Método para evaluar la compatibilidad estructural de un avión para su uso en pistas de aterrizaje irregulares.

Un método para evaluar la compatibilidad estructural de un avión (2) para su uso en una pista de aterrizaje (5) que tiene un perfil con uno o más rugosidades (7,

8) en forma de protuberancias y/o huecos, que comprende las etapas de:

- generar (102) una primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) indicativa de la elevación y/o la depresión de la una o más rugosidades (7, 8) de la pista de aterrizaje (5) respecto a un valor de referencia;

- generar (102) una segunda curva de altura de protuberancia equivalente (30) mediante la realización de manera iterativa de análisis de rodaje virtual dinámico del avión (2) en una pista de aterrizaje de referencia que comprende, en cada iteración, solamente una única rugosidad de referencia en forma de una protuberancia o hueco, representada con una curva sinusoidal que tiene su propio valor de longitud de onda fijo (WL) y un valor de elevación de altura de protuberancia variable (BH) o valor de depresión de hueco,

indicando la segunda curva de altura de protuberancia equivalente (30) los valores límite de elevación y/o depresión como una función de rugosidades de referencia, de manera que, cuando el avión (2) encuentra dichas rugosidades de referencia, las tensiones transferidas a la estructura del avión o a partes del mismo son menores que una primera carga límite aceptable,

definiendo además la segunda curva de altura de protuberancia equivalente una primera región de aceptabilidad (31a) y una primera región de no aceptabilidad (31b) de dichas tensiones transferidas cuando el avión (2) encuentra dichas rugosidades de referencia;

- comparar (106) la primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) con la segunda curva de altura de protuberancia equivalente (30);

- generar (103) una primera curva de densidad espectral de potencia (62) mediante análisis espectral del perfil de la pista de aterrizaje (5);

- generar (103) una segunda curva de densidad espectral de potencia (60) mediante análisis de la densidad espectral de potencia de una pista de aterrizaje ideal real o virtual seleccionada como referencia, y de tal manera que los valores máximos extraídos por las cargas se han encontrado que son inferiores a los valores límite de diseño estructural del avión (2), o inferiores a un nivel de carga definido como el valor límite para garantizar la seguridad en términos de integridad estructural del avión o porciones del mismo,

estando relacionada la segunda curva de densidad espectral de potencia (60) con un perfil de una pista de aterrizaje de referencia, de tal manera que, cuando el avión (2) se desplaza a lo largo de dicha pista de aterrizaje de referencia, las tensiones transferidas a la estructura del avión o a partes del mismo son inferiores a una segunda carga límite admisible, definiendo además la segunda curva de densidad espectral de potencia (60) una segunda región de aceptabilidad (61a) y una segunda región no aceptabilidad (61b) de dichas tensiones transferidas cuando el avión (2) se desplaza a lo largo de la pista de referencia;

- comparar (107) la primera curva de densidad espectral de potencia (62) con la segunda curva de densidad espectral de potencia (60);

- verificar (108) si la primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) se desarrolla totalmente dentro de la primera región de aceptabilidad y si la primera curva de densidad espectral de potencia (62) se desarrolla totalmente dentro de la segunda región de aceptabilidad; y

- autorizar o denegar (112, 114, 116) al avión (2) el uso de la pista de aterrizaje (5) sobre la base del resultado de dicha etapa de verificación (108).

Método para evaluar la compatibilidad estructural de un avión para su uso en pistas de aterrizaje irregulares La presente invención se refiere a un método para evaluar la compatibilidad estructural de un avión para su uso en pistas de aterrizaje irregulares.

Las operaciones de rodaje en las pistas que se encuentran sin pavimentar o, en general, tienen irregularidades que pudieran representar situaciones criticas para numerosos componentes de los aviones modemos, debido a las tensiones que estas irregularidades transmiten a las ruedas, a los amortiguadores y a la estructura del avión en su conjunto.

En general, las superficies de las pistas de aterrizaje, en especial las de los aeropuertos civiles más importantes son tomadas como "nivel" como posibles, controladas y mantenidas a inteNalos regulares para un nivel de acabado superficial considerado aceptable por los operadores aeroportuarios. En los aeropuertos más pequeños, donde las pistas de despegue/aterrizaje se construyen sobre polvo/grava, el acabado superficial no siempre tiene el mismo grado de nivelación. Además, la longitud de las pistas de aterrizaje es tal que es prácticamente imposible asumir una superficie completamente "nivelada". Las tensiones transmitidas al avión que rueda sobre pistas de aterrizaje irregulares deben ser evaluadas, desde el punto de vista del limite de resistencia (es decir, no debe producirse ninguna deformación o rotura permanente debido a la superación de las cargas de diseño) y desde el punto de vista de fatiga en las estructuras primarias y secundarias del avión.

