¿Cómo se montan los motores en las alas?

El domingo 4 de octubre de 1992, el vuelo 1862 de El Al se estrelló contra un suburbio de Ámsterdam después de que el motor interior derecho se separara del ala y se llevara consigo parte del ala y el motor exterior derecho.

La separación se produjo por rotura por fatiga de los pines fusibles que conectan el motor a la aeronave. Los motores del Boeing 747-200 están unidos al ala por cuatro pines fusibles.

En el informe de investigación se puede encontrar información detallada sobre la construcción que monta el motor al ala. Especialmente las secciones 1.6.3, 1.6.4 y 1.16 son de su interés, aunque le recomiendo leer el informe completo si tiene tiempo.

Fuente: Raad voor de Luchtvaart, documento AAR 92-11

Fuente: Raad voor de Luchtvaart, documento AAR 92-11

Soportes de motor y enlaces de empuje

¿Cómo se montan los motores en las alas?

Los motores modernos se cuelgan de los puntales del pilón fijados a las alas, en dos montajes, utilizando un dispositivo de fijación llamado accesorio de suspensión en la terminología de CFMI. Así es como se monta un CFM56-7B en el ala de un Boeing 737 NG:

^{CFM56-7B en el ala de un Boeing 737 NG. Adaptado del manual de formación de góndolas CFM56-7B}

Los soportes colgantes se muestran en rojo, se fijan al motor mediante eslabones (magenta) y horquillas, ya sea a través del accesorio de la carcasa del ventilador (montaje delantero, verde) o directamente (montaje trasero). Luego se fijan al pilón / puntal usando pernos y pasadores de seguridad.

Imágenes de piezas reales (las diferencias se deben a mejoras):

^{Montaje del marco del ventilador del motor y percha de popa para un CFM56-7B. Fuente}

Los soportes del motor han variado a lo largo de los años. Si bien inicialmente el empuje del motor se transfirió al ala a lo largo de la estructura del motor, el método moderno es evitar esto, ya que tiene muchas desventajas. Deforma la estructura del motor e impide que se reduzcan las holguras entre la punta de la turbina y las paredes . Esto, a su vez, conduce a una eficiencia del motor inferior a la óptima.

En los aviones modernos, los motores están montados en dos lugares: la parte superior del marco del ventilador y la parte superior del marco de la turbina. Ningún estrés es soportado por otros componentes.

• Para obtener información adicional sobre los marcos, consulte: En un turboventilador, ¿qué sostiene el eje giratorio?

Por lo general, el montaje delantero (bastidor del ventilador) recibe tanto la carga vertical como la carga de empuje y el montaje trasero recibe la carga de torsión. Pero en algunos casos, cuando la carga de empuje no es deseable en la montura delantera, se utilizan enlaces de empuje para transferir la carga de empuje a la montura trasera. Este es el caso de la familia Boeing 737 NG.

Pernos y pasadores de seguridad

Escuché que los motores de un transporte aéreo comercial generalmente se montan con 2 o 3 pernos.

Es un poco difícil de contar, porque hay partes intermedias entre el motor y el ala. Para simplificar, podemos centrarnos en los dos montajes y cómo transfieren realmente el empuje al puntal. En este caso estás cerca de la verdad.

En nuestro ejemplo, la montura delantera usa cuatro pernos y dos pasadores, la montura trasera usa cuatro pernos y un pasador. La carga de empuje la soportan principalmente los pasadores de seguridad, mientras que los pernos soportan las cargas verticales (p. ej., el peso y el par del motor) y aseguran el posicionamiento general.

Para otras combinaciones de motor/avión, el principio es el mismo, las piezas son ligeramente diferentes, por ejemplo, este es el soporte delantero para un CFM56-5B en un Airbus A320:

^{Montaje delantero CFM56-5B para A320. Fuente}

Hay 4 pernos y un pasador de seguridad (el otro pasador visible es para centrar y se usa como pasador de seguridad de respaldo).

Podemos decir que la fuerza principal se transfiere al ala usando solo 3 pasadores de seguridad, pero no olvide que los eslabones de empuje y los pernos que se usan para unirlos también son parte de la cadena.

Todavía se necesitan 8 pernos para manejar otras cargas y mantener todo pegado, y también para permitir que los pasadores de seguridad permanezcan en su lugar.

Tamaño y fuerza de los pernos

¿Qué tan grandes son estos pernos y de qué están hechos?

Los pernos utilizados para un CFM56-7B en un B737 NG tienen el número de pieza BACB30PN14-32M en la nomenclatura de Boeing. Este perno tiene un diámetro de 22 mm (0,875") y está hecho de aleación de níquel 718, una súper aleación, también conocida como Inconel 718 .

