ELAVION

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EL AVION: DISEÑO, FABRICACION Y MANTENIMIENTO
Fabricando aviones fiables
Que los aviones nos transporten con seguridad no es sólo responsabilidad de los pilotos, o de los técnicos que se encargan del mantenimiento y las reparaciones, o de los controladores aéreos, sino que se debe a la interrelación que existe entre las numerosas áreas que intervienen en la cadena de seguridad que sostiene al transporte aéreo.
El panorama actual de fabricantes de aviones comerciales presenta, debido a la importante barrera de entrada de alta tecnología que existe, una situación de competencia entre los dos grandes fabricantes: el consorcio europeo Airbus y la empresa norteamericana Boeing. Hay otras muchas empresas constructoras, pero su nivel tecnológico o de producción se encuentra muy por detrás de éstas.
Pero al margen de la competencia comercial que existe entre estos fabricantes, lógica por otro lado, ambos comparten un interés común en sus respectivas estrategias al centrar sus actividades de investigación, diseño y fabricación en garantizar la máxima fiabilidad de sus aviones, ya que de ello dependerá la seguridad que proporcionen durante su vida operativa.
Creo no exagerar si afirmo, que ninguna otra industria relacionada con el transporte es objeto de procesos tan exhaustivos para su diseño, fabricación y mantenimiento como la industria relacionada con el transporte aéreo, lo que no evita que, de vez en cuando, se produzcan fallos, algunos incluso insospechados.
1. Consideraciones de diseño
Cuando un fabricante decide iniciar la producción de un nuevo modelo de avión, junto a conocer la opinión de las compañías aéreas respecto a sus necesidades, analizar la evolución del precio del combustible, las restricciones ambientales impuestas por el ruido y otros problemas asociados con el medio ambiente -sin olvidar cualquier mejora que hubiera introducido en sus aviones la competencia-, se incorporan mejoras que hagan más seguro el avión.
Los aviones se diseñan y construyen para poder salir airosos de situaciones complicadas, tanto desde el punto de vista de maniobras propias del vuelo, como ante meteorología adversa. Hasta cierto límite, por supuesto. También hay que contar con la pericia de los pilotos.
Durante la fase de diseño, el primer condicionante con el que se trabaja es la seguridad. De ahí, que el compromiso sea garantizar que la probabilidad de que un solo fallo tenga efectos catastróficos para el avión sea de uno entre mil millones, es decir, extremadamente remota. De ese modo, prácticamente se garantiza que una situación de ese tipo no debería aparecer en toda la vida operativa de un modelo de avión, 25 ó 30 años, e incluso más. De todas formas, que ese sea el objetivo no quiere decir que en realidad se cumpla.
Los pilares sobre los que se asienta la fiabilidad de un avión son:
– La redundancia de sistemas críticos
– La robustez de la estructura, así como su resistencia frente a los efectos de la fatiga de los materiales y de tolerancia a los daños externos.
– La fiabilidad de funcionamiento de los sistemas.
– La efectividad de los sistemas de aviso y de detección de anomalías.
– El establecimiento de intervalos de mantenimiento programado, que garantice la detección a tiempo de cualquier problema.
– La mejora continua durante los años que dure la fabricación de cada modelo de avión.
Gracias a esta forma sistemática de trabajo los aviones actuales son muy fiables. De ahí, la evolución meteórica experimentada por la industria del transporte aéreo.
2. La cabina de los pilotos
Una de las prioridades en el diseño de aviones se centra en la cabina de los pilotos y en la interacción de estos con los instrumentos y mandos de vuelo, lo que se conoce como ergonomía. Es la relación hombre-máquina.
En este aspecto, el desarrollo de ordenadores, programas informáticos específicos y monitores de video, ha permitido sustituir los tradicionales instrumentos analógicos por pantallas multifunción y aumentar la fiabilidad de los sistemas, mejorando de ese modo la gestión de la información en cabina.
Siguiendo el principio de redundancia, cada avión se diseña en la actualidad de modo que, en caso de que alguno de sus equipos y sistemas falle, otro asuma sus funciones. Así, instrumentos de vuelo como los indicadores de velocidad y altitud, el horizonte artificial, los sistemas de comunicaciones y otros, se encuentran, incluso, por triplicado en la cabina de los pilotos. Además, entre otras mejoras llevadas a cabo se han sustituido numerosos avisos luminosos y acústicos por voces sintéticas -generalmente en inglés-, que llaman la atención de la tripulación sobre las incidencias que tienen lugar.
3. La estructura del avión
En la actualidad, el concepto clave en el diseño y fabricación de aviones es la reducción de peso. Gracias al aluminio y a su aleación con otro metal aún más ligero como el magnesio y a los materiales compuestos como la fibra de carbono, ha sido posible aumentar el tamaño de los aviones sin comprometer su peso. Dos buenos ejemplos son el Boeing 787 y el Airbus 380, aviones que cuentan con una elevada cantidad de piezas fabricadas con materiales compuestos.
Con este tipo de materiales ligeros y resistentes se consigue aumentar la resistencia estructural del avión al tiempo que se reduce su peso, lo que se traduce a nivel operativo en menor longitud de pista necesaria para despegar o aterrizar, menor consumo de combustible y menor ruido generado por sus motores.
