Análisis y simulación de los efectos de fatiga en la estructura del helicóptero UH-60 308

Analysis and simulation of fatigue effects on the structure of the UH-60 308 helicopter

El  presente  es  producto  de  la  investigación  “Estudio  de  las  maniobras  operacionales  para  la  detección de fatigas estructurales en el helicóptero UH-60”, desarrollado a través del proyecto de Colciencias 56742,  en  el  Centro  de  Desarrollo  Tecnológico  Aeroespacial  para  la  Defensa  –  CETAD  de  la  Fuerza  Aérea  Colombiana,  durante  2017 al 2019.Objetivo:  El  objetivo  del  proyecto  fue  diseñar  y  desarrollar  un  sistema  que  permitiera  estudiar  los  esfuerzos  que generan las maniobras operacionales y que pueden ocasionar fatigas estructurales en el frame 308 de la aeronave UH-60. Metodología:  El  proyecto  se  basó  en  la  integración  de  datos  de  la  instrumentalización  del  marco  308  que  detectan la tensión y las vibraciones sufridas por el helicóptero, para el desarrollo de la simulación y el análisis. Resultados: En primera instancia la recolección de datos sincronizados con las maniobras de vuelo, identificando los esfuerzos que se generan en cada posición, lo que permitió establecer los rangos de las maniobras operacionales, lo cual ayuda a representar cargas de la viga. Conclusiones: En este proyecto se integró en la aeronave una serie de sensores y dispositivos de adquisición e grabación de datos con el fin de encontrar aquellas maniobras que generen esfuerzos en la viga 308, partiendo del uso de los manuales del fabricante y de los procesos de ingeniería.

1. INTRODUCCIÓN

Las aeronaves pueden ser modificadas o tener instalaciones como cámaras, grúas, radares, etc. instaladas por el fabricante de la aeronave para funciones específicas. Estas modificaciones pueden afectar a los cálculos aerodinámicos iniciales, al uso, a la vida útil y a otros factores como la selección de materiales. Estas modificaciones pueden dar lugar a una vida útil diferente para uno o más componentes. Estas modificaciones deben tenerse en cuenta en los procesos de mantenimiento, supervisión y hoja de vida de las aeronaves.

Este documento describe el desarrollo de una simulación de alta precisión para caracterizar el bastidor 308 de un UH-60 que, en algunos casos, se ha agrietado. Este procedimiento ha sido desarrollado por la Fuerza Aérea Colombiana para caracterizar la pieza y los esfuerzos sufridos durante la operación de la aeronave. El modelo de simulación se utilizará como parte de un proceso de mantenimiento preventivo, predictivo y de seguridad aeronáutica. La simulación utilizó elementos finitos extendidos (XFEM). En ella se analizaron el agrietamiento estructural y la fatiga en la viga principal. El material se caracterizó mediante la norma ASTM-E8 y las probetas se ensayaron con equipos de tracción. Estos dos métodos aportaron una cantidad significativa de información sobre el material del avión.