Quão strong é a junta asa-fuselagem do A380?

Os detalhes da força necessária provavelmente serão complicados e proprietários. No entanto, podemos fazer uma estimativa muito aproximada.

Usando a equação para estimar o momento fletor da raiz aqui e os seguintes números:

• Peso da fuselagem: 230.000 kg
  • MTOW: 577.000 kg
  • Motores: 25.000 kg
  • Combustível: 260.000 kg
  • Asas: 60.000 kg
• Envergadura: 79,75 m
• Proporção de afilamento de asa: 0.17

A equação dá um momento de flexão da raiz de 17,300,000 Nm. Claro, isso é apenas uma carga estática. Se você considerar um pullup de 2,5g, isso poderia ser de 43.300.000 Nm. Mas no chão, as asas se dobrarão sob seu próprio peso. Executar a equação de flexão no peso da asa e adicionar os motores, dá 23.900.000 Nm na outra direção.

Quanto à forma como pode ser confiável: um lote de matemática. Organizações como a EASA esperam muito mais precisão do que minha estimativa acima, que requer análise das condições de carga específicas que precisam ser atendidas, estáticas e dinâmicas, e o design específico da asa, estrutural e aerodinamicamente, que é como engenheiros aeroespaciais ganham o muito dinheiro.

Claro que o A380 é maior do que qualquer coisa produzido em massa antes. Mas a análise aprofundada levará isso em conta. A Airbus tem alguma experiência em construir grandes aeronaves, então eles têm uma boa ideia do que funciona e do que não funciona. Testes detalhados também são feitos, de tudo, desde porcas e parafusos até fuselagens inteiras . Todas essas informações são usadas para fazer backup do design. A Airbus não investirá dinheiro em um teste grande sem ter certeza de que funcionará, e a EASA não irá certificar um projeto até que ele tenha sido testado com sucesso. A análise moderna permite prever com precisão onde e em que estrutura de carga falhará.

Mas mesmo assim, com algo tão grande e complexo, as coisas acontecem. Coisas importantes, como as asas, são necessárias para não falhar, mesmo se estiverem danificadas, e para ter caminhos de carga redundantes, de modo que, mesmo que uma peça falhe, a estrutura restante será mantida. As peças são inspecionadas para procurar danos antes que se tornem críticas. Os problemas são encontrados . Mais análise é feita e correções são implementadas. Normalmente, isso não será uma questão de "a asa não aguenta a carga", mas que "a asa se desgasta muito rapidamente". Fadiga é mais difícil de prever e projetar.

Os requisitos da FAA estão em 14 CFR Parte 25 . Isso inclui:

Unless otherwise specified, a factor of safety of 1.5 must be applied to the prescribed limit load which are considered external loads on the structure.

Portanto, eles devem levar a carga máxima esperada sem deformação permanente (carga limite) e permitir um fator de segurança 1,5 sobre isso sem falhar (carga final). Para mostrar que a estrutura é capaz de atender aos requisitos:

Compliance with the strength and deformation requirements of this subpart must be shown for each critical loading condition. Structural analysis may be used only if the structure conforms to that for which experience has shown this method to be reliable. The Administrator may require ultimate load tests in cases where limit load tests may be inadequate.

Isso significa que toda análise deve ser mostrada como confiável. Isso deve ser testado ou comparado ao desempenho conhecido de projetos anteriores. O teste também deve ser suficiente para provar que os requisitos serão atendidos.

    

how could it be trusted?

Como todas as aeronaves, a certificação de tipo exige que sejam testadas. Eu acho que as asas são testadas para 1,5 x seu limite de carga.

A380: TESTES ESTÁTICOS ESTRUTURAIS

The A380’s structural static tests on began in November 2004, in preparation for the first flight clearance.

The tests included: Flight Test Installation (FTI) calibration test, maximum wing bending at limit load, ailerons and spoilers functioning test during max wing bend, fuselage pressure test, and fatigue tests and flight cycles simulation.