Por otra parte, esta reducción en el peso también ha hecho posible triplicar y cuadruplicar muchos sistemas importantes y, con ello, reducir la probabilidad de un fallo total de sistemas críticos. De ese modo, los fallos simples, e incluso dobles, no deberían causar incidencia reseñable en cuanto a la seguridad de vuelo.
Con independencia de los materiales que se utilicen, la estructura de un avión debe diseñarse para soportar ciertas cargas máximas. Las alas, por ejemplo, deben soportar cargas de aproximadamente 3g -tres veces el peso del avión [16]– y cargas de rotura de 4,5g, límite hasta el que no se permiten deformaciones estructurales ni roturas.
Estas cargas máximas de diseño se espera que ocurran, como mucho, una vez durante la vida operativa del avión, mientras que las cargas menores debidas a volar en turbulencia y ejecución de maniobras de vuelo pueden producirse miles de veces.
En vuelo, son las alas las que aguantan todo el peso del avión, por lo que tienden a curvarse hacia arriba por un efecto combinado del peso y la sustentación -véase la foto-. Lo contrario sucede cuando el avión está en tierra: las alas sólo soportan su propio peso -y el combustible que albergan sus depósitos-, por lo que se suelen doblar muy ligeramente hacia abajo. En el caso del Airbus 380, cuyo peso al despegue es de unos 500.000 kilos, estaríamos hablando de 2,5 millones de kilos que deben soportar las alas sin deformarse permanentemente, ni romperse.
Además, la propia estructura del avión debe ser también capaz de soportar un gran número de variaciones de carga a lo largo de su vida operativa. Por ejemplo, el estabilizador horizontal del Boeing 787 es capaz de soportar un 150% de la carga aerodinámica máxima que pueda encontrar en vuelo. Esas variaciones de carga que se producen al despegar y aterrizar, al maniobrar y al volar en turbulencia, originan minúsculas grietas que, si se permite que crezcan más allá de las tolerancias calculadas, pueden originar fallos estructurales por fatiga del material, incluso con la aplicación de cargas mucho menores que las máximas calculadas durante el proceso de diseño. Lo que lleva, a que por sistema el manual de mantenimiento del avión marque bloques de horas de vuelo tras los cuales es necesario hacer un examen exhaustivo de la estructura, cuestión esta que se aborda en el capítulo 8.
4. El aluminio, clave en la construcción de los aviones modernos
Una combinación de ligereza, resistencia y alta conductibilidad eléctrica y térmica, es la propiedad que convirtió al aluminio y sus aleaciones en un material clavepara la construcción de aviones, automóviles, o motores de combustión interna, entre otras muchas aplicaciones. Y es que un volumen dado de aluminio pesa menos que un tercio del mismo volumen de acero. Los únicos metales más ligeros son el litio, el berilio y el magnesio.
Por otro lado, sólo presenta un 63% de la conductividad eléctrica del cobre para alambres de un mismo grosor, pero pesando menos de la mitad. Esto significa, que un alambre de aluminio de conductividad comparable a uno de cobre es más grueso, pero sigue siendo más ligero. Todo esto tiene su importancia en el caso del transporte de electricidad de alta tensión -700.000 voltios o más- alarga distancia para lo que, precisamente, se utilizan conductores de aluminio.
5. El tren de aterrizaje
Es uno de los elementos más críticos del diseño de un avión, ya que debe soportar impactos muy fuertes durante el aterrizaje. Además, para frenar con seguridad se idearon frenos de disco de carbono y sistemas antibloqueo de ruedas -ABS- que luego fueron exportados a los vehículos que conducimos, e incluso, al ferrocarril. Por otro lado, en vez de utilizar ruedas muy grandes para soportar grandes pesos, se opta por patas con varios ejes y múltiples neumáticos a las que se llama boggies, disposición que permite repartir mejor el peso entre todas las ruedas y evitar incidencias en caso de un pinchazo o reventón de alguno de sus neumáticos.
Tren de aterrizaje principal del Airbus 340 y del ATR 72.
6. Los motores
Un dato que tienen muy en cuenta los diseñadores a la hora de elegir los motores para un nuevo modelo, es el peso total que tendrá el avión en el momento del despegue -peso propio+pasajeros+carga+combustible-, ya que estos deben ser capaces de generar, al menos, una fuerza -toneladas de empuje- equivalente entre la tercera y la cuarta parte del peso total del avión para conseguir moverlo, acelerar, contrarrestar la resistencia al avance del aire y alcanzar la suficiente velocidad para que las alas generen la sustentación necesaria para despegar. Por ejemplo, en un avión comercial con capacidad para 100 pasajeros y 50 toneladas de peso, cada uno de sus dos motores necesita generar ocho toneladas de fuerza. Mientras que en el caso del A380, cada uno de sus cuatro motores tiene que generar unos 35.000 kilos de empuje x 4 = 140.000 kilos para poder mover un peso aproximado de 560.000 kilos, la cuarta parte del peso.
Por otro lado, sin el desarrollo y evolución que ha experimentado el motor a reacción el propio avance del transporte aéreo no habría sido posible. Un ejemplo lo encontramos en el motor a pistón del DC-3, que necesitaba una revisión cada 500 horas de vuelo, mientras que el motor de un Boeing 767 debe ser revisado cada 30.000, lo que da idea de la fiabilidad de uno y otro. Fiabilidad que se debe, entre otras cosas, a que los materiales con los que está construido pueden soportar miles de horas de funcionamiento a temperaturas enormes sin deteriorarse.
