en realidad se cumpla. Los pilares sobre los que se asienta la fiabilidad de un avión son: – La redundancia de sistemas críticos – La robustez de la estructura, así como su resistencia frente a los efectos de la fatiga de los materiales y de tolerancia a los daños externos. – La fiabilidad de funcionamiento de los sistemas. – La efectividad de los sistemas de aviso y de detección de anomalías. – El establecimiento de intervalos de mantenimiento programado, que garantice la detección a tiempo de cualquier problema. – La mejora continua durante los años que dure la fabricación de cada modelo de avión. Gracias a esta forma sistemática de trabajo los aviones actuales son muy fiables. De ahí, la evolución meteórica experimentada por la industria del transporte aéreo.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

2. La cabina de los pilotos Una de las prioridades en el diseño de aviones se centra en la cabina de los pilotos y en la interacción de estos con los instrumentos y mandos de vuelo, lo que se conoce como ergonomía. Es la relación hombre-máquina.

En este aspecto, el desarrollo de ordenadores, programas informáticos específicos y monitores de video, ha permitido sustituir los tradicionales instrumentos analógicos por pantallas multifunción y aumentar la fiabilidad de los sistemas, mejorando de ese modo la gestión de la información en cabina. Siguiendo el principio de redundancia, cada avión se diseña en la actualidad de modo que, en caso de que alguno de sus equipos y sistemas falle, otro asuma sus funciones. Así, instrumentos de vuelo como los indicadores de velocidad y altitud, el horizonte artificial, los sistemas de comunicaciones y otros, se encuentran, incluso, por triplicado en la cabina de los pilotos. Además, entre otras mejoras llevadas a cabo se han sustituido numerosos avisos luminosos y acústicos por voces sintéticas -generalmente en inglés-, que llaman la atención de la tripulación sobre las incidencias que tienen lugar.

3. La estructura del avión En la actualidad, el concepto clave en el diseño y fabricación de aviones es la reducción de peso. Gracias al aluminio y a su aleación con otro metal aún más ligero como el magnesio y a los materiales compuestos como la fibra de carbono, ha sido posible aumentar el tamaño de los aviones sin comprometer su peso. Dos buenos ejemplos son el Boeing 787 y el Airbus 380, aviones que cuentan con una elevada cantidad de piezas fabricadas con materiales compuestos. Con este tipo de materiales ligeros y resistentes se consigue aumentar la resistencia estructural del avión al tiempo que se reduce su peso, lo que se traduce a nivel operativo en menor longitud de pista necesaria para despegar o aterrizar, menor consumo de combustible y menor ruido generado por sus motores.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

Por otra parte, esta reducción en el peso también ha hecho posible triplicar y cuadruplicar muchos sistemas importantes y, con ello, reducir la probabilidad de un fallo total de sistemas críticos. De ese modo, los fallos simples, e incluso dobles, no deberían causar incidencia reseñable en cuanto a la seguridad de vuelo. Con independencia de los materiales que se utilicen, la estructura de un avión debe diseñarse para soportar ciertas cargas máximas. Las alas, por ejemplo, deben soportar cargas de aproximadamente 3g -tres veces el peso del avión [16]– y cargas de rotura de 4,5g, límite hasta el que no se permiten deformaciones estructurales ni roturas. Estas cargas máximas de diseño se espera que ocurran, como mucho, una vez durante la vida operativa del avión, mientras que las cargas menores debidas a volar en turbulencia y ejecución de maniobras de vuelo pueden producirse miles de veces. En vuelo, son las alas las que aguantan todo el peso del avión, por lo que tienden a curvarse hacia arriba por un efecto combinado del peso y la sustentación -véase la foto-. Lo contrario sucede cuando el avión está en tierra: las alas sólo soportan su propio peso -y el combustible que albergan sus depósitos-, por lo que se suelen doblar muy ligeramente hacia abajo. En el caso del Airbus 380, cuyo peso al despegue es de unos 500.000 kilos, estaríamos hablando de 2,5 millones de kilos que deben soportar las alas sin deformarse permanentemente, ni romperse.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

