Cada avión que surca los cielos recibe el impacto de un rayo al menos una vez al año, en promedio. ¿Cómo logran los fabricantes que sus aeronaves no sufran los efectos de este fenómeno climático y otros peligros comunes?
Los aviones han avanzado mucho desde que los primeros exploradores se lanzaron a los cielos equipados con sus chaquetas de cuero, sus gorras y sus gruesas gafas de protección. En ese entonces, hacía falta una buena cuota de fe -y buena fortuna- para subirse a sus máquinas voladoras.
Cien años más tarde, los pilotos llevan el mando de aparatos altamente sofisticados construidos a partir de materiales especiales, como la fibra de carbón, y capaces de operar en buena medida gracias a computadoras. Los días de volar «sobre un ala y una oración» han quedado atrás.
En la actualidad, todas las aeronaves son sometidas a pruebas increíblemente complejas y rigurosas. Y tienen luz verde para volar únicamente después de haber pasado una larga lista de pruebas: desde aves que se lanzan contra los motores hasta simulaciones de impacto sobre la cabina o el doblado de las alas a ángulos extremos para estudiar su resistencia.
En los últimos diez años, los métodos de prueba han sufrido cambios importantes, tanto para las simulaciones en tierra como para aquellas realizadas mediante ordenador. En ambos casos, el objetivo es minimizar el número de horas de prueba en vuelo de cada aeronave.
Los accidentes del pasado- como el de un avión de pasajeros en Dallas Forth-Worth en 1985 durante una tormenta eléctrica o la falla eléctrica que derribó una nave de TWA cerca de Nueva York en 1996- han acelerado la creación de más y más elementos de seguridad ya desde las primeras etapas de diseño. Es decir, mucho antes de transportar pasajeros.
Prueba de aviones
Bombardier pone a prueba la resistencia de las alas en este espacio de su fábrica.
Muchos de nosotros hemos experimentado un viaje turbulento en avión, pero esos sacudones de rutina -aunque siempre dan miedo, con esas caídas repentinas o el súbito temblor de las alas- no son nada en comparación con las pruebas durísimas a las que es sometida una aeronave antes de iniciar su operación comercial.
Muchos de los modelos de transporte de pasajeros, por ejemplo, pueden doblar sus alas casi 90 grados en los bancos de pruebas.
Para ver cómo se comportan las alas y el fuselaje cuando la nave lleva tanto carga normal como excepcional a lo largo de su vida útil, los fabricantes realizan las llamadas «pruebas estáticas».
Hemos utilizado aves de corral para probar la estructura de los aviones. Esta no es una prueba común pero puede ser una forma efectiva de evaluar los resultados del impacto de animales contra la aeronave
Airbus, por ejemplo, realizó una prueba de carga máxima en una cámara especialmente diseñada para su modelo A350 XWB en diciembre de 2013. Las alas del avión fueron sometidas a una carga 1,5 veces mayor que la que jamás experimentarán en servicio. Y bajo carga máxima, la punta del ala se elevó más de cinco metros, formando un ángulo de casi 90 grados.
La prueba final consiste en que las alas se rompan, de manera de encontrar el punto máximo de peso que soportan antes del quiebre y asegurar que ese punto se encuentra mucho más allá del nivel de carga normal previsto.
La amenaza de las aves
Si un avión choca con una bandada de gansos desplazándose a regiones más cálidas, no sólo será un encuentro sangriento para las aves: también representa un peligro muy importante para aquellos que van dentro de la aeronave. Hasta los pájaros más pequeños pueden causar una explosión o una parálisis en un motor.
Según un estudio reciente llevado a cabo por el Comité Internacional de los Choques con Aves, cada mil millones de horas de vuelo ocurre un accidente con pérdidas humanas.
La mayoría de las veces los impactos de las aves generan poco peligro para los aviones, aunque sí resultan usualmente fatales para los pájaros.
Pero dichos accidentes pueden ocasionar daños en las aeronaves comerciales, con un costo de reparación de aproximadamente 1,2 mil millones por año.
El choque contra las aves es fatal para los animales pero también entraña riesgos para los motores.
Uno de los pioneros de la aviación, Cal Rodgers, fue la primera persona que murió a causa del impacto con un ave. En 1912, su aeronave se estrelló al chocar con una gaviota, que se enredó en los cables de control del avión sobre la playa de Long Beach, en California, que se enredó en los cables de control del avión. La aeronave de Rodgers se estrelló y él murió ahogado.
Los impactos con aves siguen siendo una preocupación, incluso cuando las aeronaves son cada vez más sofisticadas y resistentes. El 15 de enero de 2009, la colisión de un Airbus A320 de US Airways con una bandada de gansos provocó desperfectos en ambos motores y el avión amerizó milagrosamente en el río Hudson de Nueva York, con sus 155 pasajeros y tripulación sanos y salvos.