Otro aspecto que también ha evolucionado ha sido el aumento de su diámetro, cuya consecuencia inmediata es una drástica disminución del ruido generado debido a la reducción de la velocidad de los gases de escape.
A todos nos sorprende la aparente facilidad con la que los grandes aviones comerciales adquieren velocidad en la pista y, en menos de un minuto, elevan en el aire sus varios cientos de toneladas. En esos momentos, cada uno de los motores, por ejemplo de un Boeing 747, desarrolla un empuje de casi 30 toneladas. Empuje, cuya mayor parte del esfuerzo es soportado por el gran rotor de casi tres metros de diámetro que se aprecia al observar al motor de frente. Se conoce como fan -ventilador-.
El desarrollo y producción de estos motores es una labor muy especializada por parte de las empresas fabricantes. La competencia es dura y todas pretenden conseguir diseñar el motor más eficiente que proporcione el mayor empuje con el mínimo consumo de combustible, ya que este incide de forma decisiva en los costes operativos de las compañías aéreas. El aspecto clave es el desarrollo de materiales más resistentes a los esfuerzos y a la fatiga, más ligeros y que toleren altas temperaturas sin perder sus cualidades. Un motor turbofán como el desarrollado para el Airbus A380, absorbe durante su funciona miento en vuelo 1,2 toneladas de aire en cada segundo gracias al ventilador. El 87% de este aire es impulsado directamente hacia atrás, como lo haría una hélice, mientras que el 13% restante se comprime y se mezcla con el combustible para producir, tras el paso por varias etapas, la energía suficiente para mover a gran velocidad el fan.
Banco de pruebas de motores.
Y cuanto mayor sea el diámetro del fan, la relación de compresión del aire y la temperatura en la cámara de combustión, tanto más eficiente será el motor. El problema, es disponer de los materiales que resistan esos esfuerzos y temperaturas.
Los fans se fabrican de una aleación de titanio. Sus palas no son macizas, sino huecas y rellenas por un entramado de soportes a modo de panal de abeja. Llama la atención que sean de una pieza, sin remaches ni soldaduras, y que estén unidas al disco central también sin soldaduras. La razón se debe a una propiedad física de ciertas aleaciones conocidas como superplásticas.
La superplasticidad, es un curioso fenómeno que tiene lugar incluso en las aleaciones más duras y resistentes que se conocen. Pongamos como ejemplo al titanio, un metal ligero pero muy duro y resistente aún a temperaturas muy altas. Sin embargo, al alearlo con un 6% de aluminio y un 4% de vanadio se hace extremadamente dúctil entre 900 y 950 grados centígrados, muy por debajo de su punto de fusión de 1.600 grados. Horquilla de temperatura en la que la aleación se deja moldear como si fuera plástico. Sin perder su dureza, la aleación puede ser estirada a más de quince veces el tamaño original y piezas diferentes pueden ser unidas por simple presión.
La explicación científica de esta curiosa propiedad no es simple, porque nace de la compleja dinámica de los átomos que conforman la aleación. En la actualidad, la mitad de un motor de avión está constituido por aleaciones superplásticas, y la tendencia es a construirlo íntegramente con este tipo de materiales. Una curiosidad, que he creído oportuno contarle por si quiere presumir ante sus amistades.
7. De la fabricación al vuelo en línea
Todas las aeronaves, piezas y equipos aeronáuticos que se fabrican en los países miembros de la Unión Europea, deben construirse conforme a las mismas normas técnicas, y validarse siguiendo un único sistema de certificación definido por la Agencia Europea de Seguridad Aérea, EASA. De este modo, se garantiza la homogeneidad en todos los aviones fabricados en Europa.Hay poco más de dos docenas de países cuya industria tenga la capacidad de diseñar y fabricar aviones. El resto, suele reconocer los certificados de tipo [17] emitidos por la autoridad aeronáutica norteamericana -FAA- y la Agencia Europea de Seguridad Aérea ya mencionada.
Montaje del Airbus A380
Pero antes de que se emita un certificado de tipo, e incluso antes de que se inicie la producción del avión, la autoridad aeronáutica debe validar el diseño desde el punto de vista del cumplimiento de las normas de aeronavegabilidad [18] establecidas por esos organismos.
El proceso para la certificación de tipo conlleva un extenso programa de pruebas, entre las que destacan:
– Pruebas estructurales y de fatiga de material.
– Pruebas de vuelo.
– Pruebas de evacuación de la cabina de pasajeros en caso de emergencia
El objetivo de este proceso, es que durante el mismo se verifique que la concepción del avión se ajusta a las normas en vigor, que cumple las características de vuelo recogidas en el diseño, así como los requisitos respecto de la resistencia de materiales, de la estructura, de los motores o de los equipos de a bordo.
