Mi pregunta es simple... ¿Por qué necesitamos pruebas de flexión de alas, qué podemos aprender de ellas y cómo puede esto ayudarnos a evolucionar el producto?
Los aviones de categoría de transporte, que incluyen la mayoría de los aviones en servicio comercial de pasajeros, deben cumplir con las reglamentaciones de la FAA en 14 CFR Parte 25 . Algunos extractos relevantes son los siguientes:
La estructura debe ser capaz de soportar las cargas últimas sin fallar.
El análisis estructural puede usarse solo si la estructura se ajusta a aquello para lo cual la experiencia ha demostrado que este método es confiable. En otros casos, se deben realizar pruebas de verificación a niveles de carga que sean suficientes para verificar el comportamiento estructural.
Las cargas últimas son las cargas máximas absolutas que una estructura debe soportar sin fallar. Estas cargas serán extremadamente raras y provocarán daños permanentes en la estructura, pero con la estructura aún intacta, la aeronave aún debería poder aterrizar de manera segura.
La FAA no certificará el diseño si el fabricante no puede probar que la estructura es capaz de cumplir con estos requisitos. Una opción es usar simulaciones computacionales. Las modernas técnicas de análisis son muy poderosas. Sin embargo, el análisis es inútil si no puede demostrar que también es confiable. Las estructuras como las alas son extremadamente complicadas. Una vez que los materiales se deforman permanentemente, el comportamiento cambia y el análisis se vuelve aún más complicado.
Entonces, si no puede probar que los métodos computacionales funcionarán, debe hacer una prueba de la estructura. La fatiga es igualmente difícil de predecir, por lo que las aeronaves generalmente están sujetas a múltiples ciclos de carga de por vida con plataformas de prueba especiales para comprender cómo resistirán las piezas.
Cuando se probó el ala del Boeing 777, falló en un 4% por encima de la carga requerida. Esto muestra que incluso las capacidades de análisis limitadas (en comparación con la actualidad) eran muy precisas, pero la única forma de saberlo con certeza es probarlo. El análisis siempre tendrá una cierta cantidad de error. Si el análisis hubiera estado un poco por ciento fuera de lugar, el ala habría fallado en la prueba.
Entonces, el análisis para el 777 demostró ser confiable, pero solo en el caso que probaron. Si un nuevo diseño difiere significativamente, esto agrega cierta incertidumbre al análisis. ¿Seguirá siendo fiable en el nuevo caso? La única forma de saberlo con certeza es probándolo.
Asegura que los supuestos teóricos son correctos en la práctica.
Por lo tanto, salva nuestras vidas.
Los modelos computacionales son tan buenos como las suposiciones que hizo al configurar su modelo. El mundo físico en general y el comportamiento mecánico de tu ala es bastante difícil de describir matemáticamente. Incluso si dominamos la descripción matemática, solo podemos describir lo que sabemos del mundo. Un buen ejemplo es la mecánica newtoniana, se derivó en un momento en que no sabíamos nada sobre la mecánica relativista. Ahora sabemos que la mecánica newtoniana no es la imagen completa, pero también sabemos cuándo es lo suficientemente buena. Los ingenieros hacen lo mismo todo el tiempo, por ejemplo, ¿es el acero o el aluminio un material lineal (deformación frente a tensión)?
Por lo tanto, una buena práctica de ingeniería es validar y verificar sus modelos matemáticos. Cuanto peores son las consecuencias de la falla, más pruebas se realizan. Esta es la razón por la que las piezas de los aviones se someten a pruebas exhaustivas, además de las reglamentaciones.
La prueba completa del ala de un avión es el final del régimen de pruebas mecánicas. Comienza con los materiales involucrados, pasa por los componentes individuales y sus conexiones, para terminar en el nivel de los subconjuntos y el ala completa.
Ron Beyer
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