Qué aspecto tienen los pernos, las tuercas cilíndricas y los pasadores:

^{Montaje en popa CFM56-7B. Fuente}

¡El factor de seguridad en tal perno también sería bueno!

Para tener una idea de las fuerzas involucradas es bueno saber que un motor Boeing 737 NG tiene una masa de unos 2.000 kg, actuando sobre el pilón en forma de un peso de 20 kN (masa x aceleración de la gravedad). El motor genera unos 100 kN de empuje. Incluso teniendo en cuenta las aceleraciones verticales repentinas y los aterrizajes bruscos (digamos 3 G), el empuje es la principal fuerza que actúa sobre el pilón y los pasadores de seguridad están más estresados ​​que los pernos.

La aleación de níquel 718 tiene una resistencia a la tracción de 180 N por mm², lo que le da a cada perno una resistencia total de 70 kN. los 8 tornillos juntos podían soportar 560 kN, a comparar con el peso del motor (20 kN) y empuje (100 kN).

El único evento que aparentemente puede separar un motor de su pilón es una colisión con el suelo o la fricción del motor en el suelo. En ese caso, el motor actúa como una palanca. El torque rompería los pernos y luego los pasadores de seguridad escaparían libremente de sus agujeros.

fotos reales

Por lo general, es difícil ver los soportes de los motores cuando el motor está en el ala, ya que están enterrados profundamente en los componentes de la góndola. Haga clic en la imagen para hacer zoom.

Ejemplo:

^{Soportes de motor en CFM56-7B. Imagen de Kostas Makris . Fuente}

Detalles de las monturas:

Ejemplo 2

^{CFM56-7B. Fuente}

Detalles de las monturas:

Detalles adicionales de los soportes CFM56-7B, del manual

Montaje delantero:

^{Montaje delantero. Fuente: Manual de formación CFM56-7B (góndola)}

• El accesorio de suspensión se fija al puntal con 4 pernos y hay dos pasadores de seguridad para proteger los pernos de las cargas de corte.
• El accesorio de suspensión se fija al accesorio de la caja del ventilador mediante 3 pasadores de trinquete.
• El accesorio de la caja del ventilador se fija con 10 pernos a la caja del ventilador.

Montaje en popa:

^{Montaje en popa. Fuente: Manual de formación CFM56-7B (góndola)}

• El accesorio de suspensión se fija al puntal mediante 4 pernos y tuercas cilíndricas, protegido por un pasador de seguridad.
• El accesorio de suspensión se fija a las horquillas en el marco de la turbina usando 4 eslabones y 4 pernos.

Dos enlaces de empuje transfieren el empuje del marco del ventilador al soporte de popa. Hay una barra evener en el montaje en popa.

Tiene razón en que los motores están montados en el avión usando solo unos pocos pernos. Por lo general, los motores se montan en el ala en tres puntos (generalmente dos hacia adelante y uno hacia atrás) con pasadores de seguridad (o fusibles), con uno o dos pernos en cada punto. El DC-10, por ejemplo 6 (posteriormente 8 pines), mientras que el 747-200 tiene 6.

" DC-10 motor-pilón ". Con licencia de dominio público a través de Wikimedia Commons .

La siguiente figura muestra el soporte del motor en A350 XWB, en el que se puede ver claramente el punto de montaje trasero y los puntales de carga (el primer cuadro), en el que el motor está sujeto con dos tornillos.

Imagen de airliners.net

Los pasadores de seguridad tienen una sección transversal compleja y están diseñados de tal manera que se cortan en caso de impacto. Por ejemplo, la siguiente figura muestra el diseño de (tres diferentes) pasadores de seguridad utilizados en Boeing 747.

Imagen de la descripción general de la FAA del accidente que involucró a Israeli Airlines FLT 1862

El tamaño del perno del pasador de seguridad depende de la aeronave en particular y la combinación de motores.

En cuanto al factor de seguridad, están diseñados para romperse en caso de que las cargas (de corte) sobre ellos superen un cierto umbral. La estructura de soporte del motor al ala está diseñada para liberar el motor cuando se encuentran fuerzas extremas, a fin de evitar cualquier daño estructural al ala que pueda afectar la capacidad de vuelo de la aeronave. Como tal, su filosofía de diseño es diferente del diseño de carga segura y varía de un avión a otro.

Se han producido incidentes en los que el motor se ha separado de la aeronave debido a las grandes fuerzas experimentadas.