Proceso De Reparacion De Daño A Estructura De Fuselaje

1. INTRODUCCION:

El presente trabajo se redacta con carácter de trabajo profesional. En el que se construyó una simulación con las dimensiones reales de una sección del fuselaje. La sección en la cual se trabajo es la sección número 43 entre las estaciones 460- 480. En el presente trabajo se trabajó la reparación de rotura en la parte del fuselaje y un toque de rayo la cual no fue prevista en la sección del fuselaje con la ayuda manuales de avión. La reparación del avión simulado es Boeing 737-300 en el que utilizamos manuales de estructurales del avión en la parte de fuselajes (53 ata), estructuras (51). En los documentos que se presentan a continuación, se recogen todos los datos y características que han sido obtenidos como resultado de los cálculos desarrollados en los correspondientes anexos,

SRM, ATA, AMM. En los cuales mostramos las ordenes de servicio para la aeronave.

2. OBJETIVOS

La objetividad de la fabricación de sección de fuselaje con daño estructural y reparación del mismo es para que podamos como equipo tener un conocimiento mejor acerca de lo necesario para la fabricación de esta sección de fuselaje y su reparación, entonces se pueden enumerar estos objetivos de tal manera:

• Entendimiento y compresión en lectura de ATA a nivel profesional.

• Conocimiento de método de construcción de una sección de fuselaje.

• Herramientas necesarias para la construcción de fuselaje.

• Conocimiento y aplicación daños estructurales.

• Conocimiento de inspección de fallas o roturas y toma de decisiones para su reparación.

• Proceso de reparación y ensamble en lámina.

3. LISTA DE MATERIALES

Lámina de aluminio 5052, 48’*48’*0.025’thickness.

Remaches “POP” de 1/8’*1/4’.

Sellador de silicón.

Pintura en aerosol

Líquidos penetrantes

3.1 LISTA DE HERRAMIENTAS

Escuadras de 1”y 2”.

Flexómetro

Tijeras para lámina

Marcadores

Dremel

Taladro

Limas

Brocas de 1/8’, 3/8’y ½’.

Sierra de disco.

Martillo

Punzón

Dobladora de lámina.

Nivel

Compás

Pulidora manual

Gage de profundidad

Bernier

4. DESARROLLO

Fuselaje es un elemento de suma importancia para el avión el cual tiene un compromiso geométrico suave con poca resistencia al avance o resistencia aerodinámica y ciertas necesidades de volumen o capacidad para poder cumplir con sus objetivos en un avión comercial en el cual estamos simulando la sección a reparar. El gran volumen está dedicado a la cabina de pasajeros las cuales el fuselaje esta dividió en estaciones las cuales el fabricante nos va dar las especialidades como en este caso estamos trabajando con Boeing tememos un modelo de avión 737-300 en las que veremos los manuales de mantenimiento general. (AMM), el manual estructural de reparaciones (SRM), son algunos de estos manuales los que estaremos viendo a lo largo del proceso de manufactura para las estaciones que reparamos. El fuselaje debe disponer de una serie de registros y accesos que permitan la inspección y revisión además de los servicios de abastecimiento en tierra. Fuselaje es el cuerpo estructural del avión, de figura fusiforme, que aloja a los posibles pasajeros y carga, junto con los sistemas y equipos que dirigen el avión.

Fuselaje semi-monocasco: El más usado hoy en día, resolviendo el problema del peso y espesor del anterior modelo. La introducción de piezas de refuerzo en el interior permitió aliviar el revestimiento pudiendo ser más fino. Las cuadernas se unen mediante largueros y larguerillos que recorren el avión longitudinalmente. Los largueros y larguerillos permiten el adelgazamiento de la chapa de revestimiento. Todo esto forma una compleja malla de cuadernas, larguerillos en la figura 1 vemos el fuselaje semimonocoque.

Figura.1. revestimiento unido mediante pernos tornillos, remaches y adhesivos.

En este caso se tomó el de un Boeing 737-300 el cual se hizo una simulación con el radio adecuado mas no con el material adecuado. Ya que trabajamos con las herramientas proporcionadas en el taller de ingeniería aeroespacial. Estaremos utilizando algunos términos Revestimiento (Skin): Su función es la de dar y mantener la forma aerodinámica del ala, pudiendo contribuir también en su resistencia estructural.

Herrajes (Fitting): Son componentes de metal empleados para unir determinadas secciones del ala. De su cálculo depende buena parte de la resistencia estructural del ala. Resisten esfuerzos, vibraciones y deflexiones.