8. El programa de pruebas
Un programa de pruebas requiere la construcción de varios prototipos. Cada uno de ellos será dedicado a cubrir apartados específicos del programa. Si no secontara con un prototipo -o varios- y se construyera directamente el avión de serie, es muy probable que se produjeran problemas, algunos impredecibles, lo que llevaría a numerosas modificaciones del avión de serie, a un aumento del coste del proyecto y a riesgos para los pasajeros. Por esta razón, es necesario llevar a cabo varios miles de horas de vuelo de pruebas del prototipo o prototipos para verificar y ajustar los datos de funcionamiento calculados durante el proceso de diseño, así como de las modificaciones que se vayan introduciendo en el modelo. Finalizada esta fase, se llega al diseño final del avión de serie, al proceso de producción y a las pruebas de certificación exigidas por la autoridad aeronáutica.
Una parte de las pruebas se realiza en tierra sin necesidad de despegar, como las de flexión de las alas y de fatiga del material.
9. Pruebas de fatiga estructural
Durante las pruebas estructurales y de fatiga a las que se somete un avión, se realizan estudios para verificar, entre otras, las cargas máximas que podrá soportar durante el despegue, en vuelo y durante el aterrizaje, así como las fuerzas y las deformaciones que la estructura es capaz de soportar.La filosofía de diseño respecto a la fatiga estructural debe asegurar, que durante la vida operativa del avión y ante cualquier circunstancia que este pueda encontrar, las posibles fisuras que puedan surgir no lleguen a un tamaño crítico sin ser detectadas. De modo, que durante las pruebas de certificación se presta atención especial al comportamiento estructural sometiendo al avión a condiciones de fatiga.
Pruebas de resistencia de las alas en un Boeing 787
Llaman mucho la atención por su espectacularidad los ensayos de fatiga a los que se somete el ala del avión, que imitan los ciclos de vuelo a los que se va a ver expuesta -despegue, vuelo y aterrizaje, así como otras posibles circunstancias como turbulencias o aterrizajes forzosos- para asegurar que las posibles grietas que se creen no alcancen un tamaño crítico.
En esta prueba, actuadores mecánicos someten al ala a carga y descarga sucesivamente durante un elevado número de ciclos, que llega a alcanzar un valor cercano al que se espera que haga durante su vida operativa.
Llegado el momento, se producen grietas a propósito y se sigue flexionando arriba y abajo para estudiar su comportamiento. También se verifica su velocidad de propagación con objeto de establecer los intervalos de inspección adecuados, que garanticen su detección durante la vida operativa del avión.
Con los resultados de los ensayos, los fabricantes desarrollan mecanismos de detección de fisuras que aseguren que estas nunca pongan en peligro la seguridad del avión.
10. El vuelo de prueba
Con el vuelo de prueba se pretende comprobar las cualidades generales de manejo del avión, sus características operativas y el funcionamiento de los sistemas, tanto en la operación normal, como en caso de fallos y condiciones extremas. Este tipo de vuelo lo llevan a cabo expertos pilotos de pruebas.
Cuando un avión sale del hangar donde se ha montado para realizar su primer vuelo, será el primero de una serie dentro del programa de pruebas que se combinará con otras actividades de experimentación y análisis en tierra. Como ya se ha expuesto, esas pruebas deben demostrar que el avión cumple con las normas para poder ser certificado y declarado apto para la operación. Durante todo el proceso, los datos que se vayan obteniendo se trasladan al departamento de diseño para que realice las correcciones y mejoras necesarias.
11. Condiciones de las pruebas
Al avión se le realizan, entre otras, las siguientes pruebas:Se le expone a situaciones meteorológicas adversas, lo que lleva a someterlo a temperaturas extremas que pueden oscilar desde 45 grados bajo cero hasta 50 grados sobre cero, durante las cuales se comprueba el correcto funcionamiento de sistemas esenciales como: motores, frenos y navegación, entre otros. Y a volar atravesando tormentas para comprobar cómo se comporta el avión en condiciones de fuerte turbulencia, ante fuerzas “g” negativas, así como el funcionamiento de los sistemas antihielo.
También se le somete a operaciones en pistas a altitud elevada, como la del Aeropuerto de La Paz, en Bolivia, que se encuentra a 4.000 metros de altitud.
Otra prueba consiste en hacer aterrizar al avión en una pista mojada para verificar su capacidad de frenada. Y otra con fuerte viento cruzado, en la que se verifica su maniobrabilidad y estabilidad. Los aviones de gran capacidad que se fabrican hoy, son capaces de aterrizar en condiciones de viento cruzado de hasta 100 km/h. Y deben hacerlo con una desviación máxima respecto del eje de la pista de poco más de cinco metros.Por el peligro que supone para los motores la ingestión de agua, se somete al avión a aterrizajes en pistas inundadas para verificar que el diseño aerodinámico del avión, así como el del tren de aterrizaje, impiden la entrada de agua en los motores.
Airbus 340 probando en vuelo un motor del Airbus 380.
También está la prueba de despegue abortado. Esta prueba, consiste en comprobar la respuesta del avión con el peso máximo al despegue ante la posibilidad de tener que realizar una frenada de emergencia en caso de que el despegue sea abortado justo antes de alcanzar la velocidad de decisión V1. Para ello, se instala al prototipo un sistema de frenos manipulado para que sus condiciones de funcionamiento se correspondan con las que tendría al 90% del máximo desgaste permitido y se somete al avión a una frenada máxima.
El objetivo de la prueba pretende comprobar, que tras la frenada máxima el sistema de frenado no se incendia, ni genera daños graves al avión.
