WO2018015592A1 - Método y dispositivo para la inspección del daño en el revestimiento de un avión después del impacto de un rayo - Google Patents

Método y dispositivo para la inspección del daño en el revestimiento de un avión después del impacto de un rayo Download PDF

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visual
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energy
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Richard MURILLO
Sebastien DUPOUY
Antoine BREGAND
Irene BORILLO LLORCA
Romain COËMET
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Airbus Operations SAS
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Airbus Operations SL
Airbus Operations SAS
Airbus SAS
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    • B64D45/00—Aircraft indicators or protectors not otherwise provided for
    • B64D2045/0085—Devices for aircraft health monitoring, e.g. monitoring flutter or vibration

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the inspection of damage to an aircraft aircraft after the impact of lightning by achieving optimized permissible visual damage determined by the relationship between structural damage and visual damage caused by some energy from the impact of lightning.
  • Lightning strikes can affect air operations causing costly delays and service interruptions.
  • the result may vary from any damage to serious damage that may require immediate repair that may put the aircraft out of service for an extended period of time.
  • the severity of the damage is very variable and depends on multiple factors such as the energy level of the lightning.
  • the beam is initially attached to one end of the aircraft in one place and leaves by another. Due to the relative speed of the aircraft relative to the lightning channel, there may be several additional points of attachment between the initial and exit points (impact on sweeping), this can lead to up to hundreds of extended marks along the lining of the aircraft.
  • the direct effects of lightning strike are damage to the structure, including melting, pitting in the structure, burn marks around the screws and burned paint on the metal structures.
  • Zone 1 High probability of lightning strike (entry or exit).
  • Zone 2 High probability of lightning impact being swept from an initial junction point.
  • Zone 3 Any aircraft surface other than those contemplated in zones 1 and 2.
  • a maximum impact energy level is expected according to existing standards, for example, Eurocae ED-91 and ED-84.
  • existing standards for example, Eurocae ED-91 and ED-84.
  • the object of the invention is a method and a device for the inspection of aircraft damage after the impact of lightning on the basis of an optimized permissible visual damage threshold.
  • the CFRP coating After being struck by lightning, the CFRP coating comprises a set of visual marks. Some of them have both paint removed and potential structural damage.
  • the inspection method, object of the invention, is based on the link of these two parameters:
  • DV Visual Damage
  • SD Structural Damage
  • the method of inspection object of the invention allows the determination of a maximum visual damage by ensuring that the associated structural damage is always below the defined limits. This permissible visual damage is referred to as VD ADL from now on.
  • the invention develops a method to predict one of the parameters (DV or SD), when the other is known, with a defined level of confidence.
  • the conclusions of this method have been verified in a laboratory environment and in real flight conditions.
  • the parameter chosen as the "primary" or “main” parameter is of fundamental importance, since it allows finding a dependency. Not all of the above parameters have an influence or the same level of influence on visual damage. In this case, after analyzing several parameters, the lightning energy level or the lightning peak current is chosen as the primary parameter.
  • the method object of the invention comprises the following steps:
  • the threshold value is related to the Structural Damage (SD) of each brand and is obtained by the following steps: o Sort the empirical data of Structural Damage (SD) against Visual Damage (DV) for different lightning energy levels, the energy levels being below a maximum expected energy in the specific area of the aircraft in which the mark is located, or providing an admissible Structural Damage (ADL ) for the area of the aircraft in which the mark is located, or calculate a Visual Allowable Damage (VD ADL ) so that the maximum Structural Damage (SD) that can be found is less than the Permissible Structural Damage (ADL) for the area of the aircraft in which the mark is located, said Optimized Visual Damage (VD A DL) being the threshold value of the area.
  • SD Structural Damage
  • DV Visual Damage
  • VD ADL permissible Visual Damage
  • Both methods determine a permissible Visual Damage (DV A DL) for which the maximum Structural Damage (SD) that can be found is less than the Admissible Damage (ADL) for the area of the lining in which the mark is located. Therefore, if during an inspection there are damages caused by the impact of lightning and the Visual Damage (DV) is less than the admissible Visual Damage (DV A DL), it is possible to ensure the continuous operation of the aircraft without performing any tests Non destructive, saving time for the airline.
  • SD Structural Damage
  • ADL Admissible Damage
  • an object of the present invention is a device for inspecting damage to the aircraft after a lightning strike. It comprises a characteristic area that is equal to a Visual Damage threshold value that is related to the Structural Damage and in which the threshold value is calculated according to the previous method.
  • This device allows a quick comparison of the Visual Damage of each brand just by placing the device on the mark.
  • the advantage is that it provides even a faster visual inspection that leads to a reduction in ground time of the aircraft.
  • Figure 1 shows graphs that represent the behavior of Structural Damage (SD) and Visual Damage (DV) according to the energy level of the beam.
  • Figure 1 represents the case in which the method called “Boundary panel method” (maximum Structural Damage (SD) expected in that area of the aircraft is less than the admissible structural damage (ADL)) should be applied.