Larguerillos (Stringer): Son miembros longitudinales de las alas a lo largo de las mismas que transmiten la carga soportada por el recubrimiento a las costillas del ala en la figura 2 se muestra los nombres de los largueros.

Figura 2. Forma de larguero utilizado en la sección del fuselaje (53-00-03 srm)

.

Placa o Alma (Web): Es una placa delgada que soportada por ángulos de refuerzo y estructura, suministra gran resistencia al corte.

La función del ala es producir sustentación y soportar cargas, por lo tanto, su forma y estructura desde el punto de vista estructural se deberá comportar como una viga capaz de resistir esfuerzos, y entre ellos:

Para el proceso de manufactura utilizamos dos manuales de SRM manual de reparación estructural (structural repair manual). Los capítulos que se utilizaron son 51y 53 los cuales son 51 son estructuras y el 53 es fuselaje el cual la mayoría lo consultamos de esta sección del fuselaje.

COMPONENTES Y EQUIPO:

El equipo que se requirió en este proyecto fue lamina de acero inoxidable con un espesor de 0.024in de acero 5052 en este caso es simulado ya que la lámina viene especificada en los manuales los cuales se ven en la figura3

Figura3. Material necesario para la construcción y reparación de largueros.

Otro de los equipos que se requirió es una dobladora de aluminio la cual no era la que se requería para aviación para que nos diera los ángulos correctos, pero realizo el trabajo. El cual quedo un un poco imperfecto por cuestiones que no es material especial para reparaciones aeronáuticas.

Mas a delante se detallara cada uno de cada proceso que llevamos a cabo. se necito un taladro con una broca de 1/8 para realizar los barrenos en la lámina, una remachadora, un flexómetro, una cortadora de aluminio, unas tijeras para aluminio. En la figura 4 se muestra la lámina utilizada para esta reparación.

Figura 4. Lamina de 0.024in de espesor y acero 5054

TAMAÑO Y MEDICIONES:

Las mediciones las cuales se nos proporcionaron del manual srm se muestran en la figura 5 la cual son las medidas exactas de los largueros.

Figura 5. Mediciones exactas de los largueros (srm 53-00-03)

El cual el material que utilizamos como ya se menciono antes es acero 5054 con un espesor de 0.024in. Otra de las flange que en la figura 6 se muestra las cuales tienen una posición en la sección

Figura 6 laminated stringer ties

Como en este proyecto no se tuvo la herramienta especial para trabajar el redondeo que se le dio en el manual de 53-00-07 viene las formas que podemos darle al diseño de cada una de esta para que como nosotros comúnmente le llamamos “z” en la figura 7 muestra mejor las formas que se tuvieron que realizar que por el caso de nosotros se realizo un poco de todo o bien cada uno de estos.

Figura 7. Frame para fuselaje.

En el frame en este caso se realizo varios corte para darle la curvatura en frame la cual originalmente no lleva cortes es totalmente rigida pero en este caso como no se tenia herramienta adecuada para. Se tuvo que cortar en partes para dale el radio correcto y realizar la simulación.- en la figura 8 se muestra como debe de estar correctamente en frame como vemos ahí es una reparación.

Figura 8 frame reparación. (53-00-03)

La parte que se trabajo en la simulación fue la sección 460/480 estaciones s21l/s22l las cuales en el manual tenemos de en la figura 9.

Fig9 estaciones 460/480 21/22 l

Recordemos que los larguero y el frame tiene una posición estas posiciones se dan en el manual como vemos en la parte inferior de dibujo 9 tenemos una flecha la cual indica la posición de frame para llevar a cabo una reparación o poderlos encontrar rápidamente las secciones.

Fig a) zonas del fuselaje y estaciones presurizadas y no presurizadas

Para las reparaciones tenemos un gage de profundidad el cual mas delante se explicara este procedimiento en la tabla de la fig 10 se muestra la profundidad y la efectividad que se lleva acabo.

Fig. 10 materiales para reparaciones

Uno de lo materiales que utilizamos para medir la profundidad del daño es un gage de profundidad el cual nos ayudo a analizar la profundidad del golpe la cual es uan relación en tre el eje x y y del golpe y en base a esto nos da una medida la cual nos indica si es reparación o no. En la figura 11 se muestra el gage de profundidad.

Figura 11. Gage de profundidad utilizado

PROCESO DE MANUFACTURA DE SECCION DEL FUSELAJE:

Es el conjunto de operaciones necesarias para modificar las características de las materias primas. Estas características pueden ser de naturaleza muy variada como la forma, la densidad, la resistencia, el tamaño o la estética. Se realizan en el ámbito de la industria.