12. Pruebas de evacuación en emergencia
Otro importante bloque de pruebas incluye las relacionadas con la evacuación de la cabina de pasajeros en caso de emergencia. Para superar esta prueba, el avión debe ser desalojado por completo por los pasajeros y la tripulación en menos de 90 segundos -tiempo establecido en las normas-, en la oscuridad de la noche, con la mitad de las salidas de emergencia bloqueadas, y con bultos de equipaje y otros obstáculos colocados en los pasillos y vías de evacuación. El interior del avión solamente puede estar iluminado con la iluminación de emergencia [19].
13. Vuelo de evaluación de rutas
Otra prueba a la que se somete al avión con objeto de verificar la funcionalidad y fiabilidad de las condiciones para el pasajero, es la que simula un vuelo de línea con pasaje -generalmente empleados del fabricante- representativa de las características comerciales objetivo y con un tiempo de vuelo similar al que luego se hará en una operación habitual. En ella, se comprueba el correcto funcionamiento de todos los sistemas del avión, prestando especial atención a los aspectos de la cabina de pasajeros, como los sistemas de ventilación, la temperatura, los niveles de ruido, el funcionamiento de los aseos, etc. Esto da la oportunidad de corregir posibles deficiencias y realizar mejoras.
14. Compatibilidad de infraestructuras
Señalar por último, que en el caso de que el nuevo avión suponga de algún modo una innovación, como lo fue en su día el Boeing 747 y en la actualidad el Airbus 380, se realizan pruebas para verificar su compatibilidad con las infraestructuras aeroportuarias. Durante estas pruebas, los nuevos aviones realizan vuelos de visita a una serie de aeropuertos de todo el mundo, en los que se comprueba su compatibilidad con los servicios ofrecidos por los aeropuertos como: handling, abastecimiento de combustible, fingers, etc.
Todas estas pruebas pueden llegar a suponer, para el caso de los aviones de largo recorrido de última generación, más de 2.400 horas de vuelo a lo largo de más de 700 vuelos.
Por otro lado, una vez que el avión ya esté operando con una compañía aérea, si esta detecta alguna deficiencia inmediatamente la pone en conocimiento de la empresa fabricante, que se encargará de avisar al resto de compañías aéreas que tengan en su flota aviones del mismo modelo. Al mismo tiempo,se iniciará un proceso de análisis para averiguar la causa de la deficiencia, hallará una solución y, finalmente, la difundirá a todos sus clientes para que la corrijan.
15. Cuidamos de su avión, cuidamos de usted
Un moderno avión de transporte de pasajeros es una máquina muy compleja y sofisticada que requiere de una cuidada fabricación y de un exquisito mantenimiento para garantizar su perfecto funcionamiento. Esas son las razones que han llevado a los altos niveles de seguridad alcanzados por la aviación actual y a su consiguiente éxito. Por tanto, como son muchas las cosas que pueden fallar, no nos engañemos, antes de que un avión se considere disponible para realizar su misión, un numeroso grupo de profesionales especializados debe haber trabajado en tierra acumulando en él muchas horas de trabajo con objeto de garantizar su correcto funcionamiento [20].
Ese trabajo se basa en los planes de mantenimiento que cada fabricante elabora para los modelos de aviones que fabrica, que son incorporados a los manuales técnicos, en los se especifican en detalle cómo se deben realizar las operaciones de mantenimiento por parte de las compañías aéreas. Junto al programa de mantenimiento, los fabricantes también proporcionan a las compañías aéreas una Lista de Equipo Mínimo o Minimum Equipment List, MEL, en la que se recogen, entre otros aspectos, las condiciones mínimas que debe cumplir un avión para poder operar. Además, cada avión cuenta con un “libro de diferidos” en el que se recoge el tiempo máximo que puede demorarse una reparación cuando la anomalía no se considera importante. Luego, las compañías aéreas pueden introducir más restricciones a estas listas, pero nunca menos. Plan de mantenimiento, manual técnico, MEL y libro de diferidos, deben ser aprobados por la autoridad aeronáutica de cada país, que en el caso español es la Dirección General de Aviación Civil.
Hay dos tipos de mantenimiento: programado y no programado.
El mantenimiento programado, tiene como finalidad mantener el avión en condiciones óptimas de vuelo en base a una programación de carácter preventivo que debe ajustarse a las especificaciones dadas por el fabricante, servirse de la información proporcionada por otras compañías aéreas usuarias de los mismos aviones y por las circulares técnicas y directivas de seguridad que emita la Agencia Estatal de Seguridad Aérea.Se divide en tres categorías, que cubren inspecciones cuyos intervalos y tareas van siendo progresivamente más extensas: mantenimiento en línea, mantenimiento menor y mantenimiento mayor.
16. Mantenimiento en línea
Se suele realizar en el mismo aparcamiento y está integrado por tres inspecciones: diaria, tránsito y revisión.
17. Diaria
Antes de la salida del primer vuelo del día, un técnico de mantenimiento lleva cabo una revisión en el mismo aparcamiento para verificar el estado general del avión: posibles daños en fuselaje y alas que pudieran haberse producido durante el tiempo que ha estado aparcado, así como de indicadores, registros, conectores, etc., de todos los servicios que se hayan conectado al avión desde que llegó al aeropuerto. Estado de ruedas y frenos, extensión de los amortiguadores de los trenes de aterrizaje, comprobación de niveles de aceite, hidráulico, presión de oxígeno del sistema auxiliar y revisión del equipo de emergencia de a bordo.