Eles colocam uma estrutura de aeronave em um equipamento de teste e aumentam a carga nas asas até que as asas se quebrem . A evidência empírica é comparada com as previsões feitas por modelos matemáticos.

^{teste de asa do Airbus A380}

^{teste de asa do Airbus A350 ... (A350 vídeo de tortura )}

^{Teste de asa do Boeing 787}

    

A verdade feia é: As rachaduras ocorrem e ocorreram na raiz da asa do A380, mas isso é normal. Continue lendo para mais.

A carga estática é apenas um aspecto. Normalmente, o que está impulsionando o projeto é a carga de fadiga, que é o constante movimento das forças aerodinâmicas e inerciais em todas as partes de um avião. Hoje, as aeronaves são projetadas de forma que as rachaduras não se tornem ameaçadoras entre os dois intervalos de inspeção.

Esta técnica foi aprendida da maneira difícil com a aeronave do final dos anos quarenta e início dos anos cinquenta . Até então, a vida operacional das aeronaves de metal era da ordem de dezenas de horas. As peças foram projetadas para a carga estática máxima mais um fator de segurança de 1,5 a 2,0. Fadiga não foi considerada.

Aviões de madeira não têm problemas de fadiga, no entanto, o alumínio é extremamente sensível ao carregamento cíclico. Rachaduras aparecerão após ciclos de carga suficientes, mesmo com níveis de tensão muito baixos, e crescerão com qualquer ciclo de carga adicional. Agora, a abordagem é definir intervalos de inspeção de forma que as rachaduras que começam logo após a última inspeção não aumentem até um ponto que ameace a integridade estrutural antes que a próxima inspeção seja programada. Para garantir isso, todas as partes principais precisam ser feitas de dois membros de transporte de carga, um dos quais poderia falhar sem causar a falha da peça inteira.

Agora, estabelecemos que cada parte da junta da asa da fuselagem é feita de dois membros paralelos, cada um dos quais é capaz de transportar toda a carga limite para a qual a peça deve ser projetada. Sabemos também que essa força só pode ser garantida por uma parte da vida da aeronave. No caso do A380, duas coisas se combinam para tornar o projeto da raiz da asa um desafio particular. O primeiro é o escalonamento das leis: se algo crescer em tamanho, o volume e a massa crescerão com o aumento do tamanho do cubo, mas a seção transversal da estrutura de transporte de carga só crescerá com o quadrado do aumento. O segundo fator é o alto número de Mach de cruzeiro de 0,85 do A380. Isso foi exigido para garantir que os vôos com o A380 não levariam mais tempo do que os voos com qualquer avião concorrente, de modo que os vôos do A380 estejam sempre na primeira tela dos sistemas de reservas.

O número de Mach de cruzeiro alto exige um aerofólio de asas fino, e as leis de dimensionamento significam que um A380 precisará de flanges e conexões relativamente mais espessas do que uma aeronave menor. Isso pode ser calculado com alta precisão com códigos de elemento finito como Patran em combinação com NASTRAN , ou ANSYS . Após o projeto computacional, uma asa deve ser carregada até que ela se quebre em um equipamento de teste, e outra asa será submetida a esforços de voo simulados em outro equipamento de teste. Aqui a carga de rajadas é importante, o que não pode ser simulado em um túnel de vento. Portanto, a asa é carregada por uma série de macacos hidráulicos que são controlados por computador para simular cargas aerodinâmicas. Quando teste suficiente tiver sido feito, a aeronave será certificada para Um número inicial de horas de voo que será gradualmente aumentado à medida que o teste dinâmico progride. No caso do A380, alguns aeronave inicial mostrou rachaduras na raiz da asa, então reforços locais foram adicionados.

Portanto, a verdade feia é que as rachaduras ocorrem regularmente, mas o projeto estrutural e os procedimentos operacionais garantem que eles não causem falhas em massa.