Seguridad de la aviación: ¿Por qué las aeronaves tienen una vida útil limitada?

Answer 1

Cameron Fraser ofrece bastantes buenos ejemplos de las tensiones a las que se expone habitualmente un avión moderno. Uno que no mencionó fue “ciclos de presurización”; los aviones se inflan y desinflan en casi todos los vuelos. A pesar de que están construidos como tanques (especialmente Boeings, como se discute más adelante), eventualmente algo sucumbirá a la fatiga, la corrosión bajo tensión o fallas relacionadas con materiales similares.

Este fue un Boeing 737, volando como el vuelo 243 de Aloha Airlines, que tuvo un muy mal día en 1988:

Hay dos cosas asombrosas sobre este accidente: solo murió una persona (una azafata que no estaba sentada en ese momento), y el avión se mantuvo unido el tiempo suficiente para que la tripulación realizara un aterrizaje de emergencia. El primer oficial Mimi Tompkins me dijo una vez que miró por encima del hombro cuando tuvo un momento libre, tratando de averiguar qué había sucedido, y vio (a) el cielo (que es malo) y (b) no mucho a popa del cubierta de vuelo: todo el avión estaba doblado como una proa. Sin embargo, todavía voló, por lo que la tripulación pudo aterrizar con éxito.

Este accidente probablemente fue único, al menos en parte, porque las operaciones de Aloha exigieron demandas únicas a sus aviones: volaron una gran cantidad de vuelos de corta duración (inflar / desinflar), y las famosas brisas de la isla contienen mucha agua de mar corrosiva, a la cual el avión fueron expuestos día tras día. El avión representado tenía casi 20 años en el momento de este hecho, lo que lo convierte en uno de los Boeing 737-200 más antiguos en funcionamiento continuo en ese momento.

Hasta Aloha 243, los aviones se inspeccionaban visualmente regularmente, y los puntos conocidos de falla potencial se examinaban aún más de cerca mediante el uso de tecnologías de “inspección no destructiva” (ultrasonido, rayos X, etc.). Sin embargo, la noción del envejecimiento de los aviones como una “cosa” en sí misma no se había considerado realmente en ese momento. El desarrollo del avión de pasajeros estaba avanzando a un ritmo bastante rápido en esos días, y los clientes de las aerolíneas siempre estaban compitiendo para comprar lo último y lo mejor. Sus flotas se estaban volcando lo suficientemente rápido con aviones más nuevos y de nueva generación que volar un avión determinado al fracaso no era de ninguna manera un problema de primera línea.

Las cosas han cambiado en los años intermedios. Incluso cuando los ingenieros centraron su atención en trazar sistemáticamente cómo las aeronaves de años avanzados comienzan a mostrar signos de desgaste, las aeronaves más nuevas comenzaron a mantenerse en servicio cada vez más. Esta hoja informativa de la FAA de hace unos diez años (Hoja informativa – Programa de avión de envejecimiento de la FAA) explica las diversas etapas de los esfuerzos actuales para adelantarse a los problemas relacionados con la edad.

En particular, la FAA desconfía de lo que denominan “daño por fatiga generalizada”, el tipo de desgaste que podría comenzar con grietas pequeñas, fácilmente identificables y reparadas, y posibles advertencias tempranas similares de problemas más grandes en el futuro. Los aviones se mantienen cada vez más largos, y es prudente tener una idea cuando están envejeciendo y deben estar permanentemente estacionados en lugar de volarlos hasta que se caigan del cielo.

Los sitios web como Airfleets (http://www.airfleets.net/ageflot…) aprovechan los seguros, el registro y otras bases de datos que les permiten calcular la edad promedio de la flota de una aerolínea determinada. Este es un tipo de cifra aproximada que realmente no es tan informativa como conocer la edad promedio de los tipos individuales de aeronaves dentro del inventario general de una aerolínea determinada (por ejemplo, American Airlines 757s), pero destaca el hecho de que casi cualquier La aerolínea tradicional vuela habitualmente con aviones de diez años o más.

La conclusión es que los aviones comienzan siendo extremadamente caros, pero, mientras sigan ganando dinero y puedan mantenerse en buena forma sin gastos adicionales innecesarios, probablemente se mantendrán en servicio el mayor tiempo posible. Por lo tanto, la presión económica para exprimir la mayor cantidad de ingresos posible de ellos debe compensarse con un enfoque razonable de vigilancia y mantenimiento. Eso incluye tener al menos una idea general de cuánto tiempo es probable que un tipo determinado de aeronave en condiciones normales de uso aguante.

Answer 2

Esta pregunta se ha hecho muchas veces en Quora y encontrará que muchos han respondido esta pregunta una y otra vez en otro lugar. En cierto sentido, ha respondido su propia pregunta pero no los requisitos necesarios para lograr el resultado .

Es técnicamente posible mantener una aeronave en condiciones de aeronavegabilidad durante períodos de tiempo muy largos, si el mantenimiento y las piezas se reemplazan según las especificaciones del fabricante.

