Evolução dos Requisitos de Aeronavegabilidade Relacionados à Fadiga Estrutural em Aeronaves

Evolução dos Requisitos de Aeronavegabilidade Relacionados à Fadiga Estrutural em Aeronaves Jessica Bello Naressi Faculdade de Tecnologia Professor Jessen Vidal FATEC SJC - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 609 de 868 - - - -

Visão Geral da Apresentação O objetivo desta apresentação é fornecer uma perspectiva sobre a evolução dos requisitos de fadiga em aeronaves da categoria transporte, incluindo: - Definição de dano por fadiga; - Principais acontecimentos históricos; e - Alterações nos requisitos. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 610 de 868 - - - -

O que é Dano Por Fadiga? É um dano progressivo, se inicia com o surgimento de pequenas trincas que crescem sob a ação de cargas repetidas e podem resultar na fratura do elemento estrutural. Ocorrem em locais específicos ou de modo generalizado, em toda a fuselagem. Principais causas: Falha de projeto ou de manufatura, material com defeito, erros na montagem e manutenção inadequada. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 611 de 868 - - - -

Evolução dos Requisitos de Fadiga Comet F-111 Aloha 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 CAR 4b.316 CAR 4b.270 Amdt 25-45 Amdt 25-96 WFD Rule Safe-life (SBR) Opção do requerente Fail-safe (SBD) Sim Inspeção impraticável? Não Damage-tolerance (SBI) WFD LOV - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 612 de 868 - - - -

Comet F-111 Aloha 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 CAR 4b.316 CAR 4b.270 Amdt 25-45 Amdt 25-96 WFD Rule Safe-life (SBR) Opção do requerente Fail-safe (SBD) Sim Inspeção impraticável? Não * 1937 - CAR - Civil Aviation Requirements (Regulamentos de Aviação Civil) Damage-tolerance (SBI) WFD LOV - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 614 de 868 - - - -

Projeto Safe-Life (SBR) CAR (Civil Aviation Requirements) 4b.316 (20 de Julho de 1950) contou com a abordagem vida segura (segurança-por-aposentadoria) para tratar fadiga de duas formas: Projetar a estrutura com o objetivo de não desenvolver trincas durante um período determinado (vida segura). Esta vida segura é confirmada com ensaios de fadiga, aplicando-se coeficientes de segurança adequados. Aposentar a estrutura ou componente antes que a vida limite seja atingida. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 615 de 868 - - - -

Comet O DeHavilland Comet entrou em operação em 1952. Primeiro jato comercial de transporte. Tecnologia Avançada. Integridade estrutural elevada. Dois acidentes em 1954. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 616 de 868 - - - -

Comet Causas Identificadas Falha por fadiga estrutural, devida a propagação instável de uma trinca na fuselagem. Início da falha em furos de rebites localizados junto ao canto das janelas. Pouca preocupação com o conceito de fadiga dos materiais levando ao erro de projeto da aeronave. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 617 de 868 - - - -

Comet Impacto Aeronaves passaram a adotar janelas com cantos arredondados, para assim reduzir a concentração de tensão. Alteração no CAR adição do 4b.270 em 1956, que incluiu a estratégia Fail- Safe como uma opção para Safe-Life. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 618 de 868 - - - -

Comet F-111 Aloha 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 * CAR 4b.316 CAR 4b.270 Amdt 25-45 Amdt 25-96 WFD Rule Safe-life (SBR) Opção do requerente Fail-safe (SBD) * 1964 - CAR renomeado para CFR (Code of Federal Regulations) Sim Inspeção impraticável? Não Damage-tolerance (SBI) WFD LOV - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 619 de 868 - - - -

Fail-Safe (SBD) A estrutura deve ser capaz de resistir ao carregamento esperado em serviço, mesmo que ocorra falha em um de seus componentes; Visa à detecção de falhas óbvias em tempos predeterminados; Projetos redundantes a fim de se evitar falhas; Considerado superior ao Safe-Life e mais fácil de implementar (Sem a necessidade de testes de fadiga em larga escala); Aviões certificados à prova de falhas teve vida indefinida. Porém... - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 621 de 868 - - - -

