Supongo que su ansiedad se desencadena por el reciente incidente aéreo de AirAsia Airbus A330 en el que se informó que el avión “temblaba como una lavadora” y, según los informes, el capitán dijo: “ Espero que todos recen, también rezaré y vamos a rezar ”. Espero que todos volvamos a casa con seguridad “.
En todas las maquinarias, incluidos los automóviles, trenes y aviones, el temblor o “los batidos” se denomina técnicamente “vibración”.
La vibración del avión en vuelo es siempre un problema técnico, y los motivos pueden ser innumerables.
Los efectos de la vibración del avión van desde la incomodidad de los pasajeros y la tripulación hasta los problemas de seguridad del vuelo.
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Aunque la investigación sobre las causas de la vibración en AirAsia Flight D7237 llevará algún tiempo, y aunque es un hecho raro hoy en día, y ciertamente no es una “prueba terrible” la mayor parte del tiempo, las vibraciones del fuselaje (vibraciones que sacuden el fuselaje del avión , donde la tripulación y / o los pasajeros pueden sentirlo) no son un problema totalmente desconocido.
La vibración ocasional del avión durante el vuelo no es inusual. Hay muchas causas de vibración del avión, incluida la extensión y retracción del tren de aterrizaje, la extensión de los frenos de velocidad, el juego libre en superficies móviles y el mal funcionamiento del sistema.
Los manuales de mantenimiento de la aeronave de transporte tienen una lista de verificación muy específica para revisar cuando se informa una vibración anormal en un vuelo.
Comprender las posibles fuentes de vibración y la información necesaria para aislar y corregir los problemas de vibración requiere el conocimiento de lo siguiente:
1. Tipos de vibraciones y ruidos.
2. Causas de la vibración del avión.
3. Detección de la vibración del avión.
4. Respuesta de la tripulación de vuelo.
5. Solución de problemas de mantenimiento.
** 1. TIPOS DE VIBRACIÓN Y RUIDO **
Las siguientes definiciones de ingeniería diferencian varias formas y tipos de vibración y ruido:
La vibración es oscilante, recíproca o cualquier otro movimiento periódico de un cuerpo rígido o elástico forzado desde una posición o estado de equilibrio. Si la frecuencia y la magnitud de la vibración son constantes, se dice que la vibración es * armónica *. Cuando la frecuencia y la magnitud varían con el tiempo, la vibración es * aleatoria *.
El buffet es una forma de vibración generalmente causada por la excitación aerodinámica. Por lo general, es aleatorio y está asociado con un flujo de aire separado. Por ejemplo, el buffet puede sentirse durante la extensión de los frenos de velocidad o durante la turbulencia del aire.
El aleteo es una condición inestable en la que la aerodinámica inestable excita las frecuencias naturales de la estructura sobre la que fluye el aire. Las vibraciones resultantes pueden crecer hasta una magnitud que hace que la estructura falle.
El ruido es una vibración que excita el aire y se puede escuchar. Cuando la vibración es aleatoria, el ruido no es musical o está confundido. Cuando la vibración es armónica, el resultado es un tono como el producido por un instrumento musical. Puede sonar como el silbido de un desagüe o una leve fuga en una puerta.
** 2. ** CAUSAS DE VIBRACIÓN DEL AVIÓN
Las vibraciones normales y anormales ocurren por varias razones. La aerodinámica, el mal funcionamiento mecánico y los factores externos como la turbulencia atmosférica pueden causar vibraciones en los aviones. Todas las vibraciones tienen frecuencias y magnitudes asociadas que pueden ser fácilmente detectadas o apenas perceptibles para la tripulación de vuelo y los pasajeros. Para algunas vibraciones, como las asociadas con la operación del motor, la tripulación de vuelo tiene instrumentación dedicada para medir la magnitud. Otras vibraciones son detectadas por la vista, el sonido o la sensación y pueden depender de la experiencia de la tripulación de vuelo para el análisis.
** Vibración normal . **
Cada avión tiene una firma única de vibración normal. Esto es una consecuencia de la distribución de masa y la rigidez estructural que dan como resultado modos de vibración a ciertas frecuencias. Cuando las fuerzas externas actúan en el avión, como el flujo de aire normal sobre las superficies, se producen vibraciones de muy bajo nivel. Por lo general, esto se percibe como ruido de fondo. Más notable, pero también normal, es la reacción del avión al aire turbulento, en el que la magnitud de la vibración puede ser mayor y, por lo tanto, claramente visible y sentida. El funcionamiento del motor a algunas velocidades de la bobina puede provocar un aumento de la vibración porque el desequilibrio de la bobina excita el motor y transmite esta vibración a través de la célula. Finalmente, el funcionamiento de algunos componentes mecánicos, como las bombas, puede estar asociado con el ruido y la vibración normales.
La mayoría de las tripulaciones de vuelo reconocen estos eventos normales, que se convierten en la base de experiencia desde la cual las tripulaciones de vuelo detectan eventos de vibración anormales.