El proceso de manufactura en la bahía es un sistema por etapas que tiene que llevarse a cabo cada una con mucha exactitud y precisión.

Dentro de estas etapas tenemos las que son:

• Corte de lámina

• Proceso de doblado

• Proceso de barrenado

• Proceso de remachado

• Proceso de revisión y personalizado.

PROCESO DE CORTE.

Este proceso de corte de lámina o placas, produce cortes limpios, es decir, sin virutas o calor o reacciones químicas del metal, pudiéndose hacer cortes rápidos y con bastante precisión pero siempre en forma recta; longitudinal, transversal o diagonal a la placa. El cizallado es él termino empleado cuando se trata de cortes en línea recta; el corte con formas regulares redondas u ovaladas e irregulares se efectúan con punzo cortado y perforación. El cizallado suele ser en frío en especial con material delgado de muchas clases tales como guillotinado de papeles de fibras, telas, cerámica, plásticos, caucho, productos de madera y la mayoría de los metales. El proceso de corte que que utilizamos nosotros fue con unas tijeras para lamina flexometro, escuadra para la precisión del corte. En este proceso es primero ya que en base a los primeros cortes se basa todo el proyecto. Porque la realizar primero las mediciones los cortes tiene que ser exactos ya que esto nos puede afectar ala hora del doblado

Fig.12ª. momento de medida ytrazado para el corte

como vemos en la figura 12 primero realizamos el trazado de piezas. Una vez que teniendo las medidas exactas. Las medidas fueron dadas por el fabricante de Boeing para realizar los striger, fream, y placa,

Figura 12. Trazado de lámina para corte. fream

En la figura 12 muestra el trazado de lámina para realizar los fream. Así como se realizo para este parte de la bahía. Así fue como se realizo para los streger y la placa de la bahía en la figura 13.muestra la pieza originalmente con medidas fuente srm 53-00-03

Figura 13. Medidas srm 53-00-03

En la figura 14 se muestra el momento del corte de la lamina de acero 5052 la cual es muy fácil cortar con unas tijeras especiales. Pero tenemos que tener un poco de cuidado ya que si se no se tiene practica podría causar un accidente o simplemente echar a perder material.

Fig14. Realizado proceso de corte para sección de fuselaje

El siguiente proceso que llevamos a cabo fue el proceso de doblado. Que es un procesos de doblado? El doblado es un proceso de conformado sin separación de material y con deformación plástica utilizado para dar forma . Se utiliza, normalmente, una prensa que cuenta con una matriz –si es con estampa ésta tendrá una forma determinada- y un punzón -que también puede tener forma- que realizará la presión. En el proceso, el material situado a un lado del eje neutro se comprimirá –zona interior- y el situado en el lado opuesto –zona exterior- será traccionado como consecuencia de los esfuerzos aplicados. Esto provoca también un pequeño adelgazamiento en el codo de la chapa doblada, cosa que se acentúa en el centro de la lámina.

A consecuencia de este estado de tracción-compresión el material tenderá a una pequeña recuperación elástica. Por tanto, si queremos realizar un doblado tendremos que hacerlo en un valor superior al requerido para compensar dicha recuperación elástica. Otra posible solución es realizar un rebaje en la zona de compresión del material, de esta forma aseguramos que toda la zona está siendo sometida a deformación plástica. También podría servir estirar la chapa así aseguramos que toda la zona supera el límite elástico. En la figura 14 la prensa que en este caso utilizamos nosotros para doblar cada una las

Figura 14. Maquina dobladora.

En la figura 14 también se aprecia el momento de realizar los dobleces de la estriger de la pieza y los fream como lo realizamos. Una vez sabiendo que es una prensa como se utiliza. Que tiene que ser preciso porque recordemos que la prensa tiene a deformar el material. Entonces tenemos que dar una tolerancia para que los dobleces queden a medida de fabricante. se necesita marcar exactamente el punto de dobles para una vez marcado proceder a la utilización de la dobladora. Los dobleces deben quedar exactamente a la medida marcada para que puedan coincidir con las demás piezas. En la figura 15 vemos los dobleses ya realizados con radio y exactamente como lo permite el fabricante Boeing.

Fig 15. Stringer, fream , “z” doblados

Una vez terminado el proceso de doblado, tienendo las medidas exactas los radios permitidos, se llevó a cabo el proceso de ensamble y barrenado de las láminas en este proceso utilizamos una broca de 1/8 ya que los remaches utilizados fueron de 1/8 y por manual y las posiciones de esta con el radio dado el cual se tuvo que llevará a cabo un corte en las “z” para darle la curvatura necesaria. Nota: en este caso por fabricación no se realiza de esta manera pero no se contaba con la maquinaria necesaria para levar a cabo esta operación. Se realizó con una cortadora de disco y la se dobló manualmente hasta conseguir el radio adecuado. EL proceso de barrenado es unos de los procesos más importantes ya que de ahí depende su proceso de remachado, es necesario broca de la medida deseada, taladro de mano o de banco depende de la necesidad del operador. En este caso se utilizo el taladro de mano ya que es mas fácil manobrear al momento de crear los barrenos.