En general, cuando se define la rugosidad de una pista de aterrizaje, es necesario distinguir entre macro-rugosidades como protuberancias o huecos, si están situados aislados entre si (pOI" ejemplo, situados a una distancia entre si significativamente mayor que la longitud del avión) , o mutuamente consecutivos (es decir, situadas cercanas entre si, por ejemplo, a una distancia de aproximadamente la mitad de la longitud del avión o menos) , y micro-rugosidades, para las que se habla más bien de rugosidad de la superficie. En términos generales, se puede afirmar que la rugosidad de la superfiCie es del tipo de rugosidad que, en su mayor parte, solo puede provocar daños en los neumáticos de las ruedas, en primer lugar provocando un desgaste precoz. En lugar de ello, las protuberanciaslhuecos representan variaciones en la altura de la pista de aterrizaje, que puede ser abrupta o gradual respecto al perfil medido de la pista de aterrizaje considerada, y que, dependiendo de la velocidad de rodaje del avión, la longitud de las rugosidades y su altura, generan tensiones que los sistemas de absorción del choques no siempre pueden contener de manera sufICiente. En este caso, las tensiones inducidas por las rugosidades indicadas anteriormente se transmiten al resto de la celda del avión que, además de reducir la comodidad de los pasajeros, puede causar daños por sobrepasar los limites de carga del diseño y debido al desarrollo de vibraciones (en cualquier caso, a investigar para exduir la activación de fenómenos de resonancia con las frecuencias inltinsecas de la estructura) , asi como un aumento en la fatiga estructural respecto al caso de utilizar una pista de aterrizaje (idealmente) lisa.

En general, los métodos conocidos de análisis de rugosidad de pistas de aterrizaje se centran en definir el nivel aceptable de rugosidad de la superficie para todos los aviones comerciales que deben realizar el despegue/aterrizaje/operaciones de rodaje en la pista de aterrizaje dada (para evaluar el confort a bordo del avión y para maximizar la vida útil del propio avión y sus componentes, tales como el tren de aterrizaje, por ejemplo) . Por lo tanto, estos métodos proporcionan una evaluación útil de la pista para las autoridades del aeropuerto para controlar el estado y el mantenimiento de la pisla de aterrizaje. El documento de JM FIREBAUGH, "Estimation of Taxi Load Excedances Using Power Spectral Methods", J. Aircraft, vol. 5, No. 5, 1 de septiembre de 1968, divulga el uso de métodos espectrales de potencia en el análisis de cargas en tierra repetidas y graves en aviones mediante rugosidades en la pista de aterrizaje o de rodaje. El informe CROW 009-03 describe un enfoque de densidad espectral de potencia para el análisis de la rugosidad de la pista de aterrizaje, asi como un enfoque de altura de las protuberancias basado en el procedimiento de BoeingllCAO. El objeto de la presente invención es proporcionar un método para evaluar la compatibilidad estructural de un avión para su uso en pistas de aterrizaje irregulares, y que permita la evaluación de la capacidad estructural intrinseca del avión considerado para su uso en una pista de aterrizaje dada. En particular, el objeto de la presente invención es proporcionar un método para evaluar la compatibilidad estructural de un avión para su uso en pistas de aterrizaje irregulares, que permita un rápido análisis de la compatibilidad estructural en las fases de diseño y desarrollo, y es tal como para integrarse fácilmente en las fases de diseño y desarrollo para controlar los cambios estructurales para satisfacer los requisitos de compatibilidad estructurales especificos.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un método para evaluar la compatibilidad estructural de un avión para su uso en pistas de aterrizaje irregulares, tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

En particular, de acuerdo con la presente invención, se proporciona un método de acuerdo con la reivindicación 1 para la evaluación de la compatibilidad estructural de un avión (2) para su uso en una pista de aterrizaje que tiene un perfil con una o más rugosidades en forma de protuberancias ylo huecos.