  • Figure 1b represents the alternative case, when the method called “Energy dependent method” must be used (the maximum structural damage (SD) expected in that area of the aircraft is greater than the admissible Structural Damage (ADL)) .
  • Figure 2 shows the two different approaches that can be used to find the Visual Damage - Structural Damage (VD-SD) relationship.
  • the rectangles represent the "Boundary Box Method", while the other growing lines represent the “Energy dependent method”.
  • "Energy level 1" is the least energetic
  • "Energy level 4" is the most energetic.
  • Figure 3 shows a qualitative representation of the "Bounding Box Method”.
  • Figure 4 shows the results obtained with the "Bounding Box Method" for a real example.
  • Figure 5 shows a graph showing a comparison of the qualitative results in the application of the "Boundary Panel Method” and the “Energy Dependent Method”.
  • Figure 6 shows a graph that represents the nature of the Visual Damage - Structural Damage (DV-SD) relationship and compares it to the statistical method used.
  • DV-SD Visual Damage - Structural Damage
  • Figure 7a shows graphs that represent the variation of the Structural Damage (SD) prediction intervals with respect to the maximum energy level tested, with the highest expected energy level of a specific area of the aircraft in which is the mark and 4 is the lowest.
  • Figure 7b highlights the possible problem of obtaining structural damage in areas that may initially be believed to be safe due to the maximum level of energy chosen.
  • SD Structural Damage
  • Figure 8 shows a graph that represents the energy level to calculate the permissible Visual Damage (VD ADL ), and the minimum and maximum Visual Damage (VD min , VD max ) for that energy level.
  • Figures 9a and 9b show graphs depicting the relations Visual permissible damage - energy (VD A DL - energy) and Minimum visual damage - energy (VD min -energy), respectively.
  • curve A represents the case when the minimum Visual Damage (DV min ) increases monotonically with energy
  • curve B represents the case when it is not.
  • Figure 10 shows three graphs showing the relationship Minimum Visual Damage - Admissible Visual Damage (VD m ⁇ n -VD A DL) - If the Minimum Visual Damage (VD min ) increases monotonically with the energy level, case A is applicable ; If the minimum Visual Damage (DV min ) does not increase monotonously with energy, case B1 and B2 apply.
  • Figure 1 1 shows a graph representing the relationship Structural Damage - Visual Damage (SD-VD) found using the method called "Energy Dependent Method”.
  • the method comprises the following steps:
  • VD max The maximum Visual Damage (VD max ) determined by the confidence interval is the permissible Visual Damage (VD A DL) -
  • the permissible Structural Damage (ADL) of the mark is greater than or equal to the upper limit of the bounding box, that is, that the maximum Structural Damage (SD max ). Therefore, the permissible Visual Damage (VD A DL) corresponds to the rightmost limit of the frame (VD max ), see Figure 4.
  • Method 2 Energy dependent method If the objective of the admissible Structural Damage (ADL) is not associated with the maximum expected energy in the studied area of the aircraft, see Figure 1b, a second method is used to determine the permissible Visual Damage (VD ADL ).
  • VD ADL Final permissible Visual Damage
  • Structural Damage increases exponentially, as does its dispersion. It would be possible to define precisely this behavior with an extensive campaign of lightning impact tests, but this option is not viable, since it would imply a considerable financial impact.
  • SD Structural Damage
  • the prediction interval decreases as the dispersion of damages associated with e 3 is smaller than that associated with ei. Therefore, the prediction interval crosses the line of the admissible Structural Damage (ADL), which allows to define a permissible Visual Damage (VD ADL3 ) that ensures that for lower values of Visual Damage (VD), the Structural Damage (SD) will be less than the admissible Structural Damage (ADL).
  • ADL admissible Structural Damage
  • VD ADL the permissible Visual Damage
  • VD ADL Visual Damage
  • SD Structural Damage
  • ADL Admissible Structural Damage
  • each energy level has an associated Visual Damage (DV) dispersion (see Bounding Box Method); therefore, you can predict a series of Visual Damage (DV) [DV min , DV max ] for each energy level.
  • DV Visual Damage
  • each energy level has an admissible Visual Damage (VD ADL ) and a minimum Visual Damage (VD min ) associated with it. See Figure 8.
  • the permissible Visual Damage (VD ADL ) corresponding to a specific energy level may be greater than the minimum Visual Damage (VD min ) of the highest energy levels, which implies that a higher Structural Damage (SD) can be found than the Permissible Structural Damage (ADL) for a Visual Damage (VD) lower than the Permissible Visual Damage (VD ADL ).
  • VD ADL Permissible Structural Damage
  • VD ADL Permissible Structural Damage
  • VD ADL Permissible Structural Damage
  • the minimum Visual Damage (VD min ) does not always follow an increasing monotonous relationship with energy (see Figure 9), which is why this circumstance can occur.