Fig16. Doblado y corte de “z” con curvatura

En la figura 16 ahí es el momento en el cual estamos doblando manualmente para darle un radio y poder ensamblarlo en la parte inferior del corte se realizo un barreno de ¼ para detener la rotura del material y poder darle la curvatura necesaria. Con la maquinaria especial no se lleva acabo ninguno de estos procesos pero en este caso es una simulación.

Fig17. Barreno de ¼ para detener rotura en material

Una vez realizado el los barrenos para evitar la rotura del material como se aprecia en la fig 17 pasamos al ensamble de los componentes en este caso como ya se menciono utilizamos broca de 1/8 y remaches de mismo número para proceder al ensamble. En la figura 18 se muestra el momento del proceso de ensamble.

Fig.18 ensamble de componentes de sección

En la figura 19 se muestra el momento de barrenado de piezas .

Fig.19 barrenado de lámina y unión de piezas.

Con el siguiente proceso se unieron unieron las piezas. Este proceso se llama remachado. Que es un proceso de remachado?

El montaje de la unión remachada se realiza colocando las dos piezas a unir en posición de montaje haciendo coincidir los agujeros de las dos piezas. Seguidamente se introduce el remache y se coloca una pieza denominada sufridera apoyada sobre la cabeza del remache. Esta pieza tiene una cavidad de forma inversa a la cabeza del remache. Posteriormente, con otra pieza denominada estampa se golpea el extremo opuesto del remache, adoptando éste la forma de la cavidad de la estampa y produciendo el remachado. Por otra parte trata de corregir los daños y compensar el espacio perdido. Una vez remachado los barrenos se le creó una falla por un rayo que también fue reparada con una lámina del mismo espesor para compensar el peso. Para la elaboración fue necesario una remachadora manual y remaches. En la figura 20 muestra el momento del barreno y la inserción de remaches en la lámina.

Fig.20 inserción de remaches

En la figura 21 se aprecia el momento de realizar el remache con una remachadora.

Fig21 momento de remachar.

En el manual srm capitulo 51 muestra los tipos de sujetadores que llevan los aviones.

Tipos de sujetadores (srm 51-40-00)

Teniendo la sección realizada con todos los procesos antes descrito, el fin de este proyecto es realizar la reparación del mismo el cual se aplico un golpe en el centro de la bahía para después analizar y reparar el daño como se muestra en la figura 22 el momento de finalizar con el primer paso del proyecto.

Fig 21. Fase1 del proyecto sección .

FASE 2 REPARACIÓN DE SECCIÓN.

En esta fase ya una vez terminada la sección o bahía se realizo el verdadero objetivo la reparación del mismo en el cual se aplico un golpe para medir el daño estrutural en este primer paso se aplico golpe el cual fue una rotura. Figura 25 muestra el momento del daño en la estructura.

Fig 25. Daño estructural

Como analizamos el daño de la reparación. El análisis de este daño fue delimitando el daño en base a ejes de simetría como se muetra en la figuira 26 se muestra la delimitación del daño. El cual realizamos con el gage de profundidad el cual nos dio la medida para sacar los calculos si necesitamos reparación. En la fig 26ª muestra el momento de realizar la medición con el gage de profundidad.

Fig 26 a) medida gage de profundidad en el daño

Se tuvo que realizar un conversión de mm a in ya que el gage estaba en mm y para sacar la relación de reparación entre a y y el cual viene en el manual cada procedimiento de reparación.

Fig 26. Delimitación del daño

En este caso el manual nos indica que si es menor de 30 realizar la reparación como vemos el daño daño 14.74 el cual nos indica que tenemos que realizar la reparación. En la fig 27 vemos un poco mas a detalle la delimitación del daño.

Fig 27. Delimitación del daño.

Lo siguente ya teniendo la profundidad del daño el fabricante nos da el procedimientol para realizar la reparación el cual nos indica que se tiene que ver el daño con líquidos penetrantes para saber la gravedad del daño y si es que no hay en mas partes de las piel del fuselaje.