** Vibración anormal. ** **
La vibración anormal más fácil de identificar es la que tiene un inicio repentino y puede estar acompañada de ruido. La vibración puede ser intermitente o constante con una frecuencia distinta, o puede ser un tipo de buffet más aleatorio. Cuando el inicio de una vibración anormal puede asociarse con una acción o evento previo, la fuente puede ser obvia. Sin embargo, algunas vibraciones inicialmente son bastante sutiles y requieren procedimientos de diagnóstico para determinar sus causas probables.
La vibración anormal generalmente está relacionada con una o más de las siguientes causas: ** desequilibrio del rotor del motor **, ** mal funcionamiento del equipo mecánico ** y ** perturbaciones del flujo de aire que actúan sobre puertas o superficies de control que están mal instaladas o con fallas o que tienen Desgaste excesivo o juego libre **.
La vibración anormal rara vez es causada por una falla estructural o un sistema de control de potencia inestable.
** Aleteo. ** **
La inestabilidad aeroelástica, o aleteo, rara vez causa vibraciones anormales. A través del diseño, análisis exhaustivo y pruebas de certificación, todas las configuraciones de aviones comerciales están libres de aleteo para todas las condiciones de diseño dentro de la envoltura de estabilidad aeroelástica. Esta envoltura se extiende mucho más allá de las velocidades operativas normales permitidas y se aplica tanto a la operación normal como a fallas, mal funcionamiento y condiciones adversas. Sin embargo, cuando un avión se opera en una configuración o condición que está más allá de estos criterios, puede producirse aleteo dentro de la envolvente operativa. El aleteo se puede diferenciar del buffet en que el aleteo puede ocurrir en aire suave; La vibración se origina en el avión y no en la atmósfera. Estrechamente asociado con el aleteo está la oscilación del ciclo límite (LCO). Durante el LCO, la vibración es autoexcitada, pero los efectos no lineales como la fricción, las holguras y el juego libre (o reacción) limitan la amplitud. El LCO con mayor frecuencia es causado por un juego libre excesivo dentro de las superficies de control de vuelo y los componentes asociados.
** 3. ** DETECCIÓN DE VIBRACIÓN DE AVIONES
La detección de la vibración del avión depende casi por completo de la sensibilidad de la tripulación. La única excepción es la vibración en los motores, que están equipados con acelerómetros dedicados para medir la vibración del carrete. El resto de la vibración del avión es detectada por la tripulación a través de la vista, el sonido y la sensación. Cabe señalar que las tripulaciones de vuelo pueden no sentir vibraciones en algunas áreas del avión, como la cabina principal o la sección de cola, aunque los pasajeros u otros miembros de la tripulación generalmente sienten e informan tales vibraciones.
Las tripulaciones de vuelo usan varios términos para describir su percepción de una vibración anormal en el entorno de la cubierta de vuelo. Es muy difícil para una tripulación de vuelo distinguir entre las definiciones de ingeniería para vibración, buffet, aleteo y ruido. Por ejemplo, las tripulaciones a menudo reportan vibraciones como ruido porque son transportadas por la estructura del fuselaje a la cubierta de vuelo donde las tripulaciones pueden escucharlas. Tanto la vibración como el buffet pueden sacudir todo el avión, por lo que puede ser difícil para las tripulaciones distinguirlos.
Las tripulaciones de vuelo necesitan ejercitar la aviación y comprender las causas y los efectos de la vibración del avión para que puedan tomar las medidas adecuadas para mantener la seguridad del vuelo y evitar el desgaste excesivo o el daño de la estructura del avión. Además, las tripulaciones de vuelo pueden contribuir a informes precisos de eventos en servicio que facilitarán la resolución de problemas y las actividades de mantenimiento.
La presencia de una vibración o ruido anormal generalmente es motivo de atención de la tripulación de vuelo. La experiencia proporciona a las tripulaciones de vuelo la capacidad de juzgar la gravedad de la vibración, las firmas distintas y, lo más importante, el historial inmediato de las condiciones de vuelo (es decir, las condiciones de vuelo antes del evento y los cambios de parámetros que ocurrieron a medida que el evento ocurría) .
Existe la preocupación de que ** una medida drástica tomada por la tripulación de vuelo para rectificar la vibración podría en realidad aumentar la gravedad del problema. ** Por esta razón, la mejor reacción de la tripulación de vuelo ante una vibración anormal es extraer suavemente el avión de la operación región donde ocurre la vibración.
Si las consideraciones de rendimiento no anulan la gravedad de la vibración, la tripulación de vuelo debe reducir la velocidad del aire y la velocidad del motor. Esencialmente, la tripulación debe regresar al vuelo nivelado a velocidades aéreas reducidas y evitar tensiones innecesarias en el avión.
