Predicen el comportamiento de la estructura de un avión ante un impacto externo

El departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), en colaboración con las empresas aeronáuticas EADS-CASA, EADS-SOCATA (Francia) y AERNNOVA está llevando a cabo varios proyectos de investigación que tratan de determinar el comportamiento de los elementos estructurales de los aviones sometidos a impacto, una situación que puede ocurrir darse fácilmente en una operación habitual de vuelo, sobre todo durante el despegue y el aterrizaje.

Gracias a esta colaboración, se están desarrollando tanto dispositivos experimentales de análisis de componentes aeronáuticos reales como modelos numéricos que permiten verificar hipótesis de comportamiento de las estructuras aeronáuticas de los aviones.

Las investigaciones, que comenzaron en el año 2004 y continúan en la actualidad, analizan problemas cuyo estudio es necesario para la certificación de aeronaves, como, por ejemplo, el problema de impacto de cuerpos externos sobre aviones en las operaciones de aterrizaje y despegue.

Evitar accidentes

Todos tenemos en la memoria las imágenes del accidente que sufrió un Concorde el 25 de julio de 2000. El accidente costó la vida de más de 100 personas y acabó con el historial de esta famosa aeronave. De acuerdo con una investigación realizada por las autoridades francesas en 2004, el accidente fue provocado por una lámina metálica dejada en la pista por un avión DC-10 de Continental, que causó el reventón de un neumático del tren de aterrizaje del Concorde durante el despegue.

Asimismo, se afirmó que el metal era titanio, cuando las normas de seguridad señalan que se debe utilizar aluminio debido a que es un metal más suave y tiende a provocar menos pinchadas de caucho.

En la investigación se sostiene además que los tanques de combustible del Concorde tenían un defecto de diseño que los hacía susceptibles a daños por impacto.

Pero el riesgo de impacto no proviene sólo de elementos desprendidos de la propia nave o de la pista de despegue. Precisamente una de las novedades de este proyecto es que también estudia los impactos derivados de las condiciones meteorológicas, como los impactos de granizo o el hielo desprendido del propio avión por cambios de temperatura en las condiciones de vuelo.

“Se trata tanto de realizar un trabajo experimental que reproduzca fielmente las condiciones operativas del componente aeronáutico como de desarrollar modelos numéricos que simulen la aplicación de cargas impulsivas sobre la estructura, el efecto de los cambios de la temperatura de servicio y el daño en los componentes”, explica Ramón Zaera, director del departamento de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras de la UC3M, en un comunicado.

Ensayos supersónicos

Para desarrollar estos trabajos experimentales, muchos de ellos vinculados a grandes retos de la ingeniería aeronáutica europea, como el gigante Airbus A380 o la futura generación del A320, los investigadores han contado con el laboratorio de impacto mecánico, totalmente pionero en Europa, y que ha sido creado conjuntamente por la UC3M y EADS-CASA para la realización de estos complejos ensayos experimentales

El laboratorio cuenta con sistemas de lanzamiento neumático. El sistema consiste en una serie de tubos de una longitud de unos 4 metros, que permiten reproducir el impacto y choque en elementos estructurales del fuselaje, alas, estabilizadores o góndolas de las aeronaves en un rango de velocidades entre 300 km/h y 3.000 km/h. En este laboratorio, se han realizado proyectos de investigación por valor de 900.000 euros desde el año 2004.

Según los investigadores, los procesos de impacto sobre las estructuras aeronáuticas se producen en un breve periodo de tiempo, del orden de milisegundos, lo que dificulta la adquisición de datos en los ensayos experimentales y la necesidad de considerar efectos inerciales y comportamientos altamente no-lineales en la modelización mecánica de los materiales. Por ello, el análisis de los resultados de este tipo de ensayos experimentales requiere de la simulación numérica de los mismos mediante modelos específicos.