Accidentes, Aeronáutica general

Fan blade off: motores a prueba de explosiones

Hoy toca hablar de una de las pruebas más duras que se deben efectuar para lograr la certificación de un avión: el fan blade off. Este evento consiste en la rotura de una de las palas del fan del motor (entiéndase por fan ese gran ventilador). Cuando esto ocurre, el propulsor suele destruirse casi por completo, provocando unas sacudidas gigantescas que la estructura debe resistir. En este post hablaremos del origen de estas pruebas y explicaremos en qué consiste la rotura de la pala de un motor.

Pero para que todos nos situemos, aquí un vídeo que ilustra a la perfección este asunto:

El porqué de este tipo de pruebas

Impresionante, ¿verdad? La necesidad de certificar los motores ante fallos estructurales llegó en los 90 tras varios accidentes graves en los que la nacelle no fue capaz de mantener la integridad de la estructura. Los más notables fueron:

Vuelo 232 de United Airlines. Ocurrió en 1989, el motor de la cola de un DC-10 sufrió el desprendimiento de una de las palas del fan, que atravesó el carenado del motor y penetró el fuselaje. El destrozo fue máximo y los tres sistemas hidráulicos del avión fueron gravemente dañados, dejando al avión sin ningún control mecánico. A pesar de todo los pilotos consiguieron llegar a la pista en una maniobra magistral, utilizando únicamente las palancas de gas de los motores restantes para controlar el aparato. Como resultado del accidente, y a pesar de la destreza de los pilotos, 111 de las 296 personas que iban a bordo fallecieron.

Vuelo 1288 de Delta Airlines. En 1996 el propulsor izquierdo de un MD-88 falló durante el despegue. El fallo fue provocado por el desprendimiento de uno de los álabes del compresor. El motor, que giraba a pleno régimen, se destruyó casi instantáneamente y trozos del compresor salieron disparados, atravesando el carenado del motor y penetrando en el fuselaje. Los dos pasajeros que ocupaban los asientos contiguos al motor fallecieron en el instante; los otros dos pasajeros de la misma fila pero del lado opuesto resultaron heridos graves.

Daños provocados en el motor del vuelo 1288 de Delta

Daños provocados en el motor del vuelo 1288 de Delta

Certificación de motores frente a casos de blade off

Viendo que este tipo de problemas podía desencadenar fallos catastróficos las autoridades establecieron el blade off como un requisito necesario para la certificación de los nuevos motores.

Para realizar el ensayo, el procedimiento más típico consiste en instalar una carga explosiva sobre una de las palas del fan. Se arranca el motor, se pone a pleno régimen (para simular condiciones de despegue) y a continuación se detona la carga. La pala se desprende del eje y es ingerida, causando daños muy graves.

Para obtener la certificación no se exige que el motor pueda seguir funcionando (obviamente), pero sí que es necesario que pueda contener completamente el fallo (ninguna pieza debe atravesar el carenado). Además, se requiere que todos los componentes del avión mantengan su integridad estructural, o dicho de otra forma, ningún otro componente crítico debe romperse o desprenderse para que la aeronave pueda ser aterrizada de manera segura. Y es que como veremos a continuación, un blade off causa una sacudida capaz de hacer saltar por los aires la dentadura postiza de algún pasajero.

Un motor CF6 (modelo empleado en el DC-10 o el B747) en el que se aprecia el gran tamaño del fan

Características de un blade off

El fallo estructural de un motor es uno de los problemas más duros al que se puede enfrentar un avión. No se trata únicamente de la pérdida del motor sino de la gran sacudida que provoca, acompañada de unas vibraciones descomunales. Un fallo de tipo FBO suele tener tres fases:

Ruptura del fan a máxima potencia. lo que produce un gran impacto inicial, pudiendo sobrepasar las 200g. Esto es una sacudida muy, muy grande, que hace temblar cada uno de los tornillos del avión.

Desaceleración del motor. Tras la rotura de la pala del fan esta es ingerida, lo que provoca daños extremadamente altos en el compresor y en todo lo que viene detrás (cámara de combustión, turbina…). El motor se somete así a vibraciones muy fuertes. La frecuencia de dichas vibraciones es alta al principio debido al régimen de giro en el momento de la rotura, pero la desaceleración que sigue hace que la frecuencia vaya disminuyendo.

Efecto de molino de viento o windmilling. Cuando el blade-off ocurre en vuelo, el motor se hace añicos y deja de funcionar. Sin embargo, este sigue girando por el efecto del impacto del aire como si fuera un molino de viento. Es lo que se conoce como windmilling, y lo que induce son vibraciones de muy baja frecuencia. Aunque no lo parezca, esto puede resultar especialmente crítico puesto que las piezas no están diseñadas para estas condiciones. Así pues, puede ocurrir que las frecuencias de vibración del motor en windmilling coincidan con alguna frecuencia natural de la estructura del avión. En otras palabras, en windmilling es posible que el sistema entre en resonancia, provocando grandes vibraciones.

En conclusión, los ensayos de fan blade off son extremadamente exigentes: por un lado, la violencia de las vibraciones es enorme, y por otro, es una prueba de fuego ante posibles fenómenos de resonancia. Afortunadamente, todos los motores hoy en día deben pasar este tipo de pruebas, y en cualquier caso, la probabilidad de que ocurra algo así sigue siendo muy reducida.

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