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Estudio de Causa de Fallo realizado al Turborreactor Viper MK540 de la AeronaveAermachi, perteneciente a la Armada Argentina

Ago 31, 2023 | Articulo

El 24 de octubre de 2007, durante un vuelo de adiestramiento, una aeronave de la PRIMERA ESCUADRILLA AERONAVAL DE ATAQUE sufrió un accidente de aviación en las proximidades de la BASE AERONAVAL PUNTA INDIO (Provincia de Buenos Aires, Argentina). Como resultado del accidente uno de los tripulantes fallece.

INTRODUCCION

La Armada de la República Argentina es la rama naval de las Fuerzas Armadas argentinas, siendo uno de los brazos ejecutores del Sistema de Defensa Nacional, junto al Ejército y la Fuerza Aérea. Se compone por cuatro ramas principales: la Flota de Mar, la Infantería de Marina, la Aviación Naval y la Fuerza de Submarinos.

La Primera Escuadrilla Aeronaval de Ataque (EA41) fue una de las tres unidades de caza y ataque de la Armada Argentina. Tenía asiento en la Base Aeronaval Punta Indio, provincia de Buenos Aires; y contaba con aviones Aermacchi MB-326. Cumplía tareas de adiestramiento y adaptación para los pilotos recién egresados de la Escuela de Aviación Naval al pilotaje de aviones de reacción. De este modo, cumplía como el paso intermedio a la 2.ª Escuadrilla Aeronaval de Caza y Ataque que cuenta con aviones Super Étendard.

Figura 1. Ubicación geográfica de la Base Aeronaval Punta Indio, provincia de Buenos Aires, Argentina.

Tras el accidente en octubre de 2007 y al llegar al final de la vida útil de los aviones Aermacchi MB-326, de origen italiano, la Aviación Naval decide poner en reserva a los aviones y esperar la llegada de máquinas que los reemplacen.

INVESTIGACION.

A raíz de este accidente la Junta Permanente de Investigación de Accidentes de Aviación de la Armada Argentina procede a realizar la investigación pertinente.

De acuerdo con las declaraciones del comandante de la aeronave, durante el despegue de la aeronave, al querer retraer el tren de aterrizaje y el actuador de flap, el tren no inicia el ciclo de retracción. Ante esta situación el comandante de la aeronave le ordena al piloto no superar el límite de velocidad de tren abajo. En ese momento el motor entra en pérdida y no les permite sacar a la aeronave de la emergencia. La trayectoria de vuelo los llevaba hacia una arboleda y hacia los costados no tenían espacio para maniobrar. Esto motivó la decisión de eyectar, con el consecuente fallecimiento del piloto.

Figura 2. Vista de modelo de avión Aermacchi MB-326 perteneciente a la 2.ª Escuadrilla Aeronaval de Caza y Ataque de la Armada de la República Argentina.

En ese momento como parte del cuerpo profesional de la Armada Argentina con la jerarquía de Capitán de Corbeta, con destino en el Arsenal Aeronaval Comandante Espora (Bahía Blanca, Provincia de Buenos Aires), se formó parte del equipo de peritaje del motor. En lo personal, aun cuando tenía experiencia y conocimiento de los motores de los aviones de la Armada, nunca había trabajado con la presión de determinar la causa del deceso de una persona, en este caso puntual, del piloto.

En este artículo se intentará resumir los pasos de la investigación y la conclusión de esta. Dado que el informe original redactado por mi persona es propiedad de la Armada Argentina, y al no pertenecer a la fuerza desde el 2012, el registro fotográfico es una copia del mismo, y en algunos casos las fotos no son muy nítidas. Se agradece al Sr. Cap. Whamond la ayuda para conseguir algunas copias.

DESCRIPCION

Esta aeronave estaba equipada con un turborreactor Rolls-Royce Viper MK540, el cual consta de un compresor axial de siete etapas acoplado directamente a una turbina de una etapa. La combustión se efectúa en una cámara anular. El conjunto está montado en tres rodamientos principales. Los sistemas de combustible, aceite y accesorios están ubicados en la zona fría del motor, la cual está aislada de la zona caliente por un parallamas fijado a la zona central.  

