Liquidos penetrantes

JORNADAS SAM/ CONAMET/ SIMPOSIO MATERIA 2003

07-06

ANÁLISIS DE FALLA DE HÉLICES DE PASO FIJO
V.E. Fierro , P. Ratto , F.R. Agüera , H.N. Alvarez Villar , y A.F. Ansaldi
a a/b a a/b a/b a

CITEFA, Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas de las Fuerzas Armadas, Juan Bautista de Lasalle 4397 (1603), Bs. As, Argentina. vfierro@citefa.gov.ar b UdeMM, Universidad de la MarinaMercante, Rivadavia 2258 (1034), Cap. Fed, Argentina. faguera@citefa.gov.ar.

Debido al desprendimiento en vuelo de las punteras de hélices de paso fijo, se realizó un análisis de falla. Se analizó el material base, su composición, características metalúrgicas y propiedades mecánicas. Se estudiaron las superficies de fractura. Se analizaron las tensiones actuantes y su perfil en el tiempo.Finalmente se estableció la causa de la falla. La fractura ocurrió por fatiga, iniciada en marcas de impactos sobre las hélices en zonas críticas respecto de la concentración de tensiones alternativas. Palabras claves: análisis de falla, fatiga, hélice

1. INTRODUCCIÓN A solicitud de la Junta de Investigaciones de Accidentes de Aviación Civil se realizó un análisis de falla sobre dos hélices de paso fijoque fallaron en vuelo. El interés radica en que ambas hélices correspondían al mismo fabricante y modelo, montadas sobre motores similares en distintos aviones. La falla de la hélice es de gran peligrosidad pues produce un desequilibrio del motor del avión que puede ocasionar la rotura de los soportes con desplazamiento del motor, fuerte vibración, corte de tuberías, choque de pala o susfragmentos contra las alas, pérdida de control y peligro de incendio inmediato. Las hélices están sometidas a tensiones variables periódicamente, el número de ciclos de trabajo es relativamente elevado y puede haber causas que provoquen la concentración de tensión en algunos sitios ya sea por problemas de diseño, estados de vibración, defectos del material u otras causas externas; todo esto las hacesusceptibles al fenómeno de fatiga. En particular, en la acción de un motor a explosión sobre una hélice hay excitaciones de naturaleza mecánica debido a la intermitencia de los impulsos motrices. También se producen excitaciones externas de naturaleza aerodinámica producidas por los cambios en el ángulo de ataque del viento relativo a la pala durante el vuelo; las más importantes ocurren en eldespegue y el aterrizaje. Estas solicitaciones ejercen vibraciones forzadas en flexión en la pala de la hélice y es problema de diseño que éstas puedan acoplarse en resonancia con los modos fundamentales de la pala. La existencia de concentradores de tensión no contemplados en el diseño puede generar la aparición de problemas. Es objeto del trabajo establecer las causas de las fallas y brindarrecomendaciones al respecto.

Las hélices, en adelante A y B, tienen un diámetro de 193,04 cm (76”) y las fracturas ocurrieron a 61 y 82 cm, respectivamente, medidos desde el centro (Fig. 1). Las superficies del intradós de las hélices mostraban gran cantidad de pequeños impactos La hélice A presentaba lejos de la zona de fractura marcas y rayas de apariencia reciente probablemente generadas durante elaccidente o en el posterior desmonte y traslado, pero además tenía, cercana a la zona de la fractura, una marca de impacto opaca y sucia que evidenciaba cierta antigüedad (Fig. 2) .

Figura 1. Vista de la hélice B al momento de recibirla

2. DESARROLLO 2.1 Ensayo no destructivo 623

Figura 2. Detalle de un impacto cercano a la superficie de fractura. Nótese la presencia de partículas sueltasen su interior. Hélice A, 2x.

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La gran cantidad de impactos pequeños es provocada comúnmente por la absorción por parte de la hélice, de guijarros y partículas presentes en las pistas de aterrizaje. Esta condición de las pistas, si bien no recomendada, es bastante común en aeródromos pequeños de nuestro país. Se realizó entonces un...