Fig28. Liquidos penetrantes

La aplicación de líquidos nos permite saber si no hay mas daño en el piel del fuselaje. Consta de 3 el primer liquido que se puso fue un removedor para quitar todas las imperfecciones que pudiese haber. Segundo fue liquido penetrante el cual con este se mete en las partes donde hay una rotura y por ultimo el liquido revelador el cual este nos indica con un color blanco donde esta la penetración para después realizar el corte del mismo. En la fig 29 se muestra el procedimiento.

Figura 29. Liquido penetrante

En la figura 30 muestra como se revela el daño el cual se tiene que hacer la reparación.

Fig30. Penetración del daño

a base de lamina y una distribución de remaches en la figura 31 muestra el momento en el cual se realizo el corte solamente del área delimitada. El cual tiene un radio en los bordes por el fabricante el seguimiento es de esta manera.

Fig 31. Corte del daño

El corte fue realizado con un dremel en las esquinas tiene un radio el cual no el mismo que el fabricante puesto que no se conto con la herramienta adecuada para realizar este radio pero se asemejo lo más cercano posible a este.

Al momento de la reparación se busco la distribución de remaches los cuales vienen por fabricante en este caso se muestra en la fig32 el momento en el cual estamos realizando la distribución de remaches adecuados.

Fig 31. Distribución de remaches

En la figura 31 es la destrucción de remaches las cuales en la fig 32 ya se hizo un trazado de cada uno de estas. Con corte medida y layaout de toda la reparación.

Fig32. Logística de reparacion

Como se muestra tenemos toda la logística de reparación la cual esta los lados las estaciones que estamos trabajando que son 460/480 y estringer 21/22 lados posiciones cuantos remaches estamos poniendo cada remache esta auna pulgada de separación para los esfuerzos del materiañ en la figura 33 se muestra el momento del barrenado y remachado del mismo el layaout nos indica las reparaciones y para generar las ordenes de trabajo que en los anexos 1 esta las ordenes de trabajo el cual primero se empieza con la orde no rutinaria después con el manual estructural por ultimo para generar la orden de trabajo.

Figura 32. Barrenado de distribución de remaches

El proceso se realizo con la misma numeración de remaches de 1/8. La distribuciones fueron de una 1in de separación entre remache.

Fig33 barrenado de lamina para reparación

En la reparación y distribución de remaches tiene que ser uniforme debido a los esfuerzos que se está sometiendo las laminas y remaches.

Una vez remachado toda la reparación se utiliza sellante en los borde de las dos laminas en este caso se utilizo un sellante de resistente al calor automotriz, como lo hemos mencionando anteriormente existe un sellante especial para aviación el cual tiene diferentes propiedades en la fig 33 se muestra la distribución de remaches y el sellante.

Fig 33. Sellante y distribución de remaches.

En la figura 34 muestra los tipos de reparaciones utilizadas en Boeing las cuales se baso este proyecto para la utilización de la misma.

Fig34 tipos de reparaciones (srm 53-00-01)

Por último el proceso de personalizado.

En el proceso de personalizado el diseñador le asigna ya sea obligatorio o petición del cliente el diseño o el color requerido, en nuestro caso optamos por darle un color similar al de una aeronave que es el blanco y en su interior un color verde egipcio ya que se asimila al color requerido por las autoridades.

Fig b) color requerido para reparaciones.

Finalmente nosotros le dimos nuestro toque de un color blanco simulando una compañía como volaris pero nuestro logo es CTMM( nuestros iníciales de equipo).

Logo y pintura personalizado.

5. CONCLUSIÓN

En general se obtuvo conocimiento de manejo de manual estructural de reparación y se tiene una visión más amplia de una reparación los procedimientos básicos, herramientas necesarias, equipo necesario y único que se utiliza en aviación ya que es una rama con la más prestigiada calidad. Por el factor humano todas y cada una de las reparaciones vienen el manual. Nada se tiene que inventar la aviación ya es muy complejo y al momento de reparación es aun más minuciosa. Es por esto que con la reparación y realización de este trabajo se tiene una mejor visión a futuro y mejor manejo de manuales y papelera.

6. REFERENCIAS

SRM CAPITULO 51 Y 53

BOEING

http://www.gig.etsii.upm.es/gigcom/temas_di2/remaches/proceso.html

http://www.aviat.com/manuales

http://alasdezarzarc.superforo.net/t214-la-reparacion-de-un-fuselaje-de-fibra-astral-xx-120

http://es.wikipedia.org/wiki/Doblado_de_lamina

http://www.micromanufacturing.net/didactico/

7. ANEXOS

Las órdenes son la siguientes para ejecutar el trabajo de ingeniería:

• Orden no rutinaria

• Orden SRD

• Orden de trabajo

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