Figura 3-a. Motor Viper
Figura 3-b. Seccional del Motor Viper correspondientes a la aeronave Aermacchi MB-326

DESARROLLO DE LA INSPECCIÓN

Verificación del estado del motor siniestrado a su llegada al Arsenal Aeronaval Comandante Espora. Encontrando las condiciones siguientes:

  • Signos de quemadura en el exterior del motor, producto del incendio posterior al impacto contra el suelo.
  • Numerosas partes de material fundido y adherido al exterior de este.
  • Numerosos elementos sueltos que no pudieron identificarse como partes del motor.
  • Abolladura en la nariz del motor (NOSE BULLET), lo que indicaba haber recibido un fuerte impacto.
  • La caja de accesorios desplazada de su sitio.
  • Daño en totalidad de los arneses debido al fuego.
  • Daño severo a nivel de cárter de entrada de aire.

Para avanzar con la inspección, primeramente fue removida la media tapa del compresor, lo que reveló daños severos a la altura de la 4°, 5° y 6° etapa del rotor.

En el rotor se evidenció:

  • ETAPA 0: 17 álabes con impacto
  • ETAPA 1: 9 álabes con impacto
  • ETAPA 2: 26 álabes con impacto
  • ETAPA 3: 37 álabes con impacto
  • ETAPA 4: totalidad de los álabes con daño severo
  • ETAPA 5: totalidad de los álabes con daño severo
  • ETAPA 6: totalidad de los álabes con daño severo
  • ETAPA 7: 3 álabes con melladuras

En el estator se evidenció:

  • ETAPA 1: 3 álabes mellados y 5 con impactos
  • ETAPA 2: 1 álabe mellado y 5 con impactos
  • ETAPA 3: 6 álabes mellados y 3 con impactos
  • ETAPA 4: 3 álabes mellados y 9 con impactos
  • ETAPA 5: 27 álabes con impactos y 4 álabes con daño severo
  • ETAPA 6: 15 álabes con impactos
  • ETAPA 7: 12 álabes con impactos

PLANTEO DE HIPÓTESIS

Se pudo ver a simple vista daños en el motor debido a la ingestión de algún elemento que debía ser determinado. En general el modo en el cual se daña el compresor puede orientar en cuanto al tipo de objeto que ingresó provocando el daño.

En este caso en particular se pudo observar que los álabes de primera etapa tenían impactos y melladuras y que las últimas etapas estaban muy dañadas, lo cual suele responder a una ingestión (FOD) con objeto metálico.

Figura 4-a. Condición encontrada en alabes internos de la primera etapa del compresor de la aeronave Aermacchi MB-326.
Figura 4-b. Condición encontrada en alabes internos de la primera etapa del compresor de la aeronave Aermacchi MB-326.
Las fuentes típicas de este modo de ingestión son cables de seguridad, tuercas, pernos, arandelas, remaches, pasadores de chaveta, accesorios y sujetadores de fuselajes y en algunos casos herramientas como destornilladores, alicates y escalas de metal.
Los artículos pequeños, como cables de seguridad, remaches y virutas de metal pueden causar daños leves, como abolladuras y marcas de golpes en las etapas delanteras del compresor, pero el daño del compresor suele ser más grave en las etapas traseras.

Esto se debe a que los objetos metálicos generalmente no se rompen al entrar en contacto con los álabes del compresor y continúan causando daños a medida que pasan por su interior. Debido a que las etapas traseras del compresor son más pequeñas que las etapas delanteras, comúnmente sufren daños proporcionalmente mayores que las etapas delanteras.

Con esta premisa se comenzó a buscar algún elemento o marca que indicara cual podría haber sido el objeto.

Se extrajo material encontrado en diferentes partes del motor, los cuales fueron enviados a laboratorio para determinar su composición.

VALIDACIÓN DE LAS HIPÓTESIS

Vale la aclaración en este punto, que por entonces no se contaba con los suficientes recursos tecnológicos para realizar la investigación, por lo cual se debió improvisar:

  1. La sección de Metrología contaba con un microscopio, pero el mismo no permitía sacar fotos. Se hizo fabricar en el torno una pieza adaptadora para poder colocar una máquina de fotos digital en el microscopio y así poder tomar imágenes.
  2. Una vez que se identificaba alguna marca en los álabes, era colocada la máquina de fotos digital y esta era tomada.
  3. El laboratorio de análisis de lubricantes colaboró con la identificación de los materiales encontrados, a través de ataques químicos para determinar su composición.