Además, la propia estructura del avión debe ser también capaz de soportar un gran número de variaciones de carga a lo largo de su vida operativa. Por ejemplo, el estabilizador horizontal del Boeing 787 es capaz de soportar un 150% de la carga aerodinámica máxima que pueda encontrar en vuelo. Esas variaciones de carga que se producen al despegar y aterrizar, al maniobrar y al volar en turbulencia, originan minúsculas grietas que, si se permite que crezcan más allá de las tolerancias calculadas, pueden originar fallos estructurales por fatiga del material, incluso con la aplicación de cargas mucho menores que las máximas calculadas durante el proceso de diseño. Lo que lleva, a que por sistema el manual de mantenimiento del avión marque bloques de horas de vuelo tras los cuales es necesario hacer un examen exhaustivo de la estructura, cuestión esta que se aborda en el capítulo 8.

4. El aluminio, clave en la construcción de los aviones modernos Una combinación de ligereza, resistencia y alta conductibilidad eléctrica y térmica, es la propiedad que convirtió al aluminio y sus aleaciones en un material clave para la construcción de aviones, automóviles, o motores de combustión interna, entre otras muchas aplicaciones. Y es que un volumen dado de aluminio pesa menos que un tercio del mismo volumen de acero. Los únicos metales más ligeros son el litio, el berilio y el magnesio.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

Por otro lado, sólo presenta un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un mismo grosor, pero pesando menos de la mitad. Esto significa, que un alambre de aluminio de conductividad comparable a uno de cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero. Todo esto tiene su importancia en el caso del transporte de electricidad de alta tensión 700.000 voltios o más- alarga distancia para lo que, precisamente, se utilizan conductores de aluminio.

5. El tren de aterrizaje Es uno de los elementos más críticos del diseño de un avión, ya que debe soportar impactos muy fuertes durante el aterrizaje. Además, para frenar con seguridad se idearon frenos de disco de carbono y sistemas antibloqueo de ruedas -ABS- que luego fueron exportados a los vehículos que conducimos, e incluso, al ferrocarril. Por otro lado, en vez de utilizar ruedas muy grandes para soportar grandes pesos, se opta por patas con varios ejes y múltiples neumáticos a las que se llama boggies, disposición que permite repartir mejor el peso entre todas las ruedas y evitar incidencias en caso de un pinchazo o reventón de alguno de sus neumáticos.

Tren de aterrizaje principal del Airbus 340 y del ATR 72.

6. Los motores Un dato que tienen muy en cuenta los diseñadores a la hora de elegir los motores para un nuevo modelo, es el peso total que tendrá el avión en el momento del despegue -peso propio+pasajeros+carga+combustible-, ya que estos deben ser capaces de generar, al menos, una fuerza -toneladas de empuje- equivalente entre la tercera y la cuarta parte del peso total del avión para conseguir moverlo, acelerar, contrarrestar la resistencia al avance del aire y alcanzar la suficiente velocidad para que las alas generen la sustentación necesaria para despegar. Por ejemplo, en un avión comercial con capacidad para 100 pasajeros y 50 toneladas de peso, cada uno de sus dos motores necesita generar ocho toneladas de fuerza. Mientras que en el caso del A380, cada uno de sus cuatro motores tiene que generar unos 35.000 kilos de empuje x 4 = 140.000 kilos para poder mover un peso aproximado de 560.000 kilos, la cuarta parte del peso.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