18. Tránsito
Antes de cada vuelo y lo más cerca posible de la salida, se debe llevar a cabo una inspección exterior con el fin de comprobar de nuevo el estado general del avión: posibles daños en fuselaje, tren de aterrizaje y alas, que pudieran haberse producido durante el vuelo o durante la escala. También se comprueba que los registros y conectores de todos los servicios que se han conectado al avión en la escala, como combustible, aguas residuales, electricidad, etc., están correctos para el vuelo.
19. Revisión
Cada cien horas de vuelo se comprueban todos los aspectos relacionados con la seguridad, se corrigen posibles anomalías y se realiza una puesta a punto completa al avión.
20. Mantenimiento menor
Consiste en una inspección alrededor del avión, la revisión de algunos elementos específicos y la corrección de aquellos que lo necesiten. Está integrada por tres inspecciones:
Revisión A: incluye una inspección general de sistemas, componentes y estructura, tanto desde el interior como desde el exterior, para verificar su estado.
Revisión B: de mayor entidad que la anterior, en ella se comprueba la seguridad de sistemas, componentes y estructura, se realiza una puesta a punto al avión y se corrigen los elementos que lo precisen.
Revisión C: se trata de una inspección completa y extensa, por áreas, del interior y del exterior del avión, incluyendo los sistemas, las instalaciones y la estructura visible.
21. Mantenimiento mayor
Se trata de la Revisión D, también conocida en el argot profesional como “Gran parada” y, ya que se trata de la más completa y meticulosa que se puede realizar a un avión en la que se pueden llegar a emplear varios meses, en ella se incluyen trabajos como el decapado completo de la pintura exterior [21], el desmontaje y revisión de los motores, del tren de aterrizaje, de las superficies de control de vuelo como timones, alerones o flaps, las rampas, asientos, sistemas hidráulicos, cristales de las ventanillas y todos los paneles de revestimiento interiores, tanto de las paredes como del suelo, sin olvidar centenares de kilómetros de cable. Después, se monta todo y se pinta. Y antes de que el avión vuelva a transportar pasajeros, se realiza un vuelo de prueba que estará a cargo de pilotos y técnicos especializados, que de forma exhaustiva y siguiendo las normas del fabricante, comprueban que el avión cumple con las especificaciones requeridas. Es como si el avión acabara de salir de fábrica con cero horas de vuelo. Como nuevo.
“Gran parada” de un Airbus 320 de Iberia y fase de pintura posterior
Este tipo de mantenimiento en el caso de un Airbus 340 se realiza cada 10 años, pudiendo estar en esta fase varios meses durante los que se emplean alrededor de sesenta mil horas de trabajo. El coste del proceso puede estar entre 4 y 5 millones de euros, de los que del 15 al 20 por ciento se emplean en la adquisición de piezas de repuesto [22].
Podría decirse, en fin, que en el historial de un avión deben figurar más horas de mantenimiento que de vuelo.
Para concluir, en España es la Agencia Estatal de Seguridad Aérea el organismo responsable de supervisar el programa de mantenimiento y de realizar periódicamente auditorías encaminadas a comprobar que no existan desviaciones de los procedimientos de mantenimiento establecidos.Asimismo, una vez comprobado que se han llevado a cabo todas las revisiones establecidas, es quien debe renovar cada año el certificado de aeronavegabilidad de cada avión.
NOTAS AL PIE:
[16] El peso, es la medida de la fuerza de atracción que ejerce la gravedad terrestre sobre un cuerpo. Si la fuerza de atracción se hace con una aceleración de 9,8 m/s2, se dice que la fuerza es 1g y será igual al peso del cuerpo.
Si la aceleración fuera el doble, la fuerza sería de 2g y su peso sería el doble y así sucesivamente.
Ejemplos de fuerza g:
– Al detectar una aceleración equivalente a 3g, se activan los airbags de los automóviles.
– Un caza en un viraje puede producir 7g.
– Un Fórmula 1 puede producir en una frenada 5g y 3g laterales en las curvas.
[17] La certificación de tipo de un nuevo diseño, es una responsabilidad que corresponde a la autoridad aeronáutica del país donde radica la empresa que diseña y fabrica la aeronave. Las autoridades aeronáuticas de aquellos países donde vayan a matricularse aeronaves de ese tipo, pueden optar por aceptar el certificado de tipo emitido, o bien realizar un proceso de verificación técnica o validación, tras lo cual expiden su propio certificado de tipo.
[18] Se define Aeronavegabilidad, como la situación de una aeronave que denota la mejor condición técnica para interactuar en el medio aéreo de forma segura.
[19] Si alguna de las puertasestuviese inoperativa la capacidad de pasaje del avión debe reducirse.
[20] Todo el personal que realiza labores de mantenimiento debe estar acreditado como Técnico especialista en Mantenimiento de Aeronaves, TMA, y todos los trabajos deben ser supervisados por un certificador, que ofrece la garantía de que el trabajo se ha hecho conforme a las normas establecidas.
