Desarrollan un modelo informático para controlar la fatiga de los aviones

Los viajes en avión serán más seguros y baratos gracias al trabajo de un equipo de investigadores de la universidad británica de Portsmouth en el desarrollo de una novedosa técnica para comprobar el estado de los componentes esenciales de las aeronaves.

Según publica dicha universidad en un comunicado, la investigación está liderada por la ingeniera especializada en mecánica aeroespacial Jie Tong, que trabaja en el departamento de ingeniería mecánica y diseño de Portsmouth, y está siendo subvencionada por la Royal Society de Londres.

El objetivo del equipo de ingenieros es desarrollar un modelo científico informatizado que sirva para conocer el estado de los componentes de los aviones, para comprobar cómo reaccionan bajo la “fatiga” que les producen los vuelos.

Daño invisible

Y es que los elementos de las máquinas se ven sometidos en la mayoría de los casos a la acción dinámica de dirección e intensidad variables durante los desplazamientos, y se ha demostrado que esa acción produce en ellos, con el paso del tiempo, fracturas básicas que no suelen ir precedidas de deformaciones visibles.

El fenómeno es lo que se denomina “rotura por fatiga”, y se produce como consecuencia de esfuerzos repetidos y variables que terminan afectando al estado de la superficie de los materiales metálicos. A éstos también les afectan otras condiciones, como la temperatura o la corrosión.

El método actual de predicción del estado de estos componentes implica pruebas demasiado caras, lo que encarece el coste final del billete para el usuario. En concreto, los especialistas suelen buscar pequeñas fracturas en los componentes metálicos de las aeronaves, fracturas que van aumentando con el tiempo hasta que se da la rotura por fatiga.

Y aunque este deterioro no suele causar accidentes, porque la principal causa de éstos suelen ser fallos de los pilotos, sí han producido numerosos incidentes en el pasado, como el ocurrido en 1989 en Estados Unidos, cuando un avión de la United Airlines chocó contra una pista al intentar aterrizar. Más tarde se descubrió que una pieza metálica del avión se había roto, ocasionando el accidente y la muerte de 12 personas.

Ciclos de control

Según explica la profesora Tong, en cualquier viaje en avión las partes de la maquinaria se ven sometidas a una compleja combinación de tensiones y vibraciones. Por ello, es importante saber qué roturas inherentes al metal se van a ver afectadas por estos efectos.

De hecho, señala Tong, la seguridad de los vuelos depende en gran medida del conocimiento que tengan los ingenieros del momento en que estas fracturas pueden llegar a convertirse en un problema, para planificar las sustituciones de determinados componentes durante ciclos regulares de control.

La programación de estos ciclos de control depende de la información precisa acerca de los mecanismos de aumento de roturas y de la tasa de dicho aumento.

Los investigadores utilizarán por esta razón novedosos métodos computacionales experimentales para crear un programa informático que genere un modelo de reacciones de los diversos componentes, y que permita conocer con detalle cómo éstos reaccionan a las tensiones generadas en los vuelos.

Microscopio electrónico de transmisión

El trabajo se está realizando con la colaboración de científicos de la universidad alemana de Siegen, que cuenta con un potente microscopio electrónico de transmisión (TEM), que permitirá examinar la compleja estructura de desarticulación y otros cambios microscópicos en los componentes.

Este tipo de microscopios utliza un haz de electrones para visualizar un objeto debido a que la potencia amplificadora de un microscopio óptico está limitada por la longitud de onda de la luz visible. Debido a que los electrones tienen una longitud de onda mucho menor que la de la luz pueden mostrar estructuras mucho más pequeñas, lo que les permite ser más exactos.

La información que se derive de estos exámenes permitirá desarrollar un modelo matemático que prediga con exactitud la tasa de fractura por fatiga en los materiales.

Gracias a dicho modelo, aplicado informáticamente, Tong asegura que podrá mejorarse la seguridad de los aviones, pero también que se reducirán los costos de mantenimiento de las aeronaves, que actualmente alcanzan los billones de euros en todo el mundo. Consecuencias: los vuelos podrían acabar siendo más baratos para los viajeros y volaremos más seguros.