Por otro lado, sin el desarrollo y evolución que ha experimentado el motor a reacción el propio avance del transporte aéreo no habría sido posible. Un ejemplo lo encontramos en el motor a pistón del DC-3, que necesitaba una revisión cada 500 horas de vuelo, mientras que el motor de un Boeing 767 debe ser revisado cada 30.000, lo que da idea de la fiabilidad de uno y otro. Fiabilidad que se debe, entre otras cosas, a que los materiales con los que está construido pueden soportar miles de horas de funcionamiento a temperaturas enormes sin deteriorarse. Otro aspecto que también ha evolucionado ha sido el aumento de su diámetro, cuya consecuencia inmediata es una drástica disminución del ruido generado debido a la reducción de la velocidad de los gases de escape. A todos nos sorprende la aparente facilidad con la que los grandes aviones comerciales adquieren velocidad en la pista y, en menos de un minuto, elevan en el aire sus varios cientos de toneladas. En esos momentos, cada uno de los motores, por ejemplo de un Boeing 747, desarrolla un empuje de casi 30 toneladas. Empuje, cuya mayor parte del esfuerzo es soportado por el gran rotor de casi tres metros de diámetro que se aprecia al observar al motor de frente. Se conoce como fan -ventilador-. El desarrollo y producción de estos motores es una labor muy especializada por parte de las empresas fabricantes. La competencia es dura y todas pretenden conseguir diseñar el motor más eficiente que proporcione el mayor empuje con el mínimo consumo de combustible, ya que este incide de forma decisiva en los costes operativos de las compañías aéreas. El aspecto clave es el desarrollo de materiales más resistentes a los esfuerzos y a la fatiga, más ligeros y que toleren altas temperaturas sin perder sus cualidades. Un motor turbofán como el desarrollado para el Airbus A380, absorbe durante su funciona miento en vuelo 1,2 toneladas de aire en cada segundo gracias al ventilador. El 87% de este aire es impulsado directamente hacia atrás, como lo haría una hélice, mientras que el 13% restante se comprime y se mezcla con el combustible para producir, tras el paso por varias etapas, la energía suficiente para mover a gran velocidad el fan.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

Banco de pruebas de motores. Y cuanto mayor sea el diámetro del fan, la relación de compresión del aire y la temperatura en la cámara de combustión, tanto más eficiente será el motor. El problema, es disponer de los materiales que resistan esos esfuerzos y temperaturas. Los fans se fabrican de una aleación de titanio. Sus palas no son macizas, sino huecas y rellenas por un entramado de soportes a modo de panal de abeja. Llama la atención que sean de una pieza, sin remaches ni soldaduras, y que estén unidas al disco central también sin soldaduras. La razón se debe a una propiedad física de ciertas aleaciones conocidas como superplásticas. La superplasticidad, es un curioso fenómeno que tiene lugar incluso en las aleaciones más duras y resistentes que se conocen. Pongamos como ejemplo al titanio, un metal ligero pero muy duro y resistente aún a temperaturas muy altas. Sin embargo, al alearlo con un 6% de aluminio y un 4% de vanadio se hace extremadamente dúctil entre 900 y 950 grados centígrados, muy por debajo de su punto de fusión de 1.600 grados. Horquilla de temperatura en la que la aleación se deja moldear como si fuera plástico. Sin perder su dureza, la aleación puede ser estirada a más de quince veces el tamaño original y piezas diferentes pueden ser unidas por simple presión. La explicación científica de esta curiosa propiedad no es simple, porque nace de la compleja dinámica de los átomos que conforman la aleación. En la actualidad, la mitad de un motor de avión está constituido por aleaciones superplásticas, y la tendencia es a construirlo íntegramente con este tipo de materiales. Una curiosidad, que he creído oportuno contarle por si quiere presumir ante sus amistades.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

7. De la fabricación al vuelo en línea Todas las aeronaves, piezas y equipos aeronáuticos que se fabrican en los países miembros de la Unión Europea, deben construirse conforme a las mismas normas técnicas, y validarse siguiendo un único sistema de certificación definido por la Agencia Europea de Seguridad Aérea, EASA. De este modo, se garantiza la homogeneidad en todos los aviones fabricados en Europa.Hay poco más de dos docenas de países cuya industria tenga la capacidad de diseñar y fabricar aviones. El resto, suele reconocer los certificados de tipo [17] emitidos por la autoridad aeronáutica norteamericana -FAA- y la Agencia Europea de Seguridad Aérea ya mencionada.