[21] La razón de despojar al avión de la pintura, es revisar los paneles del fuselaje y los remaches que los unen. Una vez revisado el fuselaje, las alas y las superficies de mando, se inspeccionan con rayos X para comprobar si existen fisuras, se sustituyen los elementos necesarios, se monta todo de nuevo y se vuelve a pintar. El exterior de un Airbus 340 requiere alrededor de una tonelada de pintura.
[22] Debe verificarse que las piezas deterioradas y aquellas que han cumplido su ciclo de vida útil no vuelven a entrar en el circuito de la reparación de aviones. Esto se consigue con un riguroso control que puede, incluso, llegar a verificar la destrucción física de las piezas sustituidas.
NOTA: Este artículo pertenece al capítulo III del libro “Descubrir el viaje en avión”, publicado por el autor. ( Publicado aqui con su autorización expresa y con la de AENA Publicaciones )
CARGA ALAR
La carga alar de un avión es la masa que tiene que sustentar por unidad de superficie del ala, dadas las dimensiones de los aeromodelos, como unidad de masa se toma el gramo (g) y como unidad de superficie el decímetro cuadrado (dm2). En la aviación real se toman el kilogramo y el metro cuadrado. Hay que tener cuiadado al pasar de unas unidades a otras, todos sabemos que 1Kg=1.000g, pero cuidado con las medidas de superficie, ya que 1m2=100dm2 y no 10.
Por ejemplo: 34g/dm2 serán 3,4Kg/m2 (se divide entre 10), para la operación inversa, multiplicar por 10.
Una carga alar baja es sinónimo de vuelo lento, debido a que para generar una sustentación (superficie) igual al peso (masa), es necesaria menor velocidad y por el contrario una carga alar alta, necesitará mayores velocidades.
No se puede hablar de cargas alares bajas en términos aboslutos, por ejemplo: un velero Escuela de 2m con 40dm2 y 1.100g tendrá una carga alar de 27,5g/dm2 y ASG-29 de 4,8m con 87,7dm2 y 5.100g la tendrá de 58,15g/dm2. ¿El ASG es un velero de vuelo rápidísimo?
Lo que ocurre es que la carga alar y el tamaño (superficie alar) están relacionados, cuanto mayor el el avión, más carga alar necesita. Para ello se recurre al cociente de carga que es la carga alar dividida entre la raiz de la superficie alar.
Velero Escuela: 27,5/(raiz de 40)=4,35
Velero ASG-29: 58,15/(raiz de 87,7)=6,2
En la siguiente tabla están el rango de cocientes de carga, con su uso
	Velero térmico
	2 - 3
	Planeador
	4 - 5
	Entrenador
	6 - 8
	Acrobático
	9 - 12
	Carreras / Escala
	13 - 15
De lo cual se puede deducir que el velero Escuela es un planeador de vuelo lento aunque no es un velero térmico puro, mientras que el ASG-29 es un planeador que tendrá un vuelo mas rápido.
Como último ejemplo un velero real, el Horten-1 B de 12,4m con 21m2 y 210Kg, tiene una carga alar de 10Kg/m2, esto son 100g/dm2 y una superficie de 2.100dm2. Su cociente de carga es 2,18 que corresponde a un ligero velero de vuelo térmico.
La carga alar es un parámetro aerodinámico de una aeronave que consiste en que el peso está dividido entre el área del ala o de otra superficie de sustentación. Este parámetro condiciona directamente diversos aspectos del comportamiento aerodinámico del avión tales como su peso máximo de despegue, velocidad ascensional o radio de giro. Se expresa en kilogramos partido por metro cuadrado si bien, como muchas otras medidas aerodinámicas, es frecuente verla expresada en medidas americanas (libras entre pies cuadrados; lb/ft²).
Este valor oscila alrededor de 6 o 7 kPa para aviones comerciales y de 4 kPa para cazas modernos. Algunos diseños, no obstante, caen por debajo de estos valores, como por ejemplo los veleros (planeadores) o los paracaídas que tienen cargas alares de tan solo 0,5 kg/m², y por el contrario las superficies de sustentación de ciertos misiles los exceden ampliamente.
La superficie alar inferior de un avión genera sustentación cuando, gracias al empuje del motor, el aire que fluye por ambas superficies del ala genera una diferencia de presión entre la parte superior e inferior del ala (el intradós es la superficie inferior y el extradós la superficie superior). Por tanto un ala con una carga baja vuela con una diferencia de presión relativamente baja que le permite una mayor capacidad de sustentación para una velocidad del aire dada, lo que le proporciona en comparación con un avión de igual masa y mayor carga alar:
· Una menor velocidad de aterrizaje y despegue
· Una mayor capacidad de trepada (ascenso)
· Una menor velocidad de entrada en pérdida
· Una mayor capacidad de carga del avión y un mayor peso máximo de despegue
Por otra parte una carga alar menor implica un ala de mayor tamaño y más gruesa lo que a su vez causa un mayor rozamiento aerodinámico, lo cual combinado con la mayor sustentación causa que los aviones con menor carga alar requieren menos energía para mantenerse en vuelo que un aparato con carga alar mayor e igual masa pero a una velocidad de crucero menor.