  • VD-SD Visual Damage - Structural Damage
  • ADL admissible Structural Damage
  • VD Visual Damage
  • VD ADL VB K * ⁇ WD ⁇ V ⁇ D M [1] with e * being the highest energy level included in the calculations and VD ADL * its associated permissible Visual Damage.
  • SD Structural Damage
  • ADL admissible Structural Damage
  • VD ADL ⁇ the admissible Structural Damage *
  • VD min the minimum Visual Damage
  • VD ADL the Permissible Visual Damage
  • VD ADL the Damage Maximum permissible visual
  • VD ADL -e the maximum energy level at which it is effected can be determined essay. Therefore, to determine the energies that should be tested, these steps must be followed:
  • VD ADL permissible Visual Damage
  • VD min minimum Visual Damage
  • VD A DL the permissible Visual Damage
  • VD min the Minimum Visual Damage
  • VD A DL permissible Visual Damage
  • VD min Minimum Visual Damage
  • VD ADL * the energy level that corresponds to the optimum permissible Visual Damage
  • the prediction interval is calculated taking into account the number of samples, the degree of confidence, the quality of the adjustment and the dispersion of the data through the use of existing mathematical methods found in the literature.
  • VD ADL the permissible Visual Damage
  • ADL the permissible Structural Damage
  • SD the permissible Structural Damage

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Abstract

Método y dispositivo para la inspección del daño estructural en revestimiento de una aeronave después de un impacto de rayo, el revestimiento comprendiendo un conjunto de marcas derivadas del impacto del rayo, dichas marcas comprendiendo un Daño Visual (VD) y un Daño Estructural (SD). El método comprende los siguientes pasos: - en cada marca, medición de la superficie de pintura que ha sido eliminada por el impacto del rayo, - comparar la superficie medida con un valor umbral de superficie, en el que el valor umbral está relacionado con el Daño Estructural (SD) de cada marca.

Description

MÉTODO Y DISPOSITIVO PARA LA INSPECCIÓN DEL DAÑO EN EL REVESTIMIENTO DE UN AVIÓN DESPUÉS DEL IMPACTO DE UN RAYO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un método y un dispositivo para la inspección de los daños en una aeronave avión después del impacto de un rayo mediante la consecución de un daño visual admisible optimizado determinado por la relación entre el daño estructural y el daño visual producido por una cierta energía del impacto del rayo.
ESTADO DE LA TÉCNICA
El impacto de rayos pueden afectar las operaciones aéreas causando costosos retrasos e interrupciones del servicio. Cuando los aviones comerciales son alcanzados por un rayo, el resultado puede variar desde ningún daño al daño grave que puede requerir reparación inmediata que puede poner la aeronave fuera de servicio durante un período prolongado de tiempo. La gravedad de los daños es muy variable y depende de múltiples factores tales como el nivel de energía del rayo. El rayo se une inicialmente a una extremidad de la aeronave en un solo lugar y sale por otro. Debido a la velocidad relativa de la aeronave respecto al canal del rayo, puede haber varios puntos de unión adicionales entre los puntos inicial y de salida (impacto en barrido), esto puede conducir hasta a cientos de marcas extendidas a lo largo del revestimiento de la aeronave. Los efectos directos del impacto de un rayo son los daños causados a la estructura, que incluyen fundido, picaduras en la estructura, marcas de quemaduras alrededor de los tornillos y pintura quemada en las estructuras metálicas. En el caso de estructuras de materiales compuestos, además de la pintura quemada, pueden encontrarse fibras dañadas y delaminaciones. En cada punto de entrada del arco del rayo, el daño en un componente de material compuesto se puede separar en dos partes: - En primer lugar, son visibles y cuantificables en la superficie exterior del fuselaje marcas de quemaduras y falta de pintura.
- En segundo lugar, se pueden encontrar en el interior del material compuesto, daños estructurales como el sobrecalentamiento de la resina, fibras rotas y delaminación. Algunas zonas de la aeronave son más propensas a la caída de rayos que otras. Es ya conocido y normalizado que la aeronave se puede dividir en varias zonas con respecto a la probabilidad de recibir un rayo:
Zona 1 - Alta probabilidad de impacto de un rayo (entrada o salida).
Zona 2 - Alta probabilidad de impacto de un rayo siendo barrido desde un punto de unión inicial.
Zona 3 - Cualquier superficie de aeronave que no sean las contempladas en las zonas 1 y 2.
En cada zona, se espera un nivel máximo de energía del impacto de acuerdo a las normas existentes, por ejemplo, Eurocae ED-91 y ED-84. Cuando la aeronave se encuentre de nuevo en el suelo después del impacto, debe evaluarse la severidad del daño y, dependiendo de la magnitud de los daños, pueden ser necesarias algunas operaciones de mantenimiento (reparación, inspección de áreas, etc.).