Después del vuelo, las tripulaciones de vuelo generalmente informan dos tipos de vibraciones. La primera es una vibración táctil de alta frecuencia (típicamente más de 25 Hz) que se siente en las manos o los pies. Esta vibración a veces se asocia con el sonido y generalmente se relaciona con un componente de masa pequeña que actúa sobre la célula, como una puerta suelta, un panel de acceso o un carenado. Este tipo de vibración puede ser constante durante todas las fases del vuelo, pero puede variar con la velocidad del aire.
El otro tipo de vibración es de una frecuencia más baja (típicamente menos de 20 Hz) que puede sentir todo el cuerpo. Este tipo de vibración generalmente se relaciona con un componente de gran masa que actúa sobre el fuselaje, como el timón, el estabilizador horizontal o el elevador.
Los informes típicos de la tripulación a menudo identifican la dirección de la vibración en vuelo como lateral, vertical u oscilatoria. Las tripulaciones a veces pueden indicar dónde es más evidente la vibración dentro del fuselaje, como en la cabina delantera, el área de sobrevuelo o la cabina de popa. Además, las tripulaciones a veces estiman la frecuencia de vibración y suministran información sobre la configuración del avión en el momento del inicio de la vibración.
La información del evento ha demostrado ser tan valiosa para la resolución de problemas de mantenimiento que se ha adjuntado un registro de eventos de vibración de la cubierta de vuelo a las cartas de servicio de Boeing para los aviones 737 y 757. Ver la tabla a continuación.
▲ Se requiere que la tripulación de vuelo complete un formulario similar a este cuando experimentan vibraciones durante el vuelo. Esto ayuda al personal de tierra a aislar e identificar la causa del problema.
Tomemos un ejemplo para ver cuán pernicioso puede ser un problema de vibración de la vida real y cómo se resolvió.
De (vibración del fuselaje A320 [Archivo])
Experimenté la vibración del fuselaje varias veces en los antiguos A320. Las vibraciones eran de aproximadamente 6 a 8Hz y se podían sentir en un ciclo mayor de aproximadamente 1 minuto: aproximadamente 20 segundos de vibración, 40 segundos de calma y repetido, a veces con bastante fuerza, en la cabina y a través del cuadrante de la palanca de empuje. Mantuve registros en mi libro de registro y conseguí un avión particularmente malo un día, subiendo alrededor de 270, Mach 0,76 y aumentando, cuando comenzaron las vibraciones. Le pedí a mi F / O que volviera a ver si alguien lo sentía en la cabina. Era un tipo muy listo y regresó unos diez minutos después y me dijo: “tienes que ir a la parte trasera del avión y mirar hacia afuera”. Yo hice. Observé, cuando ambos estabilizadores horizontales comenzaron a revolotear hacia arriba y hacia abajo describiendo un arco de aproximadamente 1 pie más o menos. Estaban revoloteando a aproximadamente 6 a 8Hz durante aproximadamente 20 segundos, amortiguando gradualmente y luego comenzando nuevamente después de aproximadamente 40 segundos. El patrón no varió con Mach o altitud. Se detendría gradualmente después de un tiempo en crucero.
Más tarde supe que era un problema conocido de Airbus y que otra gran aerolínea de los EE. UU. Había tenido experiencia e incluso estaba escrito en las publicaciones más grandes de Airbus sobre temas de la industria que solían distribuir. La solución fue reemplazar los bujes desgastados del elevador y, con una herramienta especial, inclinar los elevadores “hacia abajo” en medio grado. El problema de la flota desapareció de la noche a la mañana.
Tras el informe de un equipo de vuelo de un incidente de vibración, una comparación con incidentes reportados previamente en el avión o flota específica puede revelar la causa del problema de inmediato. Un primer paso importante es revisar las cartas de servicio del fabricante de la aeronave que contienen un compendio de vibraciones reportadas previamente. Cuando esto no sugiere un problema obvio, la siguiente acción debe ser una inspección cuidadosa de todo el avión.
Las superficies de control, los spoilers y las aletas deben verificarse para ver si hay juego libre y aparejos correctos.
Las puertas y los paneles de acceso no deben estar flojos ni fuera de contorno.
Las puertas del tren de aterrizaje deben verificarse para asegurarse de que estén debidamente aseguradas y protegidas con el equipo retraído.
Para continuar la verificación de los sistemas de control, las superficies de control primero deben examinarse en posiciones neutras y desplazadas. Luego, los sistemas de control deben energizarse y el borde posterior de las superficies de control asociadas debe revisarse en busca de traqueteos y posibles daños en los rodamientos. Si se puede detectar una oscilación sostenida, se debe verificar el desgaste del enlace y el reemplazo de la unidad de control de potencia en el sistema.
Cuando los controles en tierra no logran aislar la causa de la vibración, la investigación debe extenderse a un control de vuelo sin ingresos. Si no se puede determinar la causa después de que se hayan tomado todas las acciones de mantenimiento recomendadas, se debe contactar al fabricante de la aeronave para una disposición adicional.
La vibración sucede. Las vibraciones tienen una causa. Todo lo que necesita es buenos ingenieros para encontrar las causas y corregirlas.