Algunas partes tienen un tiempo limitado debido a las tolerancias de desgaste y otras debido a la fatiga. Por lo tanto, estas partes se reemplazan regularmente. Pero con el tiempo, estas partes comienzan a aumentar en costo debido a la inflación, al igual que la mano de obra.

Un cheque B-747-200 C y D puede costar entre 70 y 80 millones de dólares, más las inspecciones del motor. British Airways se hizo tan bueno haciéndolo que a menudo se contrató para mantener y llevar a cabo controles C y D en 747-200 para otras aerolíneas.

Algunas partes son casi imposibles de reemplazar por un costo realista. Esto incluye:

• Wrs Spars
• Mamparos de sección central
• Mamparos del tren de aterrizaje principal
• Mampara de presión del fuselaje trasero
• Tirantes de la sección central del fuselaje

El costo de reemplazar los elementos enumerados anteriormente excede el costo de un avión nuevo para el momento en que incluye desarmar el avión, obtener piezas nuevas y volver a ensamblarlo.

El hecho de que pueda hacer algo de rayos X no significa que la pieza pueda repararse en su lugar. Los Wing Spars no pueden parchearse ni aumentarse con placas de soldadura. Las pieles de alas pueden y a menudo se reemplazan en algunas secciones debido a la fatiga y las grietas. Lo mismo ocurre con los componentes de la piel del fuselaje interior.

Entonces, la aerolínea completa un C-Check completo en un avión, gastando de 60 a 80 millones de dólares y 5,000 horas después durante un B Check, se determina que un Wing Spar está fatigado, mostrando grietas severas. El costo de reemplazarlo supera los 100 millones de dólares. Requiere que la línea aérea desgarre todo el ensamblaje del ala para quitar el larguero que mide más de 175 pies de largo y sacarlo del fuselaje. Ya ha gastado 80 millones en este avión usado de más de 20 años y ya ha pasado por al menos 2 controles C y D (que ocurren aproximadamente de 5 a 6 años, dependiendo de cuántos ciclos haya volado). Ya no tiene sentido repararlo y tener una vida útil conocida en otras partes, como los mamparos, stringers, etc., a menos que también los revise. Ahora estás en 200 millones de dólares y probablemente un año en suspensión. Recuerde, su aerolínea no tiene una línea de ensamblaje y, lo que es peor, tendría que asignar una gran cantidad de AME para realizar esta serie de reparaciones. Es por eso que de repente son 200 millones de dólares. Su equipo de mantenimiento requeriría más de 200 técnicos calificados trabajando a tiempo completo en él.

Se espera con nuevos fuselajes de fibra de carbono y aleaciones de próxima generación que los componentes principales puedan superar las aleaciones de aluminio tradicionales en términos de resistencia y vida útil de la fatiga, extendiendo la vida útil de la aeronave a más de 35 años. Tal vez hasta 50. No hay datos suficientes para determinar si esto es posible hasta que las aeronaves existentes que ahora usan estos materiales sean inspeccionadas en los próximos 10 años.

Si los compuestos de carbono pueden durar tanto tiempo, el costo de revisar un avión disminuirá significativamente. Pero como descubrimos con el Airbus A-380, los compuestos de carbono no son la solución para todos los componentes, ya que se encontraron grietas en varias partes del ala que tuvieron que ser completamente rediseñadas. Es una de las razones por las que se necesitará al menos una década de experiencia de campo antes de comenzar a saber cuánto tiempo durarán estos aviones y qué tipo de inspecciones de revisión serán necesarias.

Answer 3

La vida útil del cuadro de aire se basa en ciclos de presurización. Cuando el avión se presuriza, la superficie metálica se tensiona y cuando se despresuriza la piel vuelve a su forma normal. Un avión sufrirá esto una y otra vez, hasta que la superficie comience a ceder, en lo que llamamos fatiga. Para aumentar la durabilidad, los aviones suelen estar presurizados a un nivel de presión equivalente a 8000 pies.

Si se pasa por alto, algo así podría suceder.

Vuelo 243 de Aloha Airlines

Hay otros problemas también. Los aviones viejos son muy poco eficientes en combustible y requieren más mantenimiento para permanecer en servicio. En términos de dinero, esto no es muy bueno.

Answer 4

En realidad, algunos aviones parecen muy modernos, pero ya volaron misiones en la Segunda Guerra Mundial. Este es el BT-67, pero en realidad es un C-47 rejuvenecido (versión militar del DC-3):

El avión fue convertido a motores turbo, hecho un poco más largo e inspeccionado a fondo por Basler Turbo Conversions en Oshkosh, Wisconsin. El gran beneficio es que el avión está aprobado por la FAA a pesar de los cambios. Esa es la razón por la cual fue lucrativo conservar gran parte de la vieja célula. Además, el fuselaje DC-3 fue diseñado para durar una eternidad (los ingenieros aún no podían calcular con precisión la vida útil de los componentes, por lo que la mayoría tenía márgenes de seguridad muy grandes.

