Los sistemas del avión tales como eléctrico, propulsión, ambiental, estática pitot y fluido hidráulico/neumático, pueden ser inspeccionados utilizando un aparato termal infrarrojo (IR). Los sistemas del avión utilizan mecanismos electro-hidráulicos, electromecánicos y electro-neumáticos, que, si están accesibles, pueden ser diagnosticados para los defectos que utilizan la tecnología infrarroja. Ya que los termógrafos son imágenes del calor, el principio de medida esta basado en el hecho que cualquier objeto físico que irradia energía en longitudes de ondas infrarrojas dentro de la porción de infrarrojo del espectro electromagnético puede ser graficada con equipo infrarrojo. Los sistemas probados con infrarrojo son vigorizados para localizar fallas y datos valiosos pueden ser reunidos, archivados y referenciados para comparaciones futuras.
Con la cooperación del Laboratorio Air Warfare Battle Lab (AWB) de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (USAF), la Misión Térmica Infrarroja (MTI) demostró que los datos termográfico pueden ser reunidos, pueden ser valorados y utilizados como un suplemento a operaciones actuales de mantenimiento del avión. El programa fue denominado "Ayuda de Diagnostico Termográfico para el Mantenimiento del Avión" o "TDAM". El objetivo primario fue de demostrar que una cámara infrarroja comercial recién retirada de los anaqueles de la tienda, podía ser utilizada como un localizador de fallas valioso para el mantenimiento del avión para la USAF. El cámara térmica M7800 de Mikron®, fue escogida debido al diseño duradero del puño de fusil, las capacidades funcionales, la calificación de golpe de 30G, el rango de temperatura de -20°C a 500°C y la habilidad de los aparatos para registrar las imágenes infrarrojas así como imágenes visuales digitales.
Demostración 1
La primera demostración sucedió en la Base de la Fuerza Aérea de la Montaña. Nuestros objetivos fueron de proporcionar verificaciones operacionales en un accesorio colector de un F 15E. Con el colector conectado a un soporte de prueba, los técnicos aplicaron presión hidráulica para simular una condición correcta de "non-bypassing". La imagen térmica en la Figura 1.1 representa el líquido hidráulico retenido en el lado correcto. La presión hidráulica entonces fue amplificada para crear una condición de bypass, que es mostrado con el líquido hidráulico que fluye por el colector (ver la Figura 1-2).
Demostración 2
El mismo día se nos pidió también confirmar el atrapamiento de agua dentro de un tablero de control de vuelo del alerón de un F 15C. El alerón había sido confirmado previamente con una radiografía. Utilizando una lámpara de calor, el panel fue calentado aproximadamente 5 minutos mientras era observado con las cámaras termales (ver la Figura 2). El equipo de demostración observó la energía térmica emitida de la concentración de agua dentro del alerón en el aparato infrarrojo. La imagen infrarroja entonces fue comparada a la radiografía tomada del mismo alerón, que eran exactas. La radiografía romo 24 horas para producir, nuestra demostración infrarroja fue producida en 5 minutos.
Demostración 3
La escuadrón 366 solicitó que el equipo de TDAM creara una maqueta eléctrica en la que dos de los diodos eléctricos exactos fueran utilizados para simular los sistemas eléctricos y ambientales del control en un ambiente del taller. El primer diodo había sido ciclado al final de su vida útil, aproximadamente 50,000,000 de veces y el segundo era totalmente nuevo con 0 ciclos. El diodo viejo mostró claramente temperaturas más altas que el nuevo debido a la avería de sendas eléctricas internas. Esta observación demostró que una imagen térmica sencilla de cualquier relevo u otra parte eléctrica del componente pueden ser identificadas claramente y puede ser reemplazada, antes de que cualquier funcionamiento defectuoso grave en tierra o en vuelo ocurra.
Demostración 4
Esta demostración fue realizada utilizando un banco de diez resistencias en línea. Para propósitos de prueba, una resistencia fue instalada intencionalmente hacia atrás y otra fue deliberadamente cortocircuitada a tierra, con el resto para ser conectada correctamente. Un milliamp de corriente fue aplicado al circuito y las temperaturas térmicas más altas del lugar fueron fáciles y aparentemente en ambas resistencias inducidos con defectos.
Demostración 5 y 6
La demostración 5 fue una prueba en un motor a reacción de Pratt y Whitney F100-PW-200. El motor se puso a trabajar en ralentí mientras las imágenes térmicas fueron tomadas y fueron aumentadas al dispositivo de poscombustión total para la observación adicional en RPM más altas. El enfoque principal del equipo de demostración fue capturar los sistemas de purga de aire y de anti congelamiento así como los componentes exteriores del motor con el generador de imágenes. La purga de aire y el anti congelamiento son operaciones esenciales para la seguridad del avión. Las secciones delanteras de la cala del motor son conductos anti hielo (mostrado en la Figura 3) y sistemas aéreos de purga operaban bajo condiciones normales, pero si había un escape en los ductos, mostrarían en el termógrafo como una pluma térmica grande. Es importante notar que las firmas de calor presentes en este termógrafo son sólo debido al cambio del flujo aéreo como aumenta en la temperatura cuando va más despacio al entrar al sistema.