F-111 Força Aérea dos Estados Unidos; Geometria inovadora, asas móveis; Aços de alta resistência; Dezembro de 1969, com apenas 107 horas de voo, um F-111 perdeu a semi-asa esquerda. Treinamento de baixo nível, com menos da metade da carga limite permitida no projeto. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 622 de 868 - - - -

F-111 Causas identificadas Falha, desenvolvida durante a fabricação, na estrutura inferior da semi-asa esquerda. Não era uma falha obvia. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 623 de 868 - - - -

F-111 Impacto Preocupação em inspecionar a estrutura da aeronave; Alteração no CFR - Emenda 25-45 no Part 25. Obs.: USAF (Força Aérea dos EUA) determina o início dos estudos sobre estruturas para determinar um método que garantisse a integridade estrutural; Publicada a norma MIL-A-83444, definindo a filosofia DTA (Damage Tolerance Analysis); - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 624 de 868 - - - -

Comet F-111 Aloha 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 CAR 4b.316 CAR 4b.270 Amdt 25-45 Amdt 25-96 WFD Rule Safe-life (SBR) Opção do requerente Fail-safe (SBD) Sim Inspeção impraticável? Não Damage-tolerance (SBI) WFD LOV - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 625 de 868 - - - -

Damage Tolerance Amdt 25-45 - Exigia ao requerente avaliar toda a estrutura nas áreas possíveis de se propagarem falhas por fadiga. A estrutura deve manter sua resistência residual durante um período de uso mesmo após danos; As inspeções ou outros procedimentos são necessários para detectar possíveis falhas antes de ocorrer uma falha catastrófica. Porém... - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 627 de 868 - - - -

Aloha Airlines Boeing 737-200; Ilhas havaianas voos curtos / ambiente corrosivo; Projeto 75.000 ciclos - 89.680 ciclos acumulados; A fuselagem era dividida em quatro seções (cavernas e longarinas) e eram cobertas por painéis de alumínio rebitados a estrutura; Esses painéis eram sobrepostos e unidos por uma emenda feita com resina epóxi e cravada com três fileiras de rebites escareados. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 628 de 868 - - - -

Aloha Causas identificadas Devido ao ambiente corrosivo a resina epóxi se descolou; Rebites ficaram sobrecarregados e trincas surgiram nos furos (vários locais); Ruptura da parte superior da fuselagem durante vôo 35m²; Piloto consegue pousar com segurança; Apenas uma vítima fatal. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 629 de 868 - - - -

Aloha Impacto Alteração no CFR 14 Part. 25 - Amdt. 25-96 Widespread Fatigue Damage (WFD) - danos generalizados por fadiga. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 630 de 868 - - - -

WFD (1998) 25.571 alterado (Alteração 25-96) - Introduziu o termo WFD ; Abordava a ideia de que a presença simultânea de trincas de fadiga poderiam ocorrer na em vários locais da estrutura; Prevenir o WFD inclui: Ensaios; Posterior avaliação dos resultados dos testes em escala real; Avaliação das possibilidades de inspeção; Ações obrigatórias de manutenção. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 633 de 868 - - - -

LOV O LOV engloba conhecimentos do Damage Tolerance e WFD, requer: Ensaios, Análises de áreas sensíveis à propagação de trincas, Experiências em serviço, Entre outros estudos, para que com isso se estabeleça uma vida limite da estrutura, em que seja demonstrado que o WFD não ocorrerá. Importância de se estabelecer uma vida limite à estrutura e seus componentes (conceito safe-life). - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 636 de 868 - - - -

Conclusão A evolução ocorreu de modo positivo para a segurança de voo, pois após o acidente da Aloha Airlines não foram registrados outros acidentes de fadiga estrutural de grande impacto. Houveram incidentes que reforçaram a necessidade do estudo do WFD, mas sem vitimas, pois o dano foi detectado antes da falha generalizada. Recentemente (2015) foi realizada a 1ª reunião de um ARAC (grupo criado com autoridades, operadores, e fabricantes) que visa revisar o 25.571 e material associado, pois hoje tem algumas dificuldade de interpretação, falta de material guia, entre outros. Esse ARAC discute metálico e composto, e deve durar 2 anos. Assim, nos próximos 5 anos deve sair nova emenda do requisito. - - - - Anais do 8º Simpósio de Segurança de Voo (SSV 2015) - Direitos Reservados - Página 637 de 868 - - - -