En estructuras CFRP (polímero reforzado con fibra de carbono), es bien sabido que los daños de delaminación pueden ser mayores que el daño externo observado (el daño visual), por lo que, con el estado actual de la técnica, se requiere una inspección con un dispositivo capaz de detectar daños en la estructura; normalmente, estos dispositivos de ensayo utilizan ultrasonidos, rayos X o termografía. La inspección se realiza marca a marca utilizando entre cinco y diez minutos en cada marca; por lo tanto, en el caso en el que hay numerosos puntos de fijación del rayo (impacto en barrido), el tiempo asociado a esas inspecciones en cada marca puede obligar a la aeronave a estar en tierra durante un tiempo significativo, poniendo en riesgo las operaciones diarias de la línea aérea. Así, la inspección de la aeronave después de un impacto de rayo consume mucho tiempo y sólo puede realizarse por personal cualificado.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención es un método y un dispositivo para la inspección de los daños de la aeronave después del impacto de un rayo sobre la base de un umbral de daño visual admisible optimizado.
Después de ser impactado por un rayo, el revestimietno CFRP comprende un conjunto de marcas visuales. Algunas de ellas tienen tanto pintura eliminada como daño estructural potencial. El método de inspección, objeto de la invención, se basa en el enlace de estos dos parámetros:
- El Daño Visual (VD), que hace referencia a la zona en la que la pintura ha sido eliminada del revestimiento CFRP por el impacto de rayos.
- El Daño Estructural (SD) como resultado de la caída de rayos que se refiere a los daños en las capas estructurales de los elementos compuestos en donde el laminado ha sido dañado de manera efectiva.
Se ha realizado un estudio profundo sobre el daño visual en comparación con el daño estructural en todo el rango de ambos parámetros con el fin de validar una política de autorización de las aeronaves basada en la confianza de los resultados predichos. Esta relación definida permite la definición de los daños estructurales que se pueden esperar para un daño visual dado. Los criterios de aceptación (daño visual) deben definirse de tal manera que las piezas de la aeronave afectadas son capaces de mantener el nivel de cargas estructurales que permite la operación segura continua de la aeronave.
El método de objeto de inspección de la invención permite la determinación de un daño visual máximo por el que se asegura que los daños estructurales asociados están siempre por debajo de los límites definidos. Este daño visual admisible se refiere como VDADL a partir de ahora.
Relación entre el daño visual y los daños estructurales
La relación entre el daño visual y el daño estructural no se ha estudiado ni por la industria ni por la comunidad científica.
Al elegir el parámetro principal adecuado que impulsa la relación y haciendo algunas hipótesis, la invención desarrolla un método para predecir uno de los parámetros (VD ó SD), cuando se conoce el otro, con un nivel de confianza definido. Las conclusiones de este método se han verificado en un entorno de laboratorio y en condiciones de vuelo reales.
Parámetro primario. - Varios parámetros tienen un impacto en el daño estructural, como espesor de la pintura, el espesor de CFRP, porcentaje de grosor dieléctrico del CFRP, refuerzo estructural, la corriente pico del rayo, la energía inyectada por el rayo, o lo que es lo mismo, el nivel de energía del impacto del rayo, etc. El parámetro elegido como parámetro "primario" o "principal" tiene una importancia fundamental, ya que permite encontrar una dependencia. No todos los parámetros anteriores tienen una influencia o el mismo nivel de influencia en el daño visual. En este caso, después de analizar varios parámetros, se elige como el parámetro primario el nivel de energía del rayo o la corriente pico del rayo.
Analizando los datos empíricos, se observa la existencia de una relación monótona creciente entre el daño visual medio y el nivel de energía del rayo o de la corriente pico, así como entre el daño estructural medio y el nivel de energía o la corriente pico. Esta observación será la base para establecer conclusiones diferentes para este método.
Suposición. - Se considera que el resto de los parámetros antes mencionados (por ejemplo, el espesor de la pintura, espesor CFRP, refuerzos estructurales) son menos significativos en comparación con el parámetro principal, asumiendo que estos parámetros están dentro del umbral definido por el fabricante de la aeronave (por ejemplo, el espesor de la pintura puede estar limitada por los procesos de fabricación, los requisitos operacionales y los daños esperables). Por lo tanto, estos parámetros secundarios pueden ser absorbidos como parte de la aleatoriedad natural que caracteriza el fenómeno rayo. Se proporciona un Daño Estructural admisible (ADL) para cada componente de la aeronave, es decir, para la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca. Dicho Daño Estructural admisible (ADL) se establece de acuerdo a las características técnicas del material del componente y a las cargas estructurales que el componente de la aeronave verá durante su vida útil.