Pollos proyectiles
Para asegurarse de que los motores continuarán funcionando en caso de un impacto con animales, los fabricantes prueban justamente eso: lanzan aves muertas hacia los motores de prueba en tierra utilizando un llamado «disparador de pájaros», un cañón de aire comprimido de gran diámetro.
Una prueba de resistencia a la vibración en aviones de combate.
El disparador fue inventado en la década del 1950 por la empresa De Havilland en Reino Unido; pollos recién sacrificados eran empaquetados en una pistola de aire comprimido y disparados contra los vidrios y motores.
Las fábricas también hacen simulaciones de impacto de aves contra la cabina, utilizando el arma para propulsar aves hacia el parabrisas y confirmar que las ventanillas no se romperán o que la trayectoria de vuelo del avión no se verá afectada.
«Hemos utilizado aves de corral para probar la estructura de los aviones», dice Adam Tischler, de la División de Comunicaciones de Pruebas de Vuelo de Boeing. «Esta no es una prueba común pero puede ser una forma efectiva de evaluar los resultados del impacto de animales contra la aeronave».
Y el agua puede ser otro problema. Para probar qué ocurre cuando grandes cantidades de líquido entran al motor -en el caso de una lluvia intensa, por ejemplo-, los aviones se desplazan por un canal de agua especialmente diseñado.
«Estas pruebas aseguran el funcionamiento correcto de los motores y sistemas de freno cuando las ruedas lanzan agua, si por ejemplo la aeronave aterriza sobre grandes charcos en la pista», dice Justin Dubon, de Airbus.
La finalidad de todos estos ensayos es validar el funcionamiento de motores, sistemas, materiales… y asegurar que los pasajeros, si alguna vez se encuentran en situaciones imprevistas, siempre estén en un ambiente controlado
Otras pruebas consisten en forzar un flujo constante de agua o disparar fragmentos de hielo hacia los motores para simular el paso por una nube de granizo.
Pruebas de calor y frío
Para verificar que los motores, sistemas y materiales funcionarán correctamente a distintas temperaturas, los fabricantes lanzan su «campaña frío y caliente» para evaluar a la aeronave en condiciones de calor y frío extremos.
A modo de ejemplo, para comprobar que el último Airbus A350 XWB es capaz de soportar temperaturas bajo cero, los ingenieros lo trasladaron a Iqaluit, la capital del territorio de Nunavut, en el Ártico canadiense
Allí permaneció durante una semana y, entre las pruebas realizadas, se contó la operación del avión en tierra y en aire a temperaturas por debajo de los -28C, así como la realización de pruebas de inversión de empuje con nieve, que es básicamente lo que ocurriría en una frenada sorpresiva durante un despegue abortado.
Las pruebas también incluyeron apagados y encendidos luego de un período largo a baja temperatura, dice Dubon.
Las aeronaves también pasan alrededor de una semana en pruebas similares en aeropuertos a gran altura, como los de Cochabamba y La Paz (Bolivia) o Adís Abeba (Etiopía), entre otros.
La operación de un avión a tanta altura impone un gran esfuerzo sobre los motores y otros sistemas. Para comprobar que todo funciona correctamente, las pruebas incluyen despegues con todos los motores en funcionamiento así como simulacros de desperfectos en motores. También se evalúa la función de piloto automático durante aterrizajes (y aterrizajes abortados).
Las pruebas se realizan sobre las piezas, pero también con simuladores.
«La finalidad de todos estos ensayos es validar el funcionamiento completo de motores, sistemas, materiales… y asegurar que los pasajeros, si alguna vez se encuentran en situaciones imprevistas, siempre estén en un ambiente controlado», dice Dubon.
Los túneles de viento, por su parte, permiten a los fabricantes evaluar todas las fases de un vuelo, incluyendo condiciones extremas. Por ejemplo, Boeing realiza evaluaciones en su Túnel de Congelamiento para Investigaciones Aerodinámicas (Brait), cuenta Adam Tischler, del departamento de Pruebas y Evaluación de la compañía.
El túnel puede probar velocidades de entre 60 y 250 nudos (110 km/h a 463km/h), a temperaturas tan bajas como -40C, dice Tischler. Estas instalaciones le permiten a Boeing simular diferentes condiciones de lluvia, hielo y nubes a las cuales podría tener que enfrentarse una aeronave en el aire.
Pájaro de Hierro virtual
Los túneles de viento permiten a los fabricantes evaluar todas las fases de un vuelo, incluyendo condiciones extremas: temperaturas tan bajas como -40C, condiciones de lluvia, hielo y nubes a las cuales podría tener que enfrentarse una aeronave
Una de las maneras más vanguardistas de probar los aviones modernos consiste en fabricar el corazón de la aeronave en fábrica y luego hacer pruebas de los sistemas de manera digital.