Para una mejor comprensión de la presente invención, algunas realizaciones preferidas se describirán ahora, puramente a modo de ejemplo no limitativo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La figura 1 muestra esquemáticamente una pista de rodajefdespegue/aterrizaje irregular; La figura 2 muestra un detalle ampliado de una rugosidad de la pista en la figura 1, donde la rugosidad está matemáticamente aproximada mediante una función armónica; Las figuras 3a-3c muestran perfiles de rugosidad de una pista de aterrizaje y un método para calcular los valores de longitud de onda y amplitud equivalentes para cada rugosidad oonsiderada; La figura 4 muestra una curva con los valores máximos de desviación (alturas/depresiones) de las protuberanciaslhuecos para cada valor de la longitud de ondafrugosidad para una pista de aterrizaje a evaluar; La figura 5 muestra una curva con los valores máximos de desviación (alturas/depresiones) de las protuberanciaslhuecos en cada valor de la longitud de onda/rugosidad que se han enoontrado oompatibles en términos de tensión inducida en la estructura general del avión a través del análisis dinámico del rodaje realizado para las configuraciones pennitidas del avión, en ténninos de peso, centrado y todas las velocidades de rodaje (la curva representa el límite superior de aceptabilidad de las desviaciones sobre las cuales los límites de carga del diseño no se superan en ningún punto del avión) ; La figura 6 muestra las curvas de las figuras 4 y 5 en oomparación entre sí; Las figuras 7a-7e muestran seriales sinusoidales con las que es posible obtener, mediante superposición, un perfil de la pista de aterrizaje del tipo mostrado en la figura 7f, incluyendo macro-rugosidades del tipo de protuberanciaslhuecos; La figura 7f muestra un ejemplo de un perfil de la pista de aterrizaje obtenido a través de la superposición de seriales sinusoidales del tipo mostrado en las figuras 7a-7e; La figura 8 muestra, en una escala logaritmica, la linea recta que representa la interpolación lineal en un sentido al menos cuadrado del logaritmo de la curva de la densidad espectral de potencia (PSD) relativa a un perfil de la pista de aterrizaje tomado como referencia para un avión dado; La Figura 9 muestra, en una escala logaritmica, la linea recta que representa la interpolación lineal en un sentido al menos cuadrado del logaritmo de la densidad espectral de potencia relativa a un perlil de la pista de aterrizaje a evaluar; La figura 10 muestra las curvas de las figuras 8 y 9 comparadas entre sí; La figura 11 muestra, mediante un diagrama de flujo, las etapas del método de evaluación de acuerdo oon una realización de la presente invención; La figura 12 muestra, mediante un diagrama de flujo, las etapas del método de evaluación de acuerdo oon una realización adicional de la presente invención; y La figura 13 muestra un sistema infonTlático adecuado para implementar el metodo de evaluación en la figura 11

012.

Se sabe que variaciones significativas en el perfil... [Seguir leyendo]

1. Un método para evaluar la compatibilidad estructural de un avión (2) para su uso en una pista de aterrizaje (5) que tiene un perfil con uno o más rugosidades (7, 8) en forma de protuberancias y/o huecos, que comprende las etapas de: -generar (102) una primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) indicativa de la elevación y/o la depresión de la una o más rugosidades (7, 8) de la pista de aterrizaje (5) respecto a un valor de referencia; -generar (102) una segunda curva de altura de protuberancia equivalente (30) mediante la realización de manera iterativa de análisis de rodaje virtual dinámico del avión (2) en una pista de aterrizaje de referencia que comprende, en cada iteración, solamente una única rugosidad de referencia en forma de una protuberancia o hueco, representada con una curva sinusoidal que tiene su propio valor de longitud de onda fijo (WL) y un valor de elevación de altura de protuberancia variable (BH) o valor de depresión de hueco, indicando la segunda curva de altura de protuberancia equivalente (30) los valores límite de elevación y/o depresión como una función de rugosidades de referencia, de manera que, cuando el avión (2) encuentra dichas rugosidades de referencia, las tensiones transferidas a la estructura del avión o a partes del mismo son menores que una primera carga limite aceptable, definiendo además la segunda curva de altura de protuberancia equivalente una primera región de aceptabilidad (31a) y una primera región de no aceptabilidad (31 b) de dichas tensiones transferidas cuando el avión (2) encuentra dichas rugosidades de referencia; -comparar (106) la primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) con la segunda curva de altura de protuberancia equivalente (30) ; -generar (103) una primera curva de densidad espectral de potencia (62) mediante análisis espectral del perfil de la pista de aterrizaje (5) ; -generar (103) una segunda CUNa de densidad espectral de potencia (60) mediante análisis de la densidad espectral de potencia de una pista de aterrizaje ideal real o virtual seleccionada como referencia, y de tal manera que los valores máximos extraídos por las cargas se han encontrado que son inferiores a los valores limite de diseño estructural del avión (2) , o inferiores a un nivel de carga definido como el valor limite para garantizar ta seguridad en términos de integridad estructural del avión o porciones del mismo, estando relacionada la segunda curva de densidad espectral de potencia (60) con un perfil de una pista de aterrizaje de referencia, de tal manera que, cuando el avión (2) se desplaza a lo largo de dicha pista de aterrizaje de referencia, las tensiones transferidas a la estructura del avión o a partes del mismo son inferiores a una segunda carga limite admisible, definiendo además la segunda curva de densidad espectral de potencia (60) una segunda región de aceptabilidad (61a) y una segunda región no aceptabilidad (61b) de dichas tensiones transferidas cuando el avión (2) se desplaza a lo largo de la pista de referencia; -comparar (107) la primera curva de densidad espectral de potencia (62) con la segunda curva de densidad espectral de potencia (60) ; -verificar (108) si la primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) se desarrolla totalmente dentro de la primera región de aceptabilidad y si la primera curva de densidad espectral de potencia (62) se desarrolla totalmente dentro de la segunda región de aceptabilidad; y -autorizar o denegar (112, 114, 116) al avión (2) el uso de la pista de aterrizaje (5) sobre la base del resultado de dicha etapa de verificación (108) .