Montaje del Airbus A380 Pero antes de que se emita un certificado de tipo, e incluso antes de que se inicie la producción del avión, la autoridad aeronáutica debe validar el diseño desde el punto de vista del cumplimiento de las normas de aeronavegabilidad [18] establecidas por esos organismos. El proceso para la certificación de tipo conlleva un extenso programa de pruebas, entre las que destacan: – Pruebas estructurales y de fatiga de material. – Pruebas de vuelo. – Pruebas de evacuación de la cabina de pasajeros en caso de emergencia

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

El objetivo de este proceso, es que durante el mismo se verifique que la concepción del avión se ajusta a las normas en vigor, que cumple las características de vuelo recogidas en el diseño, así como los requisitos respecto de la resistencia de materiales, de la estructura, de los motores o de los equipos de a bordo.

8. El programa de pruebas Un programa de pruebas requiere la construcción de varios prototipos. Cada uno de ellos será dedicado a cubrir apartados específicos del programa. Si no se contara con un prototipo -o varios- y se construyera directamente el avión de serie, es muy probable que se produjeran problemas, algunos impredecibles, lo que llevaría a numerosas modificaciones del avión de serie, a un aumento del coste del proyecto y a riesgos para los pasajeros. Por esta razón, es necesario llevar a cabo varios miles de horas de vuelo de pruebas del prototipo o prototipos para verificar y ajustar los datos de funcionamiento calculados durante el proceso de diseño, así como de las modificaciones que se vayan introduciendo en el modelo. Finalizada esta fase, se llega al diseño final del avión de serie, al proceso de producción y a las pruebas de certificación exigidas por la autoridad aeronáutica. Una parte de las pruebas se realiza en tierra sin necesidad de despegar, como las de flexión de las alas y de fatiga del material.

9. Pruebas de fatiga estructural Durante las pruebas estructurales y de fatiga a las que se somete un avión, se realizan estudios para verificar, entre otras, las cargas máximas que podrá soportar durante el despegue, en vuelo y durante el aterrizaje, así como las fuerzas y las deformaciones que la estructura es capaz de soportar.La filosofía de diseño respecto a la fatiga estructural debe asegurar, que durante la vida operativa del avión y ante cualquier circunstancia que este pueda encontrar, las posibles fisuras que puedan surgir no lleguen a un tamaño crítico sin ser detectadas. De modo, que durante las pruebas de certificación se presta atención especial al comportamiento estructural sometiendo al avión a condiciones de fatiga.

http://www.hispaviacion.es/el-avion-diseno-fabricacion-y-mantenimiento/

Pruebas de resistencia de las alas en un Boeing 787 Llaman mucho la atención por su espectacularidad los ensayos de fatiga a los que se somete el ala del avión, que imitan los ciclos de vuelo a los que se va a ver expuesta -despegue, vuelo y aterrizaje, así como otras posibles circunstancias como turbulencias o aterrizajes forzosos- para asegurar que las posibles grietas que se creen no alcancen un tamaño crítico. En esta prueba, actuadores mecánicos someten al ala a carga y descarga sucesivamente durante un elevado número de ciclos, que llega a alcanzar un valor cercano al que se espera que haga durante su vida operativa. Llegado el momento, se producen grietas a propósito y se sigue flexionando arriba y abajo para estudiar su comportamiento. También se verifica su velocidad de propagación con objeto de establecer los intervalos de inspección adecuados, que garanticen su detección durante la vida operativa del avión. Con los resultados de los ensayos, los fabricantes desarrollan mecanismos de detección de fisuras que aseguren que estas nunca pongan en peligro la seguridad del avión.

10. El vuelo de prueba Con el vuelo de prueba se pretende comprobar las cualidades generales de manejo del avión, sus características operativas y el funcionamiento de los sistemas, tanto en la operación normal, como en caso de fallos y condiciones extremas. Este tipo de vuelo lo llevan a cabo expertos pilotos de pruebas. Cuando un avión sale del hangar donde se ha montado para realizar su primer vuelo, será el primero de una serie dentro del programa de pruebas que se combinará con otras actividades de experimentación y análisis ...