Bombardier, por ejemplo, posee una instalación de testeo en tierra llamada «Aeronave Cero» (Área de Prueba de Sistemas Integrados de la Aeronave, o Ciasta por sus siglas en inglés) en Montreal. Básicamente, un banco de pruebas que contiene todos los sistemas clave de un avión estándar. Se utiliza para «simular un vuelo virtual antes de que la aeronave despegue realmente», dice Sebastien Mullot, representante de la empresa.
La simulación utiliza diseños de alta tecnología de los sistemas internos de la aeronave llamados Pájaros de Hierro. «Los Pájaros de Hierro pueden simular todos los tramos de un vuelo como ser el despegue, la navegación de crucero, el aterrizaje y demás, por lo que la aeronave pasa pruebas virtuales de vuelos ‘reales’, como si viajara por ejemplo de Londres a Dubai, pero sin que realmente vuele», dice Mullot. «Todo esto puede ser testeado mucho antes de que se ensamblen las primeras piezas del avión».
La simulación ayuda a predecir cualquier tipo de problema en la estructura, como roturas en miniatura que podrían aparecer durante la vida útil de la aeronave. Hasta es posible evaluar virtualmente el impacto de aves contra la cabina y contra el filo de las alas.
«Podemos predecir el comportamiento estructural de acuerdo al peso del pájaro y al punto de colisión», dice Jean-Louis Montel, subdirector de la oficina de diseño de Dassault Aviation, un fabricante francés.
Los ingenieros también llevan a cabo pruebas de ultrasonido en la parte donde el ala se encuentra con el fuselaje; esto permite examinar el material por dentro y encontrar posibles defectos sin tener que desarmar el avión.
Las alas son colocadas en un banco de prueba especial hasta que se quiebran debido al esfuerzo.
¿Y los rayos?
En promedio, cada avión comercial es alcanzado por un rayo una vez por año, según el «Laboratorio de Rayos» de la Universidad de Cardiff, en Reino Unido. Formalmente, el centro de investigación se llama Laboratorio Morgan Botti y está en la Escuela de Ingeniería: inaugurado recientemente, es el lugar de pruebas meteorológicas que usa, por ejemplo, Airbus.
Los aviones tradicionales de aluminio son generalmente capaces de continuar su recorrido de manera segura tras la caída de un rayo: la alta conductividad del aluminio permite disipar la electricidad a lo largo de la estructura de la aeronave sin ocasionar ningún daño.
Pero en la actualidad no todos los aviones son construidos con metal: para reducir el peso y por lo tanto el consumo de combustible, la próxima generación de aeronaves utiliza materiales nuevos y más livianos como la fibra de carbón, cuya conductividad eléctrica es mucho más baja que la del aluminio.
Airbus sometió a su modelo A350 a pruebas rigurosas, como el congelamiento en condiciones propias del Ártico.
Esto puede generar una mejora de hasta 25% en la eficiencia de uso del combustible. Sin embargo, estos materiales deben ser protegidos contra el impacto de rayos. Y eso se hace agregando una fina malla de metal o aluminio.
«Esta capa es segura y efectiva y puede disipar la carga con éxito, disminuyendo los daños», dice Matthew Cole, de Airbus. Como contrapartida, tiene la desventaja de que añade peso al avión.
En el Laboratorio de Rayos de Cardiff, los investigadores buscan otras soluciones para proteger a los sistemas contra las descargas, manteniendo los niveles de seguridad pero sin añadir peso. El trabajo consiste en «poner paneles bajo pruebas de rayos para comprender mejor la reacción de los distintos materiales», dice Cole. Las descargas pueden alcanzar los 100.000 amperios, suficiente para abastecer una pequeña ciudad.
En Boeing se utilizan dos sistemas diferentes para medir el impacto de los rayos. Uno consiste en un generador de alto voltaje de dos megavoltios que produce «impactos» de rayos en un lugar cerrado. El segundo es un sistema de alta corriente de 50-60 kilovatios que puede tener una salida de 200.000 amperios capaz de simular impactos de gran alcance en la superficie del avión.
Hemos recorrido un largo camino desde la década de 1950, cuando las nuevas aerolíneas comerciales sufrían problemas serios y reiterados, algunos con consecuencias fatales.
Desde entonces, los fabricantes de aeronaves han investigado las alternativas más sofisticadas para poner a prueba sus aviones. Por eso, la próxima vez que se encuentre en medio de una turbulencia en pleno vuelo, quédese tranquilo que su avión ha sobrevivido condiciones mucho peores.