¿Qué causó la falla del motor del vuelo WN-3472 de Southwest Airlines?

Los detalles que se conocen actualmente son que fue causado por la falla de una sola pala del ventilador, debido a una grieta por fatiga. La ubicación de la grieta estaba entre la raíz y la punta de la hoja (la raíz de la hoja permaneció en el disco).

Como dice la pregunta, el accidente fue en un Boeing 737-700 de Southwest Airlines. El Aviation Herald dice aquí que fue:

... realizando el vuelo WN-3472 desde Nueva Orleans, LA a Orlando, FL (EE. UU.) con 99 pasajeros y 5 tripulantes, [y] estaba subiendo por FL310 desde Nueva Orleans, a unas 80 millas náuticas al oeste de Pensacola, FL (EE. UU.) cuando la sección delantera del motor izquierdo (CFM56) se separó, los escombros impactaron y perforaron el lado izquierdo del fuselaje provocando una pérdida de presión en la cabina. La tripulación desvió la aeronave a Pensacola para un aterrizaje seguro en la pista 17, la aeronave abandonó la pista y rodó hasta la plataforma con los servicios de emergencia siguiendo a la aeronave. No hubo heridos, la aeronave sufrió daños sustanciales.

También dice:

[A] finales del 12 de septiembre de 2016, la NTSB de EE. UU. informó que un aspa del ventilador se separó del disco del ventilador durante el vuelo del accidente , la raíz del aspa del ventilador permaneció en el centro del ventilador, sin embargo, faltaba el resto del aspa del ventilador. La superficie de fractura del aspa del ventilador de aleación de titanio, con la raíz cubierta por una aleación de cobre, níquel e indio, mostró evidencia de una grieta por fatiga ; sin embargo, no se encontraron anomalías en la superficie ni en el material durante el análisis metalúrgico inicial. La entrada del motor se separó del motor e impactó el fuselaje, el ala y el empanaje, lo que resultó en un orificio de 5x16 pulgadas sobre el ala izquierda.

Espero que esa sea la medida que está disponible públicamente en este momento, porque el informe de Aviation Herald se habría actualizado si hubiera más información disponible. Por lo tanto, no se sabe públicamente si la grieta por fatiga fue fatiga de ciclo bajo o fatiga de ciclo alto.

La fatiga de ciclo bajo es la fatiga provocada por grandes cambios en la amplitud de la tensión, como la provocada por un cambio en las rpm de ralentí a velocidad máxima. Debido a que el cambio en la amplitud de la tensión es grande, puede fallar en relativamente pocos ciclos, en comparación con HCF. (Pero aún así tal vez ~ 10,000). Debido a que es impulsado por los movimientos del acelerador, se puede contar el número de ciclos. Por lo general, un solo vuelo, incluso ~ 10 horas, en un avión civil solo acumula menos de 10 ciclos.

La fatiga de alto ciclo es la fatiga causada por cambios muy pequeños en la amplitud de la tensión, como la turbulencia que actúa sobre un álabe, cada vez que un álabe giratorio pasa detrás de una paleta estacionaria. Por lo tanto, si una etapa en un compresor tiene 30 paletas, cada revolución ve 30 ciclos de tensión en cada paleta en la siguiente etapa. Por lo tanto, el número de ciclos de HCF puede acumularse muy rápidamente. No se pueden rastrear fácilmente. Por lo general, las fallas de HCF necesitan algún tipo de concentración de tensión para existir en el punto de falla, como una anomalía de material, daños de mantenimiento o una muesca de FOD (daños por objetos extraños de una piedra ingerida de una pista, por ejemplo). Las fallas del HCF pueden requerir que se acumulen 100,000s de ciclos, pero si obtiene 30 en cada revolución, y el eje está haciendo 7,000 rpm en crucero, estos se acumulan muy rápidamente. La iniciación al fracaso puede ser solo unos pocos vuelos.

Dado que no se encontraron anomalías materiales en la superficie de fractura de la mitad de la hoja que tienen (la pieza exterior no se recuperó), eso indica que es poco probable que la causa de la grieta por fatiga sea un problema de fabricación y, por lo tanto, un problema de toda la flota.

Probablemente sea una falla de HCF, ya que la ubicación de la grieta no parece estar en la raíz de la hoja. Por lo general, la ubicación de los puntos más débiles debido a LCF está en la raíz de la hoja o en la base del abeto, y parece que falló más alto que eso.

¿Qué pasa con la falla de la cubierta?

Cuando falla el aspa del ventilador, es bastante violento. Aquí hay un video de una prueba de despegue realizada para la certificación. Hay una vibración muy alta en el momento de la falla y una vibración alta mientras el motor gira antes de aterrizar. Las fallas en las aspas del ventilador no deberían provocar una falla en la cubierta, porque el objetivo de la prueba es demostrar que la falla está contenida . Eso significa que no se libera ninguna parte a alta energía que pueda dañar la aeronave. Que se caiga el carenado no se alinea realmente con esa filosofía. Pero, claramente, hay un elemento aleatorio en tal falla energética.

Creo que la falla más reciente de las aspas del ventilador fue un AirAsia X A330-300 frente a la costa oeste de Australia, el 25 de junio de 2017. Perdió casi toda la aspa, pero la cubierta permaneció muy intacta, como se muestra en la imagen del enlace.

La falla del motor A380 Air France que ocurrió en septiembre de 2017 tuvo un daño similar en la aeronave en cuestión, pero el incidente de Air France no fue una falla de las aspas del ventilador. La Directiva de Aeronavegabilidad emitida después de esto establece que el incidente fue causado por la falla de un concentrador de ventilador . Entonces, no es una comparación relevante.

Algunas aeronaves han sufrido fallas estructurales de la cubierta del ventilador, sin ser causadas por fallas en las aspas del ventilador. P.ej. Este Egypt Air A330-200 y este China Eastern A330-200 perdieron parte de su capota. Pero estas fallas son un agujero en el costado de la cubierta, no la pérdida de todo el conducto hacia adelante del ventilador. Estos fueron causados ​​por un defecto estructural en el conducto compuesto.