Un impacto común de un ave en un avión puede ser mucho más peligroso de lo que parece. Incluso si la pieza parece casi intacta, su vida útil puede reducirse 14 veces. A esta conclusión llegaron los científicos de Perm Polytechnic, quienes por primera vez estudiaron de manera integral cómo los arañazos y las abolladuras afectan la resistencia y durabilidad del plástico reforzado con fibra de vidrio.
Por qué es importante para la aviación
El plástico reforzado con fibra de vidrio se utiliza ampliamente en la aviación: es ligero, económico y no se oxida. Es un material compuesto que consta de fibras de vidrio, que proporcionan resistencia, y una resina polimérica, que las une y distribuye la carga.
Pero durante la operación, inevitablemente aparecen daños: grietas, delaminaciones, arañazos y abolladuras. Además, muchos de ellos son casi invisibles desde el exterior, aunque el material ya comienza a deteriorarse por dentro.
Qué problema resuelven los científicos
En la aviación, existen estrictas normas de seguridad. Pero al detectar daños, los ingenieros no pueden decir con precisión cuánto tiempo más durará una pieza.
Los métodos de control existentes detectan el defecto en sí, pero no permiten evaluar la vida útil restante. Por lo tanto, es necesario reemplazar las piezas antes de tiempo o incorporar una resistencia excesiva.
Como resultado, los aviones se vuelven más pesados, consumen más combustible y contaminan más el aire, y el mantenimiento resulta más caro.
Qué hicieron los científicos
Investigadores de PNI PU realizaron por primera vez un estudio integral, donde compararon simultáneamente la influencia de arañazos y abolladuras, tanto en la resistencia como en la durabilidad.
Hasta entonces, estos datos se estudiaban por separado. Los científicos reprodujeron en muestras de plástico reforzado con fibra de vidrio dos de los daños más típicos:
- arañazos — con una fuerza de 1 kN (aproximadamente como una carga de 100 kg);
- abolladuras — con una fuerza de 10–15 kN (un impacto de este tipo lo causan piedras, granizo o aves).
Para comparar: un ave de 5 kg al chocar puede generar una fuerza de más de 13 toneladas.
Las muestras se dividieron en tres grupos: sin daños, con un arañazo y con abolladuras de diferente intensidad. Primero se las sometió a carga hasta la rotura. Resultó que el arañazo casi no afecta la resistencia, una abolladura débil la reduce en un 17%, una media en un 25% y una fuerte en un 30%.
El descubrimiento principal
Se obtuvieron resultados importantes en las pruebas cíclicas, cuando las muestras se cargaron repetidamente, imitando despegues y aterrizajes. Una pieza intacta soportó más de 5000 ciclos, con un arañazo, alrededor de 2800, y con una abolladura fuerte, solo 368.
Esto es un 93% menos. En otras palabras, una pieza así dura 14 veces menos: en lugar de 14 años, aproximadamente un año.
Los científicos también descubrieron que el peligro de los daños depende del modo de operación. Una abolladura débil es especialmente peligrosa durante un funcionamiento prolongado con cargas pequeñas, como en los aviones de pasajeros. En este caso, la vida útil se reduce 4 veces. Y una abolladura fuerte es crítica en caso de sobrecargas bruscas, como en los cazas. Aquí, la vida útil puede reducirse 50 veces en comparación con un daño débil.
Qué aportará esto a la industria
Los resultados permiten a los ingenieros evaluar con mayor precisión el estado de las piezas. Ahora se pueden basar en cálculos concretos: cuántos ciclos soportará una pieza con un daño y un modo de operación determinados.
Esto permite reducir el peso de los aviones, disminuir el consumo de combustible y las emisiones, prolongar la vida útil de las piezas y reducir los costos sin comprometer la seguridad.
La investigación se publicó en la revista Fracture and Structural Integrity y se realizó con el apoyo de la Russian Science Foundation.
