"Fail safe" para no perder el remolque

En la vida cotidiana utilizamos con frecuencia conceptos muy consolidados en el mundo aeronáutico sin tan siquiera conocerlos. Es el caso del principio del que vamos a hablar hoy, el "Fail safe". ¿Quién no hace copias duplicadas de un archivo importante para evitar que, en caso de fallo del archivo de trabajo, no se pierda toda la información? La última aplicación casera de este principio que he visto consiste en una cadena de acero que une un vehículo y su remolque, colocada junto al enganche estándar de tipo bola. De esta manera, el usuario se asegura que en caso de fallo del sistema principal de enganche (el comercial de tipo bola), la cadena casera evita la separación de remolque y vehículo en pleno trayecto, y permite detener la marcha de forma segura para reparar el enganche.

Imagen: cartel de la película “FAIL SAFE”, dirigida por Sydney Lumet y protagonizada por Henry Fonda en 1964.

Pues bien, el principio "Fail Safe" en el diseño de aeroestructuras se basa igualmente en la existencia de una forma alternativa de soportar la carga si el componente principal de la estructura resulta dañado. De forma similar al ejemplo casero anterior, el sistema se concibe para que la carga se distribuya a través de otros componentes de la estructura, de manera que el fallo no comprometa el funcionamiento del sistema completo, ni se propague a ningún otro elemento adyacente. Así, bajo el principio de "Fail safe" se admite el fallo de un elemento durante el vuelo, pero se garantiza que este fallo no compromete la operatividad básica de la aeronave, aunque se disminuya levemente las cualidades del vuelo.

El ejemplo más claro de la filosofía "Fail safe" es el de la redundancia de elementos críticos. En estos casos existe un componente primario y otro inactivo o latente, que o bien entra en carga cuando se produce el fallo del primero, o bien trabaja simultáneamente con él, y es capaz por sí solo de sustituirlo temporalmente en caso de fallo.

La duplicación de componentes resistentes y el diseño de aeroestructuras bajo trayectorias múltiples de cargas son algunos ejemplos de conceptos "Fail safe" aplicados a la aeronave. Pero no son los únicos. La disposición de dos sistemas independientes para controlar el mismo mando, o el procedimiento de aterrizaje en portaaviones con el motor a plena potencia para poder ir al aire en caso de fallo de los cables de retención, son otros ejemplos de aplicación de este concepto.

"Fail safe" está muy ligado a la evolución de la fabricación de aeronaves a lo largo de la Historia. Después de la II Guerra Mundial se originaron cambios en la filosofía de diseño de las aeroestructuras, generalizándose la utilización de aleaciones de aluminio con alto contenido en zinc, de alta resistencia. Estas aleaciones presentan el inconveniente de que son muy sensibles a la fatiga y a la formación y propagación de grietas. De hecho, el modelo de Havilland Comet I, que fue el primer avión que se sometió a un ensayo de fatiga (concretamente se ensayó su grupo alar), registró sin embargo dos accidentes en 1954 debido al fallo por fatiga de la estructura de su cabina de pasajeros presurizada. A partir de estos accidentes surgió, junto con la filosofía de diseño "Safe life" de la que hablaremos en otro momento, el concepto "Fail Safe" que hoy nos ocupa.

Imágen: reactor commercial modelo de Havilland Comet I

Toda una generación de aviones comerciales se diseñó bajo esta filosofía, garantizando así la resistencia mecánica de sus estructuras, su robustez, y la escasez de fallos estructurales. Sin embargo, a partir de los años 70 empieza a existir una preocupación importante por la pérdida de seguridad en aviones antiguos que habían sido certificados bajo criterios “Fail-safe”. Se comprobó que algunas grietas podían alcanzar un tamaño crítico antes de ser detectadas cuando la aeronave envejecía. Accidentes ocurridos a finales de los 70 confirmaron que las inspecciones normales no eran suficientes para detectar este hecho, y el tristemente famoso accidente de Aloha Airlines en 1988 centró todas las miradas en las inspecciones realizadas a aviones con largo historial de servicio.

Además de crear exhaustivos programas de mantenimiento y de inspecciones para las aeronaves más antiguas aún en servicio, estos accidentes sirvieron para mejorar la filosofía de los diseños "Fail safe", introduciendo el concepto de "tolerancia al daño" en la fabricación de aeroestructuras. Este concepto garantizaba que los nuevos diseños soportarían sin fallo la presencia de daños importantes por fatiga o corrosión en sus materiales mediante la mejora de los métodos de calculo, la aplicación de nuevos conocimientos en mecánica de fractura, propagación de grietas en elementos estructurales, etc. El documento pionero en el concepto de tolerancia al daño es la norma MIL-A-83444 "Airplane Damage Tolerance Requirements" editada en 1974, y que ha servido de base para el diseño de la generación de aeronaves de los ochenta, como los modelos B747-400, B757, y B767 entre otros. Hoy en día, además de los principios de "Fail safe" y de "tolerancia al daño", las modernas aeroestructuras incluyen nuevas tecnologías para prevenir la aparición de la corrosión, y luchar contra su propagación en elementos estructurales.

En fin, después de toda esta retahíla mitad histórica, mitad técnica, podemos ver que nos volvemos a encontrar con otro principio de diseño aeronáutico fruto del más elemental sentido común, aunque por su denominación en lengua inglesa y su uso técnico parezca algo complicado y esotérico...¡además de ser muy útil para no perder el remolque!