2. El método según la reivindicación 1, que comprende además las etapas de: -adquirir (100) el perfil de dicha pista de aterrizaje (5) midiendo, en la linea central de la pista de aterrizaje (5) , los valores de elevación yfo depresión de una o más rugosidades (7, 8) de la pista de aterrizaje (5) en puntos de medición separados entre sí en una cantidad (i) predeterminada respectiva; y -determinar (102) , sobre la base del perfil (100) adquirido, la primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) .

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que la etapa de autorización (112) solo se realiza si la primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) se desarrolla por completo dentro de la primera región de aceptabilidad (31a) y si la primera curva de densidad espectral de potencia (62) se desarrolla totalmente dentro de la segunda región de aceptabilidad (61a) .

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende, después de dicha etapa de negación (116) , la etapa de modificación de uno o más elementos estructurales de dicho avión (2) , de manera que la primera curva de altura de protuberancia equivalente (25) se desarrolla totalmente dentro de la primera región de aceptabilidad (31a) yfo la primera curva de densidad espectral de potencia (62) se desarrolla totalmente dentro de la segunda región de aceptabilidad (61a) .

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de realizar el análisis de rodaje dinámico comprende, para cada rugosidad de referencia considerada, la etapa de aumentar el valor de elevación de altura de protuberancia (BH) o el valor de depresión del hueco, hasta un valor limite en el que el avión (2) , o partes selectivas del mismo, alcanza un valor limite máximo de la primera yfo segunda cargas admisibles.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que la etapa de generar la primera curva de altura de protuberancia (25) comprende realizar iterativamente las etapas de:

-representar, en un sistema de coordenadas espaciales, el perlil (12) de la primera pista de aterrizaje (5) , de modo que los valores de elevaciónfdepresión de una o más rugosidades (7, 8) de la primera pista de aterrizaje (5) están asociados con el eje de ordenadas, y una extensión de la primera pista de aterrizaje (5) definida por la secuencia de dichos puntos de medición está asociada con el eje de abscisas;

-generar una regla virtual entre un primero y un segundo puntos (A, B; B') pertenecientes al perlil (12) de la primera pista de aterrizaje (5) ; -definir un tercer punto (C; C') , perteneciente al perlil (12) de la primera pista de aterrizaje (5) , comprendido entre el primero y el segundo puntos (A, B: B') : -asociar un valor de altura de protuberancia equivalente (BH1; BH2; BH3) con una distancia, medida sobre dicho eje de ordenadas, entre la regla virtual y el tercer punto (C; C') ; -asociar un valor de longitud de onda de protuberancia equivalente (WL 1; WL2; WL3) con una extensión de la regla virtual medida en dicho eje de abscisas; -asociar el valor de altura de protuberancia equivalente (BH1: BH2: BH3) con el valor de longitud de onda de protuberancia equivalente (WL 1; WL2; WL3) .

7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la segunda curva de altura de protuberancia (30) se desarrolla en un primer sistema de coordenadas espaciales equivalente definido por un eje de coordenadas asociado con dicho valor de altura de protuberancia equivalente (BH1 ; BH2; BH3) Y un eje de abscisas asociado con dicho valor de longitud de onda de protuberancia equivalente (WL 1; WL2; WL3) , comprendiendo la primera región de aceptabilidad de cargas admisibles un área del sistema de coordenadas espaciales equivalentes subtendido por la segunda curva de altura de protuberancia (30) , y comprendiendo la primera región de no aceptabilidad de las cargas admisibles regiones del sistema de coordenadas espaciales equivalente no subtendido por la segunda curva de altura de protuberancia (30) .

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la segunda curva de densidad

espectral de potencia (60) se representa en un sistema cartesiano, comprendiendo la segunda región de aceptabilidad de cargas admisibles un área del sistema cartesiano subtendida por la segunda curva de densidad espectral de potencia (60) , y comprendiendo la segunda región de no aceptabilidad de cargas admisibles un área del sistema cartesiano diferente del área subtendida por la segunda curva de densidad espectral de potencia (60) .

9. Un producto de software infonnático que puede cargarse en unos medios de procesamiento (200) de un sistema para el diseño yfo el desarrollo de un avión (2) , y diseñado de tal manera que, cuando se ejecuta, los medios de procesamiento están configurados para poner en práctica el metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1

a 8.