ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS

Trabajo Final

EVALUACIÓN DE LA INTEGRIDAD ESTRUCTURAL Y PREVENCIÓN DE FALLAS EN FUSELAJES DE

HELICOPTEROS

Miguel Angel Nuñez

INTRODUCCIÓN

Se presentarán en el siguiente trabajo dos artículos referentes a tipos de defectos característicos factibles de encontrar en fuselajes de helicópteros como también en las palas de las hélices. Se describirán entonces las morfologías de los posibles defectos y las técnicas de END utilizadas para caracterizarlos.

Es importante destacar la importancia de la aplicación de los métodos de END que permitan identificar, localizar y cuantificar los defectos que pudieran aparecer, para poder entonces tomar medidas y conservar de esa manera la integridad estructural de diferentes componentes de los helicópteros ya que cualquier falla podría conducir a una catástrofe.

“Inspection of Tail Boom/Fenestron Junction Frame on EC130 B4 Eurocopter Aircraft Using Phased

Array”

Refiere a un único tipo de falla que podría ser encontrada en el fuselaje de helicópteros EC130 B4, más precisamente en los alrededores de los remaches de unión.

El proceso de inspección requiere despintar la zona sensible y observar cuidadosamente para detectar las fallas que pudieran aparecer. Este procedimiento resulta poco práctico y costoso debido a que luego es necesario volver a pintar.

Área despintada para la inspección visual (a)

Con el objeto de encontrar una segunda opción para llevar a cabo la inspección, que sea menos invasiva, más práctica y menos costosa se ha propuesto la utilización del método Phased Array Ultrasonic.

Lógicamente, esta técnica ha sido calificada y homologada para su aplicación en servicio.

Con el objeto de efectuar la calibración del método, se realizan varios ensayos sobre muestras del mismo material que los componentes que se van a analizar, incluyendo la correspondiente capa de pintura, y en muestras similares a éstas pero sin pintar. En el caso que se está tratando, se observó una atenuación de 6 decibeles para un espesor de pintura de 0,6 mm.

Ejemplo de indicación del

ensayo ante la existencia de

una fisura.

Con la implementación de este método se redujo considerablemente el tiempo de inspección y se evita el problema de quitar la pintura del componente a inspeccionar, obteniendo similar eficiencia y confiabilidad a la inspección visual.

“Non-destructive testing methodologies on helicopter fiber composite components challenges today and in

the future”

Se mostrará el cuidado que pone la empresa EUROCOPTER en la implementación de los END, no solo sobre componentes terminados, sino también en pasos intermedios de fabricación. Centrándonos en el fuselaje y en las aspas de los rotores fabricados de estructuras compuestas tipo sándwich de fibra de carbono (el fuselaje) y laminados de fibra de vidrio (las aspas), se evaluarán las características de los componentes, los tipos de defectos factibles de encontrar y los métodos utilizados en la inspección.

Aspas del rotor A partir de la década del ’60 se comenzaron a desarrollar las mismas de un compuesto de plástico reforzado con fibras de vidrio, lo cual condujo a un aumento de funciones integradas en la estructura de las aspas. Las complejas estructuras que forman las aspas, pueden ser efectivamente evaluadas por ejemplo con tomografías computadas.

Helicóptero EC135

Aspa de rotor EC135

Fuselajes Eurocopter desarrolló en la década del 90 helicópteros con habitáculos constituidos casi en su totalidad por estructuras compuestas tipo sándwich de fibra de carbono con núcleo tipo honeycomb de nomex. La estructura de cola del EC145, por ejemplo, fabricada en una pieza única del material compuesto mencionado. Para el testeo de dichas estructuras, se han utilizado técnicas de ultrasonido, las cuales siguen siendo utilizadas aún en la actualidad.

Estructura de cola del EC145

Tipos de defectos

Métodos de END utilizados El propósito de la utilización de métodos de END es obviamente detectar defectos, así como también su posición, tamaño y forma en los componentes que se fabrican. Esto es importante para poder asegurar la calidad en la fabricación en serie de los componentes. Gracias al uso de estos ensayos en los pasos intermedios de fabricación es posible, en muchos casos, corregir defectos y evitar así descartar un componente ya fabricado.

Ultrasonido Los componentes de gran magnitud utilizados en la fabricación de helicópteros son evaluados con facilidad mediante técnicas de ultrasonido ya sea por transmisión (para estructuras tipo sándwich), pulso-eco (para laminados de fibra de carbono), o incluso mediante arreglos tipo arrays de transductores (método pulso-eco). En ocasiones la evaluación por medio de ultrasonido se automatiza con la ayuda de brazos robots que siguen fielmente el contorno de las piezas a evaluar.

Tomografías computadas Esta técnica se ha convertido de vital importancia en las últimas décadas para la detección y localización de defectos en diferentes componentes de helicópteros, particularmente en las aspas de los rotores. Este procedimiento provee alta confiabilidad y la posibilidad de estimación de la vida útil de los componentes evaluados.

Evaluación de un aspa mediante tomografía computada.

Termografía La Termografia infrarroja es una técnica que permite ver la temperatura de una superficie con precisión sin tener que tener ningún contacto con ella, esto es posible midiendo la radiación emitida en la porción infrarroja del espectro electromagnético desde la superficie del objeto, convirtiendo estas mediciones en señales eléctricas. La radiación infrarroja es la señal de entrada que la cámara termográfica necesita para generar una imagen de un espectro de colores, en el que cada uno de los colores, según una escala, significa una temperatura distinta, de manera que la temperatura medida más elevada aparece en color blanco.

Los ensayos no destructivos por termografía, por lo general, son a través de la técnica activa (el estímulo externo es necesario con la finalidad de poder obtener contraste térmico relevante).

Las técnicas más conocidas y desarrolladas son:

Termografía por pulsos.

Termografía por calentamiento a pasos. (Pulsos largos)

Shearografía Esta tecnología consiste en iluminar con un láser expandido el objeto en estudio durante diferentes estados de tensión, los cuales inducen en la muestra una deformación en la superficie que es alterada localmente por defectos que se encuentren bajo ésta, tales como delaminaciones por ejemplo. Esta diferencia en la deformación de la zona de influencia del defecto es detectable mediante la rápida comparación entre imágenes de diferentes estados tensionales. De esta manera se calcula el gradiente de deformación inducido que permite la detección y localización de los defectos en los componentes y materiales analizados.

En particular, la técnica de laser shearography se emplea para la inspección de uniones en estructuras de fibra de carbono, en estructuras tipo sándwich, laminado, etc., muy comunes en la industria aeronáutica.

Conclusiones Se ha descripto un problema recurrente en el fuselaje de

helicópteros EC 130 B4, fabricado por EUROCOPTER. Se planteó una técnica alternativa y menos invasiva que la tradicionalmente aplicada para dicha evaluación. Se han presentado características de diseño de algunos componentes de helicópteros pertenecientes a la ya mencionada empresa. Se han presentado además diferentes tipos de defectos característicos de estos componentes. Finalmente se realizado una breve descripción de los ensayos utilizados para su evaluación. Durante la realización de este trabajo, se ha podido tomar conciencia de la vital importancia de los métodos de ensayos no destructivos en la detección, pero sobre todo en la prevención, de fallas a lo largo de un proceso productivo.

Miguel Angel Nuñez