El método objeto de la invención comprende los siguientes pasos:
- En cada marca, medición de la superficie de pintura que ha sido eliminada por el rayo (Daño Visual),
- Comparación de la superficie medida con un valor umbral de superficie, en la que el valor umbral está relacionado con el Daño Estructural (SD) de cada marca y se obtiene mediante las siguientes etapas: o ordenar los datos empíricos de Daño Estructural (SD) frente al Daño Visual (VD) para diferentes niveles de energía del rayo, los niveles de energía estando por debajo de una energía máxima esperable en la zona específica de la aeronave en la que se encuentra la marca, o proporcionar un Daño Estructural admisible (ADL) para la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca, o calcular un Visual Daño admisible (VDADL) para le que el Daño Estructural máximo (SD) que se pueden encontrar es menor que el Daño Estructural admisible (ADL) para la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca, dicho Daño Visual optimizado (VDADL) siendo el valor umbral del área.
Hay que tener en cuenta la reducción de la complejidad del método propuesto en comparación con el método del estado de la técnica. Se evitan ensayos no destructivos que consumen mucho tiempo; el operador sólo tiene que medir el daño visual causado por el impacto del rayo y compararlo con un valor de umbral previamente calculado.
Después de elegir el parámetro primario y el establecer la suposición, se han desarrollado los siguientes ejemplos de realización para establecer el método para calcular el Daño Visual admisible (VDADL):
- si el impacto esperado más energético de un rayo en la zona específica de la aeronave en la que se encuentra la marca provoca un Daño Estructural (SD) más bajo que el Daño Estructural admisibles (ADL) proporcionado, se utiliza un método llamado "Método del cuadro delimitador",
- si el impacto esperado más energético de un rayo en la zona específica de la aeronave causa un Daño Estructural (SD) superior al Daño Estructural admisible (ADL), se utiliza un método llamado "Método dependiente de energía".
Ambos métodos determinan un Daño Visual admisible (VDADL) para el que el Daño Estructural máximo (SD) que se puede encontrar es menor que el Daño Admisible (ADL) para la zona del revestimiento en la que se encuentra la marca. Por lo tanto, si durante una inspección se encuentran daños causados por el impacto de rayos y el Daño Visual (VD) es menor que el Daño Visual admisible (VDADL), es posible asegurar la operación continua de la aeronave sin realizar ninguna prueba no destructiva, ahorrando tiempo para la línea aérea.
También es un objeto de la presente invención un dispositivo para la inspección del daño en la aeronave después de un impacto de rayo. Comprende un área característica que es igual a un valor umbral de Daño Visual que está relacionado con el Daño Estructural y en el que el valor de umbral se calcula de acuerdo con el método anterior.
Dicho dispositivo permite una rápida comparación del Daño Visual de cada marca con sólo situar el dispositivo sobre la marca. La ventaja es que proporciona incluso una inspección visual más rápida que conduce a una reducción del tiempo en tierra de la aeronave.
Con este método, la mayor parte de los daños, en los que se necesitaba una inspección con un aparato de ultrasonidos, de rayos X o termografía, ahora se evalúan únicamente mediante inspección visual, ahorrando horas y aumentando la capacidad de funcionamiento de la aeronave.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Se proporcionan dibujos Para completar la descripción y con el fin de proporcionar una mejor comprensión de la invención. Dichos dibujos forman parte integral de la descripción e ilustran ejemplos de realización de la invención. Los dibujos comprenden las siguientes figuras.
La figura 1 muestra gráficos que representan el comportamiento del Daño Estructural (SD) y el Daño Visual (VD) según el nivel de energía del rayo. La figura 1 a representa el caso en el que se debe aplicar el método llamado "Método del cuadro delimitador" (máximo Daño Estructural (SD) que se espera en esa zona de la aeronave es menor que el daño estructural admisible (ADL)). La figura 1 b representa el caso alternativo, cuando el método llamado "Método dependiente de la energía" debe ser utilizado (el máximo daño estructural (SD) que se espera en esa zona de la aeronave es superior al Daño Estructural admisible (ADL)).
La figura 2 muestra los dos enfoques diferentes que se pueden utilizar para encontrar la relación Daño Visual - Daño Estructural (VD-SD). Los rectángulos representan el "Método del cuadro delimitador", mientras que las otras líneas crecientes representan el "Método dependiente de la energía ". "Nivel de energía 1 " es el menos energético "Nivel de energía 4" es el más enérgico.
La figura 3 muestra una representación cualitativa del "Método del cuadro delimitador".
La figura 4 muestra los resultados obtenidos con el "Método del cuadro delimitador" para un ejemplo real.
La figura 5 muestra un gráfico que muestra una comparación de los resultados cualitativos en la aplicación del "Método del cuadro delimitador" y del "Método dependiente de la energía".
La Figura 6 muestra un gráfico que representa la naturaleza de la relación Daño Visual - Daño Estructural (VD-SD) y lo compara con el método estadístico utilizado.
La figura 7a muestra gráficos que representan la variación de los intervalos de predicción de Daños Estructurales (SD) con respecto al nivel máximo de energía ensayado, siendo e1 el nivel de energía más alto esperado de una zona específica de la aeronave en la que se encuentra la marca y e4 el más bajo. La figura 7b destaca el posible problema de la obtención de daños estructurales en áreas que inicialmente puede creerse que son seguras debido al nivel máximo de energía elegida.