Otro efecto de la carga alar se produce en los cambios de dirección horizontal. Cuando un avión cambia de dirección sobre el plano horizontal debe alabearse para compensar la fuerza centrífuga y al inclinarse las alas respecto al ángulo horizontal estas pierden fuerza ascensional produciéndose un descenso que debe ser compensado por el piloto aumentando el ángulo de ataque del aparato, todo lo cual causa una resistencia aerodinámica que frena al aparato, tanto mayor cuanto menor sea el radio de giro. Este freno debe compensarse con un aumento del empuje del motor. El mínimo radio de giro que puede mantener un avión sin perder altura ni velocidad se llama radio de giro sostenido y depende del tamaño del ala y la potencia del motor. Durante este aumenta la carga alar en proporción a la fuerza g causada por la fuerza centrífuga, lo cual hace que aviones con menor carga alar puedan tolerar incrementos mayores de esta antes de caer en pérdida y por tanto poseen radios de giro sostenido menores.
Por otra parte se denomina radio de giro instantáneo al radio mínimo que un avión puede alcanzar antes de perder sustentación. Este por su parte es menor en aviones con mayor carga alar ya que las menores dimensiones del ala y la mayor carga sobre las superficies de control le permiten reacciones más ágiles, que son las que se buscan en los aviones de caza en los que la pérdida de sustentación no es un grave problema dada la mayor potencia del motor en proporción al peso del aparato.
La estabilidad de un avión también se ve afectada por el nivel de carga alar ya que las turbulencias y cambios en la densidad del aire son más acusadas en aviones con alas relativamente grandes en relación a su masa, y por tanto con menor carga alar, en las cuales dichas turbulencias tienen más superficie para actuar y las diferencias de presión causadas por el vórtice son proporcionalmente más intensas. Por tanto para el vuelo a alta velocidad y baja altura (con aire más denso y potencialmente turbulento) es preferible un ala más pequeña y cargada en la que las variaciones de presión se harán notar menos.
La carga alar en el diseño aeronáutico[editar]
La carga alar es un parámetro difícil de determinar a la hora de diseñar un avión debido a la necesidad de alcanzar un equilibrio entre las ventajas e inconvenientes de cada opción. Esto es especialmente complejo en el diseño de aviones militares en los que las exigencias de uso son importantes y varían según las misiones y circunstancias de uso. Un factor añadido en este tipo de aeronaves de guerra es que conforme un modelo se va desarrollando a lo largo de los años tiende a ir ganando peso conforme se le añade nuevo equipo o se potencia el que tiene. El diseño de un ala es muy preciso y es difícil alterarlocuando un avión entra en producción por lo que aunque se le dote de motores más potentes si se incrementa el peso de un avión aumentará también la carga alar.
Una solución parcial a este problema se encontró con el desarrollo del ala de geometría variable tras la Segunda Guerra Mundial. Estas alas pivotan desde su base variando según las necesidades el ángulo del borde de ataque y (según ciertos diseños) la superficie alar y por tanto la carga alar entre otras muchas características. Este tipo de ala se reserva a aviones militares de elevadas prestaciones y tamaño medio o grande, tales como el F-111, Panavia Tornado, Tupolev Tu-22M o F-14. Este diseño, no obstante, está actualmente en desuso debido a la complejidad y el elevado peso de estos mecanismos y al desarrollo de nuevos sistemas de control de vuelo que eliminan parte de los inconvenientes de estabilidad de las alas convencionales en determinadas circunstancias.
Para reducir la carga alar en las maniobras de despegue y aterrizaje, especialmente en aviones grandes, se emplea un tipo de dispositivo hipersustentador denominado flap Fowler el cual se extiende desde el borde de fuga del ala incrementando así su superficie.
Un último enfoque para mejorar las características aerodinámicas de un avión consiste en confiar parte de la sustentación a zonas del fuselaje fusionadas con las alas como sucede en cazas como el F-16 o el Mikoyan MiG-29, aumentando la superficie sustentadora y permitiendo diseñar, bien una menor carga o bien un ala de igual carga pero más pequeña y por tanto con menor resistencia aerodinámica.
La carga alar en los animales voladores[editar]
Cuando se comenzó a estudiar de forma científica el vuelo de las aves, insectos y quirópteros se comprobó que en muchas ocasiones la masa corporal en relación a las dimensiones de las alas excedía los límites de carga alar aceptable que se habían determinado empíricamente. Esto era especialmente notable en insectos como el abejorro cuyo cuerpo rechoncho está sostenido por alas diminutas en proporción. No fue sino hasta que en los años 30 Harold Eugene Edgerton y otros científicos desarrollaron la fotografía estroboscópica que se pudo estudiar con precisión la aerodinámica animal. Se vio que al batir las alas los animales crean un vórtice que alivia la carga alar incrementando notablemente la sustentación. En las aves las plumas de la punta del ala se flexionan con el movimiento facilitando que se cree este vórtice.
El ave puede controlar la sustentación plegando el ala y reduciendo su superficie, aumentando así la carga alar, además de controlar otros parámetros como el ángulo de ataque o el flujo laminar mediante una estructura llamada álula. Aves más grandes como el buitre o el albatros, que han de volar largas distancias o largo tiempo, confían en alas de gran superficie con baja carga alar que les permiten sustentarse con muy poco gasto energético aprovechando las corrientes térmicas ascendentes de forma similar a los aviones de vela. Este tipo de ala es sin embargo difícil de batir y poco manejable.
El límite de carga alar para que un ave pueda volar se estima en unos 25 kg/m².