A menudo, las aerolíneas quieren deshacerse de los aviones viejos porque son muy poco eficientes en combustible y no cumplen con las regulaciones de emisiones sonoras. Sí, podríamos intercambiar nuevos motores por ellos, pero eso no resolverá el diseño anticuado del sistema de aletas y la forma del perfil aerodinámico. Además, los ciclos de presurización y los aterrizajes duros debilitan la célula.

Answer 5

Soy profesor de ingeniería mecánica y trabajo con Boeing. Las respuestas dadas son finas y sofisticadas. Pero realmente se reduce a un fenómeno más simple. Los aviones están hechos en gran parte de aluminio. Y el aluminio no tiene límite de fatiga, lo que significa que cada vez que sufre la flexión del ala o los ciclos de presurización / despresurización discutidos, hay daños estructurales.

Esa es la razón por la que tiene rutinas de inspección y tal, porque estas cosas son estadísticas y, como era de esperar, han sido estudiadas hasta la saciedad. Es por eso que los aviones y los vuelos son tan seguros. Entonces la respuesta es más simple de lo que uno podría pensar.

Answer 6

Tome un clip de papel y alíselo. Una vez que hayas hecho eso, dóblalo en el medio. Luego enderezarlo de nuevo. luego dóblelo nuevamente en el mismo lugar. Repite todo el tiempo que puedas. Bastante rápido, encontrará que es más fácil doblarse (no es que fuera difícil en primer lugar) y finalmente se rompe.

Ahora imagine todas las partes de un avión que se flexionan bajo carga … flexión generada por elevación, turbulencia, fuerzas de aterrizaje, agregar peso (combustible, pasajeros, carga), eliminar peso. piensa en tirar, torcer y doblar. La próxima vez que vueles, intenta sentarte sobre el ala y observa cómo se flexiona el ala al despegar y si encuentras alguna turbulencia. Luego piense en el sujetapapeles y pregúntese si desea continuar volando esa pieza de metal en flexión (y en su mayoría son de metal) indefinidamente.

(Veremos si el carbono y los compuestos cambian la industria).

Actualizado para responder un comentario: no proporcioné esta respuesta para alarmar a nadie. La cantidad de flexión que ves en las alas de un avión está diseñada y es mucho mejor que ser una estructura rígida. Piensa en cómo un sauce se dobla con el viento. Las aeronaves se han diseñado de esta manera durante mucho tiempo, aunque ahora lo entendemos mejor que cuando comenzó. Aunque no fue el primero, uno de los aviones con la flexión de punta de ala más dramática es el B-52 que voló por primera vez en 1952. Las puntas de las alas se flexionaron hasta 18 pies.

Lo que ves por la ventana de un avión es trivial en comparación con cuánto se flexionará un ala antes de que se dañe, mucho menos fallar.

Este diagrama del 787 muestra que la flexión máxima es 2.5 veces más de lo que ocurre en circunstancias normales. y sí, prueban esto …

Notarás cuán lejos se han tirado las puntas de las alas, y no han fallado en ese punto. (Sí, el 787 es en gran parte carbono y se flexiona aún más, pero se realizan los mismos tipos de pruebas en todos los aviones metálicos).

También útil para ver http://theflyingengineer.com/201 …

Answer 7

La respuesta es la misma que por qué cambia el aceite de su automóvil en el intervalo estipulado por el fabricante; en teoría, podría continuar. Su uso puede ser diferente al de otros controladores. Su estilo de conducción puede resultar en una vida útil más larga, las temperaturas que experimenta podrían haber evitado que el aceite se descomponga tan rápidamente, podría tomar una decisión informada sobre la cantidad de degradación del aceite y las inclusiones extrañas que está dispuesto a tolerar antes de que cierto nivel de impacto en su motor.

¿Puede hacer todos los controles y cálculos necesarios antes de conducir al trabajo por la mañana?

Diseñar aeronaves y componentes completos para una vida útil (ya sea ciclos de presión, despegues y aterrizajes, vida útil, horas de vuelo, índice de fatiga, etc.) significa que puede tener una operación bastante despreocupada dentro de esa vida, con un rendimiento predecible.

Extender la vida también puede significar que el tiempo disponible para detectar un defecto se reduce mucho: si los materiales sufren fatiga o fragilidad, el tiempo para que una grieta crezca a una longitud crítica puede reducirse significativamente. Si el tiempo para el crecimiento crítico de grietas se vuelve más rápido de lo que se espera que lo encuentre, entonces tiene un riesgo muy grave de falla catastrófica.

Finalmente, la capacidad de usar pruebas no destructivas, como rayos X, ultrasonidos, corrientes de Foucault, en realidad es bastante limitada: probar una estructura de avión completa es prohibitivamente difícil, por lo que las pruebas buscan fallas en lugares muy específicos.

Answer 8

Conservadurismo, legal y lucrativo.

Los fabricantes no quieren la responsabilidad de los aviones muy antiguos, por lo que esencialmente dicen “usar más allá de este límite y no somos responsables”. A pesar de los avances en la metalurgia, todavía hay dudas sobre la esperanza de vida, por lo que son conservadores.

Al establecer un límite, esperan vender un nuevo avión y obtener más ganancias.