La etapa decimotercera de aire purgado puede ser observada en la cámara térmica al ser presurizada y la actuación apropiada de la válvula anti hielo en sus posiciones abiertas y cerrada (ver la Figura 4.1). Cuándo las cámaras fueron llevadas de nuevo a la sala de pruebas para la reunión de informe y evaluación, una firma anormal de calor (ver la Figura 4.2) fue advertida en el lateral del Pratt y Whitney F100-PW-200. Los ingenieros de Pratt y Whitney fueron notificados y fueron consultados acerca de la discrepancia. Ellos investigaron inmediatamente la anormalidad. Un barómetro fue utilizado por un técnico de Pratt y Whitney para ver la capa interna del escudo contra el calor del motor en busca de una perforación u otra fuente posible de discrepancia. Después de varios diagnósticos técnicos fueron realizados, la conclusión fue que un pequeño residuo de aceite había estado presente fuera del compartimiento del motor, por consiguiente generando la firma de calor.
Demostración 7, 8, 9
El objetivo de la Demostración 7 fue evaluar el uso de la tecnología infrarroja en un F-15E Strike Eagle en pleno vuelo. Las imágenes térmicas de numerosos paneles fueron tomadas operando en niveles normales en el espectro infrarrojo (ver la Figura 5). Los paneles malos serían revelados por temperaturas más altas que la base de referencia, por lo tanto aislando el defecto evitando el tiempo de inactividad operacional. Después de una de las verificaciones ambientales con la válvula de fase final, detectamos un pequeño escape alrededor del sello de la válvula. Descargando las imágenes a un computadora personal con un programa de software de Mikron®, pudimos encontrar un escape filtrando las temperaturas más bajas a través de la función de isotermo (Figura 6). El aire del ambiente que rodea los objetivos puede alterar las interpretaciones y al descargar las imágenes al software permite al usuario filtrar el ambiente y las temperaturas ambientales. El equipo de demostración determinó también que el infrarrojo puede detectar fugas en la cabina del piloto durante la verificación de la presurización de la cubierta. Cada punto de escape fue revelado. El técnico se encontraba por el marco de cala del motor, y podía oír la corriente de aire, pero no podía sentirla. El aparato fue utilizado para verificar el escape alrededor de la cubierta (ver la Figura 7).
Demostración 10
La demostración 10 se enfoco en el sistema hidráulico durante las verificaciones de encendido. El fracaso hidráulico significa la pérdida de la función del control del vuelo, equipo muy valioso y posiblemente pérdida de la vida. Los sistemas de control de vuelo fueron una parte importante de la demostración porque es fácil de ver el estado operacional de algún componente hidráulico accesible. Es esencialmente importante que la mayoría de los aviones militares tengan sistemas de respaldo aislado y redundante. Un sistema hidráulico transmite la energía por medio del flujo líquido bajo presión que impulsa un pistón encerrado dentro de un activador mecánico. La fricción reduce el movimiento y la velocidad del pistón, luchando el activador mecánico. Cuándo la presión del aceite en ambos lados del pistón llega a ser baja (aceite lubricante), la fricción excesiva puede ser detectada en forma de calor. El fracaso del activador puede ser predicho si el usuario está adecuadamente capacitado para reconocer el problema. Las inspecciones de fase son ideales para localizar algún componente mecánico defectuoso. La válvula de control de flujo o la posición de la válvula del selector pueden ser detectadas al monitorear las temperaturas diferenciales a ambos lados de la válvula con un aparato infrarrojo. Los escapes hidráulicos pueden ser detectados y pueden ser localizados exactamente con muy poca capacitación o experiencia debido a la temperatura diferencial entre el líquido que escapa y el líquido todavía bajo presión en la línea. Durante una inspección de los estabilizadores verticales derecho e izquierdo, fue inmediatamente aparente que los activadores tuvieron dos firmas térmicas completamente diferentes. El derecho fue encontrado que estaba pasando internamente y fue reemplazado inmediatamente.
Demostración 11
La demostración 11 fue determinar la eficacia del termógrafo en el sistema de propulsiones. Un F-15E Strike Eagle en pleno funcionamiento fue establecido en la línea de vuelo para ver el motor trabajando en su proceso de poscombustión. Un aparato fue posicionado para capturar el sistema operando de la cara inferior del jet mientras el segundo capturaba el evento en un ángulo de 45° a una distancia de 15 a 20 pies. Durante el proceso de poscombustión, la imagen térmica representa los anillos del rocío de combustible en perfecta unisonancia en cada etapa de aumento (ver la Figura 8). Los patrones de la temperatura de la pluma están en un indicar simétrico perfecto del avión indicando que el sistema opera normalmente. Los paneles estuvieron también abiertos en la cara inferior del jet que revela los componentes operacionales del motor. Una cámara térmica fue puesta para capturar el líquido hidráulico que circula apropiadamente a través del motor y sus componentes de sistema operativo. Infrarrojo resultó un instrumento muy valioso para la localización de fallas para el sistema de propulsión.
Conclusiones
La misión Térmica y la base en la Montaña demostraron exitosamente los beneficios del programa de TDAM a la Fuerza Aérea de Estados Unidos y eventualmente podrá ser utilizada finalmente para escribir un estándar para el mantenimiento de avión del inventario entero. Mostramos que proporcionando los conceptos y la metodología apropiados, el personal de mantenimiento de avión puede utilizar infrarrojo como una valiosa ayuda de diagnóstico y reducir mucho la cantidad de horas-hombres invertidas en la localización de fallas para la discrepancia con programas actuales de mantenimiento. Esta misma tecnología puede ser utilizada en sus instalaciones para reducir el tiempo de inactividad, aumento de producción, mejorar la calidad de sus productos y reducir los regresos del producto.
Michael Delo es Vice Presidente de Mission Thermal Infrared, Inc., Aurora, IL. Para mas información sobre el programa de TDAM mande un correo electrónico a mike@missionthermal.com