La Figura 8 muestra un gráfico que representa el nivel de energía para calcular el Daño Visual admisible (VDADL), y el Daño Visual mínimo y máximo (VDmin, VDmax) para dicho nivel de energía.
Las figuras 9a y 9b muestran gráficos que representan las relaciones Daño Visual admisible - energía (VDADL - energía) y Daño Visual mínimo - energía (VDmin-energía), respectivamente. En la figura 9b, la curva A representa el caso cuando el Daño Visual mínimo (VDmin) aumenta monotónicamente con la energía, mientras que la curva B representa el caso cuando no lo es.
La figura 10 muestra tres gráficos que muestran la relación Daño Visual mínimo - Daño Visual admisible (VDm¡n-VDADL) - Si el Daño Visual mínimo (VDmin) aumenta monotónicamente con el nivel de energía, el caso A es aplicable; si el Daño Visual mínimo (VDmin) no aumenta monótonamente con la energía, son aplicables el caso B1 y B2.
La figura 1 1 muestra un gráfico que representa la relación Daño Estructural - Daño Visual (SD-VD) encontrado utilizando el método llamado "Método dependiente de la energía".
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Dependiendo del nivel máximo de energía del rayo esperado en una zona definida de la aeronave y su relación con el Daño Estructural admisible (ADL) aplicable a dicha zona, se proporcionan dos ejemplos de realización diferentes para calcular el área del Daño Visual (el Método del cuadro delimitador y el Método dependiente de la energía).
Método 1 : Método del cuadro delimitador
Como se dijo anteriormente, este ejemplo de realización es válido para los casos en que el Daño Estructural admisible (ADL) de la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca está por encima del Daños Estructural (SD) asociado al nivel de energía máximo del impacto del rayo o el pico de corriente esperado de la sección de la aeronave estudiada, véase la figura 1 a.
En este método se hace una hipótesis fuerte: para el nivel de energía máximo anteriormente mencionado, se supone que no hay relación entre el Daño Visual (VD) y el Daño Estructural (SD), que conduce a analizar el Daño Visual (VD) y Daño Estructural (SD) como parámetros estadísticamente independientes. Esta hipótesis se basa en el supuesto de que, para un número suficiente de muestras, como el Daño Visual (VD) y el Daño Estructural (SD) tienen una dependencia monótonamente creciente con la energía y como el área bajo estudio está asociado a la energía máxima prevista, no se esperan daños mayores que los límites calculados.
El método comprende los siguientes pasos:
1 ) Clasificar los datos por el parámetro primario (es decir, el nivel de energía o pico de corriente). El nivel más alto nivel de energía ensayado corresponde con el impacto del rayo más energético que va a experimentar la zona dle revestimiento de la aeronave en la que se encuentra la marca.
2) Calcular el intervalo de confianza de cada tipo de daño para el nivel de energía más alto, teniendo en cuenta la cantidad de muestras disponibles para el estudio y el nivel de confianza que se quiera conseguir para cada tipo de daño (VD, SD) de forma independiente. Los límites calculados definen un "cuadro delimitador", donde están confinados los datos, véase la Figura 3.
3) El Daño Visual máximo (VDmax) determinado por el intervalo de confianza es el Daño Visual admisible (VDADL)-
Para verificar dicho cálculo, se debe asegurar que el Daño Estructural admisible (ADL) de la marca es mayor o igual que el límite superior del cuadro delimitador, es decir, que el Daño Estructural máximo (SDmax). Por lo tanto, el Daño Visual admisible (VDADL) corresponde al límite más a la derecha del cuadro (VDmax), véase la Figura 4.
Método 2: Método dependiente de la energía Si el objetivo del Daño Estructural admisible (ADL) no está asociado a la energía máxima esperada en la zona estudiado de la aeronave, véase la figura 1 b, se utiliza un segundo método para determinar el Daño Visual admisible (VDADL).
Con este método, es posible determinar y validar la figura del Daño Visual admisible final (VDADL) y reducir al mínimo el número de ensayos. Los ensayos de impacto de rayos son caros; este método permite:
(a) estimar el nivel de energía que se encuentra en el rango aceptable del Daño Visual (VD) para un Daño Estructural admisible definido (ADL), reduciendo así en lo posible el número de ensayos. (b) Una vez que se obtienen las energías que deben ser ensayadas, se puede determinar el Daños Visual admisible (VDADL)-
Como se ha mencionado, el Daño Visual (VD) y el Daño Estructural (SD) sigue de media una dependencia monótonamente creciente con la energía. De esto se puede deducir que el Daño Visual (VD) y el Daño Estructural (SD) siguen de media una dependencia monótonamente creciente, como verifican los datos empíricos.