¿Qué es lo que se encontró?:

  1. Carter de Admisión: realizado el análisis con el microscópico se pudo observar en un álabe de la admisión, una impronta de características singulares. La misma se asemejaba a la dejada por un elemento roscado. Con un peine de rosca se pudo determinar que la misma respondía a un paso milimétrico de 0,8, que de acuerdo con la Norma de roscas métricas correspondería a un elemento de 5 mm de diámetro nominal.
Figura 5-a
Figura 5-b
Figura 5-c

Figuras 5-a, 5-b, 5-c Impronta en álabe de admisión, véase validación de paso de rosca con instrumento de medición de rosca.

  • Rotor de Compresor: además de los múltiples impactos observados durante el desarme, se pudo detectar una impronta de características similares a la descripta en el punto a) en el extremo de un álabe de la misma etapa. Por la posición de la impronta no fue posible obtener una imagen digital.

Al finalizar la etapa N°2 se pudo observar en uno de los numerosos impactos, una impronta en el borde de fuga de un álabe, con características singulares, las cuales pudieron asociarse al paso de una rosca de la misma magnitud que la observada anteriormente.

  • Estator de Compresor: además de los daños observados, con microscopio pudieron detectarse en 2 álabes, fisuras en el extremo inferior (pie de álabe). En ambos casos, la misma se extendía desde el borde de ataque hacia el borde de fuga. El análisis metalográfico posterior determino que la fisura se produjo en forma instantánea, no habiendo indicios de falla de material.
Figura 6. Fisura en pie de álabe de estator
  • Cámara de Combustión: en su interior se pudo encontrar mucho material deformado, el cual fue enviado al laboratorio para determinar su procedencia:
  • algunas con aspecto de haber sido cabezas de un remache. El estado del material no permitía determinar el tipo de rotura.
  • También se encontraron arandelas de aleación de aluminio.
  • Una partícula de magnesio, trozos de un compuesto de color negro, duro pero quebradizo (se supuso que podía ser alguna resina termoplástica o algún material de características similares)
  • Residuos carbonosos.
  • Turbina: al inspeccionarse los álabes con el microscopio, pudo detectarse en el borde de ataque de algunos álabes del rotor, impactos y metalización.

Realizado un ataque químico sobre la metalización observada, se pudo determinar que la misma correspondía a alguna aleación de aluminio.

La inspección visual sobre el estator de la turbina permitió identificar marcas de roce en dos sectores de este.

  • En el caso del rodamiento frontal se observó sobre la superficie de rodadura de la pista interna, marcas de deslizamiento axial ubicadas en coincidencia con la posición angular de las bolas de rodamiento. Las marcas incrementaban su ancho desde la parte posterior hacia la anterior, siendo sobre esta que alcanzaba el borde frontal.
Figura 7. Pista interna rodamiento frontal

CONCLUSIONES PARCIALES

  • La inspección visual del motor indicaba que el mismo habría impactado contra el suelo frontalmente.
  • En función del daño observado en el compresor se pudo determinar que el mismo fue consecuencia de una ingestión con un objeto extraño. La característica de la ingestión se asimilaba a las que se producen por objetos metálicos a altas RPM.
  • La impronta observada en el cárter de admisión correspondía a un elemento roscado de paso milimétrico. No fue posible determinar el origen del mismo, pero si se pudo asegurar que no pertenecía al motor, ya que todos sus componentes están en pulgadas.
  • En las etapas posteriores del rotor del compresor se pudo observar una impronta, la cual respetaba las características observadas en cárter de admisión.
  • La metalización de aluminio observada en la rueda de turbina permitió determinar que la ingestión se produjo con el motor a plena potencia, ya que el aluminio funde a partir de los 650 °C
  • Las marcas observadas en el rodamiento frontal permitieron asegurar que las mismas se produjeron con el motor detenido o a muy bajas vueltas en el momento del impacto contra el suelo. Asimismo, los restos de material encontrado en la cámara de combustión, indicaba que los mismos ingresaron con el motor detenido o a bajas RPM, ya que la temperatura de la cámara debió estar por debajo de la temperatura a la cual el aluminio pierde sus propiedades (450 °C)
  • La inspección realizada sobre los accesorios (bomba hidráulica, componentes del sistema de combustible, válvula bleed, etc.) y que no se detallan en este artículo, no fueron contribuyentes en la causa del accidente.

