RETO DEL CLIENTE
El National Institute for Aviation Research (NIAR) de la Universidad Estatal de Wichita es la institución universitaria de investigación y desarrollo de la aviación más grande de los EE.UU. En sus cuatro sedes, abarca 320 000 pies cuadrados y cuenta con más de una docena de laboratorios, todos dedicados al avance de la tecnología de las aeronaves generales, comerciales y militares.
“Los clientes eligen el NIAR porque contamos con personal experto y equipos de última generación”, afirma el Dr. Waruna Seneviratne, director técnico del NIAR y científico principal del programa de investigación sobre aeronavegabilidad y mantenimiento de aeronaves. “Tenemos experiencia en muchos sectores. Ofrecemos asesoría en todos los aspectos, desde la selección de materiales y las pruebas permitidas hasta las pruebas de certificación a escala real y las inspecciones de desmontaje. Es un sistema de soporte de servicio completo”.
NIAR utiliza su experiencia para resolver algunos de los problemas más difíciles del sector aeroespacial. Uno de ellos es cuánto más durarán los componentes compuestos de primera generación, ahora que están llegando al final de su vida útil certificada. La mecánica de la fractura de las estructuras de materiales compuestos es difícil de comprender, ya que estos componentes carecen de las décadas de datos operativos y de investigación a las que se puede acceder fácilmente en el caso de los componentes metálicos. Como resultado, conseguir la extensión de la vida útil de las estructuras de materiales compuestos no puede lograrse mediante las metodologías actuales. Un ejemplo: el F/A-18 Hornet.
“El F/A-18 se diseñó en la década de 1970, pero su reemplazo, el F-35, no estará listo para la Marina estadounidense hasta 2019”, explica Seneviratne. “La Marina tiene un gran número de F/A-18 próximos a ser retirados y quiere prolongar con seguridad la vida útil de estas estructuras de materiales compuestos. Sin embargo, se desconoce si estas estructuras antiguas tolerarán un servicio tan prolongado. Para eso se diseñó nuestra investigación”.
SOLUCIÓN DE MTS
Para realizar las pruebas de fatiga de los componentes y estructuras de compuestos antiguos del F/A-18, Seneviratne y su equipo utilizan diversas soluciones de pruebas MTS, desde bastidores de carga uniaxial apoyados en el suelo hasta bancos de pruebas estructurales multiaxiales a escala real que incorporan numerosos actuadores MTS resistentes a la fatiga. Estas soluciones también incorporan el software de adquisición de datos y controlAeroPro ™de MTS, controles digitales MTS y unidades de potencia hidráulica MTS SilentFlo™.
La estructura del ala del F/A-18 Hornet se basa en capas de ala de material compuesto y en juntas encoladas de material compuesto y titanio en la raíz del ala, la zona más cargada donde el ala se une al fuselaje. La investigación se centró inicialmente en evaluar probetas tipo hueso de perro de 25 pulgadas de largo extraídas de las capas de las alas del F/A-18s. Las pruebas cíclicas con cargas espectrales reproducían las cargas reales de funcionamiento, por lo que el equipo pudo comparar los datos de resistencia residual y la vida a la fatiga de cada probeta con los datos de la certificación original , así como determinar la vida útil restante de la junta.
“Descubrimos que las juntas encoladas de material compuesto y titanio tenían una vida mucho más larga de lo que nadie pensaba”, manifestó Seneviratne. “Los antecedentes de servicio no tuvieron un efecto importante en la resistencia residual de cada junta. Las juntas solían tener más de cinco vidas adicionales a la fatiga bajo un espectro de fatiga dominante a la tensión, y varias sobrevivieron diez vidas sin una degradación significativa de la resistencia”.
Estas conclusiones condujeron a pruebas estructurales a gran escala más extensas del ala interior, que consta de revestimientos compuestos. El artículo de prueba comprendía el fuselaje central, alas interiores y flaps del borde de salida.de un F/A-18. Durante la primera fase de las pruebas, la estructura del ala se sometió a ciclos de cargas de prueba adicionales durante toda su vida útil, mientras se vigilaba la presencia de daños inducidos por la fatiga. En una segunda fase de pruebas se simularon diferentes tipos de daños durante los ciclos de fatiga continuados para evaluar la contención de daños y la tasa de crecimiento, si la hubiera
BENEFICIOS PARA EL CLIENTE
El resultado más importante de la investigación del NIAR es que la Marina de los Estados Unidos dispone ahora de los datos necesarios para respaldar los esfuerzos de extensión
de la vida útil de los F/A-18 con un grado de confianza mucho mayor, en particular en lo que respecta a la construcción avanzada de materiales compuestos del ala interior. La Marina y otras ramas de las fuerzas armadas pueden aplicar esta metodología a otras plataformas obsoletas.
“Al identificar problemas potenciales en un entorno de laboratorio controlado, podemos reducir el riesgo de que se produzcan fenómenos inesperados que puedan poner en peligro la seguridad de toda una flota”, comenta Seneviratne. “Los datos de nuestro trabajo también ayudarán a informar y mejorar los diseños nuevos de componentes y estructuras de aviones compuestos”.
El uso de soluciones de prueba MTS ayudó al equipo de Seneviratne a realizar esta investigación de forma segura y eficiente. La respuesta de los actuadores y de los sistemas de control digital sirvieron para proteger tanto los artículos de prueba costosos como a los operadores de las pruebas. La agilidad de las servoválvulas MTS, combinada con el control independiente de la presión y otras características de seguridad, facilitó la gestión precisa de los actuadores del banco de pruebas estructurales, que pueden ejercer una gran cantidad de fuerza en muy poco tiempo.
“La confiabilidad también es importante”, agregó Seneviratne. “Cada vez que se detiene una prueba estructural de gran envergadura para el mantenimiento de los equipos de prueba, cuesta decenas de miles de dólares. Las soluciones de pruebas de MTS son muy confiables. Se configura el actuador y está listo para funcionar hasta que llegue el momento de recalibrarlo. Hemos realizado decenas de miles de pruebas de fatiga con ellos y el retorno de la inversión es muy satisfactorio”.
Seneviratne también aprecia la versatilidad del software AeroPro, que facilita a sus investigadores la configuración y ejecución de diversas pruebas, algunas de las cuales utilizan varios cientos de calibres extensométricos y docenas de canales de control- sin tener que realizar el largo proceso de reconfigurar físicamente bancos de pruebas muy complejos. Además de esto, MTS ofrece servicio y soporte técnico de alta calidad, así como servicios de valor agregado como calibración y diseño de sistemas hidráulicos.
“MTS tiene experiencia en crear y brindar soporte a soluciones de prueba complejas”, concluyó Seneviratne. “Saben cómo ayudarnos a trabajar de manera más eficiente para que podamos hacer nuestro trabajo a un costo menor. Es un beneficio para todos”.