La idea detrás de este ejemplo de realización es modelar adecuadamente esta relación Daño Estructural - Daño Visual (SD-VD) en todos los diferentes niveles de energía, en comparación con el primer caso, donde se analizaron el Daño Visual (VD) y el Daño Estructural (SD) de forma independiente para el nivel de energía máximo esperado. Se calcula un intervalo de confianza de la predicción de la relación Daño Estructural - Daño Visual (SD-VD).
Al analizar los parámetros del Daño Estructural (SD) y del Daño Visual (VD) de forma independiente (ejemplo de realización 1 ) los intervalos previstos independientes son más altos porque no se utiliza toda la información disponible. Teniendo en cuenta que el Daño Estructural (SD) y el Daño Visual (VD) siguen una relación monótona creciente, esto permite descartar algunas áreas (VD, SD); por lo tanto, el intervalo de predicción es más preciso. En la Figura 5, una comparación de los resultados cualitativos al aplicar el método del cuadro delimitador y el método dependiente de la energía revela una zona de sombra que corresponde a la zona que puede ser desechada cuando se utiliza el método dependiente de la energía, lo que representa mejor la física subyacente. Con el fin de alcanzar el primer objetivo (es decir, la estimación de la energía que debe ser ensayada por estar en un rango aceptable de Daño Visual (VD) y Daño Estructural (SD)), los siguientes temas deben ser resueltos:
• Los datos empíricos anteriores demuestran que la relación Daño Visual - Daño Estructural (VD-SD) es claramente exponencial, véase la Figura 6; a medida que aumenta la energía, el
Daño Estructural (SD) aumenta de manera exponencial, así como su dispersión. Sería posible definir con precisión este comportamiento con una extensa campaña de ensayos de impacto de rayo, pero esta opción no es viable, ya que implicaría un considerable impacto financiero. · Para superar este problema, tiene que ser utilizado un modelo matemático para determinar un intervalo de predicción para el Daño Estructural (SD). Desafortunadamente, no existe un modelo existente capaz de adaptarse a una curva exponencial con el aumento exponencial de la dispersión; los modelos estándar están dirigidos por la dispersión del Daño Estructural (SD) del nivel máximo de energía incluidos en los cálculos. Como resultado, valores extremadamente altos de Daño Estructural (SD) se predicen para los niveles más bajos de energía, dando resultados inútiles desde el punto de vista tecnológico aplicado. Esto es claramente una falla del modelo matemático como datos empíricos muestran que el límite de lo predicho por los modelos estándar es excesivamente conservador, véase la Figura 6.
• Dado que este método permite hacer estimaciones para bajas energías, se debe asegurar que los niveles más altos de energía no pondrá en peligro el Daño Visual permisible establecido (VD): no se pueden permitir Daños Estructurales (SD) más altos que el Daño Estructural admisible (ADL) para Daños Visuales (VD) más bajos que el Daño Visual admisible (VDADL), ver figura 7b, ya que esta situación podría dar lugar a un problema de seguridad. Para resolver los problemas antes mencionados, es necesario entender dos relaciones: la relación entre el Daño Visual (VD), el Daño Estructural (SD) y el Daño Estructural admisible (ADL); y la relación entre el Daño Visual (VD) y el nivel de energía.
• Daño Visual - Daño Estructural (VD-SD) relación con el Daño Estructural admisible (ADL): a. Cuando se calculan los intervalos de predicción, debido al aumento exponencial de la dispersión con la energía (véase la Figura 6), si se tienen en cuenta los niveles de energía más altos, el intervalo de predicción está dominado por los valores Daño Visual - Daño Estructural (SD-VD) del nivel más alto de energía. Vea la figura 7a; al añadir niveles de energía más altos para los cálculos (e4 e4+e3 e4+e3+e2 e4+e3+e2+e , siendo e¡ diferentes niveles de energía donde e4<e3<e2<e1), la curva de predicción del Daño Estructural (SD) (los valores máximos de Daño Estructural (SD), predichos para un Daño Visual (VD)) se modifica, ya que está fuertemente influenciado por el nivel de energía más alto.
Vea la Figura 7a. Para el caso ei , el intervalo de predicción nunca cruza con la línea del Daño Estructural admisible (ADL), por lo tanto, estadísticamente, para cualquier valor de Daño Visual (VD), el Daño Estructural (SD) obtenido será más alto que el Daño Estructural admisible (ADL).
Vea la Figura 7a. Para el caso e3 (sólo se tienen en cuenta los niveles de energía e3 y e4) el intervalo de predicción disminuye a medida que la dispersión de los daños asociados a e3 es menor que el asociado a ei . Por lo tanto, el intervalo de predicción cruza la línea del Daño Estructural admisible (ADL), lo que permite definir un Daño Visual admisible (VDADL3) que asegura que para valores inferiores de Daños Visuales (VD), el Daño Estructural (SD) será inferior al Daño Estructural admisible (ADL).
En consecuencia, el nivel de energía más alto que se tenga en cuenta para el método estadístico determinará el Daño Visual admisible (VDADL). A medida que el nivel de energía más alto disminuye, el Daño Visual admisible (VDADL) aumentará (es decir, VDADi_i < VDADL2< VDADL3< VDADL4) .