CONCLUSION FINAL (Causa Raíz)

La conclusión presentada en el informe de la investigación fue la siguiente:

El daño del motor se debió a la ingestión de un objeto metálico. Las improntas observadas indican que el elemento impactó en los álabes de admisión y progresó hacia las etapas posteriores, y por el daño producido y las características de las marcas dejadas, se pudo aseverar que se produjo con el motor a altas revoluciones, probablemente durante la carrera de despegue.

Al no subir el tren de aterrizaje, el piloto retarda el acelerador para no superar la velocidad límite para esta situación, de acuerdo con lo establecido por manual de vuelo, lo que induce la apertura de la válvula de descarga de compresor, generando una situación inestable por las condiciones mecánicas en que se encontraba el motor (pérdida), lo que se traduce en una caída de las RPM y ruidos extraños.

La maniobra realizada no permite restablecer las condiciones del motor y la aeronave se precipitó a tierra impactando con el motor a muy bajas RPM o con motor detenido.

NOTA: Este peritaje fue una parte de la investigación total, y si bien la falla del motor fue una de las causas por la cual se resuelve la eyección de la aeronave, se determinó que el deceso del piloto fue consecuencia del desprendimiento del arnés del paracaídas durante la separación del asiento, cayendo al suelo en forma violenta.

La resolución de la justicia sobre la investigación, en la causa caratulada: “ARMADA ARGENTINA S/DCIA. SINIESTRO FATAL AERONÁUTICO BASE NAVAL PUNTA INDIO”, procedente del Juzgado Federal de Primera Instancia N° 3, Secretaría N° 7, de La Plata, determinó:

A partir de dicha investigación se pudo establecer que tres fueron los hechos que afectaron al avión Aermacchi …: a) la imposibilidad de levantar el tren de aterrizaje; b) la falla en el funcionamiento del motor en virtud de la ingestión de un objeto extraño y c) la eyección y el desprendimiento del arnés del paracaídas del Teniente Alonso.

Respecto de la primera cuestión, se determinó que el motivo por el cual el tren de aterrizaje no subió después del accionar de la palanca de mando correspondiente se debió a una falla del circuito eléctrico, no pudiéndose especificar a cuál de ellas debido a la destrucción total de la aeronave. Asimismo, se estableció que, si bien el avión mencionado se encontraba a la fecha del accidente próxima a la finalización de su vida útil, de las constancias de autos surge que se encontraba en servicio y en condiciones de volar.

El daño en el motor obligó a la eyección de los tripulantes y, posteriormente, se produjo una falla en el sistema de seguridad de los arneses. De la conclusión del peritaje realizado por la Armada, surge que el daño en el motor se debió a la ingesta de un objeto metálico que impactó en los álabes de admisión de la turbina y progresó hasta las etapas posteriores, habiéndose producido dicha circunstancia con el motor a alta revolución, probablemente durante la carrera de despegue. Conforme a un examen de dicho elemento, se determinó que poseía un roscado de paso de 0,8 milímetros, que de acuerdo con la norma de rosca metálica correspondía a un tornillo de 5 milímetros de diámetro nominal2.

Este trabajo fue un hito en el desarrollo de la profesión, iniciando un proceso de aprendizaje en análisis de falla, búsqueda de evidencias y análisis de hipótesis, lo cual fue de aplicación mientras transité la carrera en la aviación naval. En la actualidad, en la industria petrolera he podido aplicar lo aprendido en análisis de falla, ahora sobre equipos rotantes, como bombas, motores y especialmente en aparatos individuales de bombeo, con la misma disciplina y rigurosidad.

Figura 8-a. Publicaciones del evento en principales diarios del país.
Figura 8-b. Publicaciones del evento en principales diarios del país.

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFIA

  • Manual de Vuelo, FLIGHT MANUAL, P.I. 1T-MB326GB-1
  • RIESGOS ASOCIADOS CON UNA PERDIDA DE COMPRESOR – Revista LA GAZZETTE – N°6 – DASSAULT AVIATION
  • INGESTION DE PIEZAS METALICAS (FOREIGN OBJECT DAMAGE) – MAINTENANCE AND PREVENTION GUIDE – GENERAL ELECTRIC

Autor: Viviana Cantarela
Jefe de Ingeniería de Mantenimiento YPF SA
viviana.cantarela@ypf.com

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