Por lo tanto, se pueden definir para diferentes niveles de energía diferentes Daños Visuales admisibles (VDADL), que cumplen la condición de Daño Estructural (SD) < Daño Estructural admisible (ADL).
• Relación Daño Visual (VD) con nivel de energía: a. Aunque existen diferentes posibles Daños Visuales admisibles (VDADL) para diferentes niveles de energía que cumplan la condición de Daño Estructural (SD) < Daño Estructural admisible (ADL), no todos los valores son viables.
b. Como ya se ha mencionado, cada nivel de energía tiene una dispersión del Daño Visual (VD) asociado (ver Método del cuadro delimitador); por lo tanto, se pueden predecir una serie de Daños Visuales (VD) [VDmin, VDmax] para cada nivel de energía.
c. Por lo tanto, cada nivel de energía tiene un Daño Visual admisible (VDADL) y un Daño Visual mínimo (VDmin) asociado al mismo. Vea la Figura 8.
d. El Daño Visual admisible (VDADL) que corresponde a un nivel de energía específico puede ser mayor que el Daño Visual mínimo (VDmin) de los niveles de energía más altos, lo que implica que puede encontrase un Daño Estructural (SD) más alto que el Daño Estructural admisible (ADL) para un Daño Visual (VD) más bajo que el Daño Visual admisible (VDADL).Vea la Figura 7b. Al contrario que el Daño Visual admisible (VDADL), el Daño Visual mínimo (VDmin) no siempre sigue una relación monótona creciente con la energía (véase la Figura 9), razón por la que puede producirse esta circunstancia.
Por lo tanto, teniendo en cuenta (a) la relación entre el Daño Visual - Daño Estructural (VD- SD) con el Daño Estructural admisible (ADL) y (b) la relación de Daño Visual (VD) con la energía, debe cumplirse la siguiente condición:
VB K *≤WD^ V ¥DM [1 ] siendo e* el nivel de energía más alto incluido en los cálculos y VDADL * su Daño Visual admisible asociado. Esta condición asegura que no habrá Daños Estructurales (SD) superiores al Daño Estructural admisible (ADL) para Daños Visuales (VD) más bajos que el Daño Estructural admisible* (VDADL <). · Es posible establecer la relación entre el Daño Visual admisible (VDADL) y el nivel de energía e, así como entre el Daño Visual mínimo (VDmin) y el nivel de energía e, véase la Figura 9. El Daño Visual admisible (VDADL) sigue una función monótonamente decreciente. El Daño Visual mínimo (VDmin) sigue una relación monótona creciente con la energía e, hasta un nivel de energía en donde, dependiendo de varios parámetros, puede o no puede continuar siguiendo una relación monótona creciente.
• Haciendo uso del conocimiento antes mencionado, puede establecerse una relación entre el Daño Visual mínimo (VDmin) y el Daño Visual admisible (VDADL), lo que permite determinar el Daño Visual admisible óptimo (VDADL), es decir, el Daño Visual admisible máximo (VDADL) que cumple la condición [1 ], véase la Figura 10. Volviendo a la relación Daño Visual admisible máximo - energía (VDADL-e), se puede determinar el nivel de energía máxima a la que se efectúa el ensayo. Por lo tanto, para determinar las energías a la que se debería ensayar, deben seguirse estos pasos:
1 ) Calcular el Daño Visual admisible (VDADL) y el Daño Visual mínimo (VDmin) estimados para los diferentes niveles de energía a partir de datos de las campañas de ensayos/ reales anteriores.
2) Encontrar la relación entre el Daño Visual admisible (VDADL) y los niveles de energía, así como entre el Daño Visual mínimo (VDmin) y los niveles de energía.
3) Relacionar el Daño Visual admisible (VDADL) y el Daño Visual mínimo (VDmin) para encontrar el Daño Visual admisible óptimo
(VDADL *), Í *≤ /« > s*.
4) Averiguar el nivel de energía que corresponde a la Daño Visual admisible óptimo (VDADL *) usando la relación encontrada en el paso 2. Una vez que se obtiene la máxima energía a ensayar, se deben seguir los siguientes pasos para validar empíricamente el Daño Visual admisible estimado (VDADL):
1 ) Obtención de datos el ensayo de al menos dos, recomendado tres o más, niveles de energía cercanos. Cuanto mayor sea el número de muestras, menores intervalos de predicción.
2) Encontrar la regresión más adecuada para relacionar el Daño Visual (VD) y el Daño Estructural (SD), siendo el Daño Visual (VD) la variable independiente y el Daño Estructural (SD) la dependiente (SD = f (VD) ). Esta regresión puede ser lineal o no lineal, dependiendo del caso específico (por ejemplo, en función del material y de la superficie de protección del rayo).
3) El intervalo de predicción se calcula teniendo en cuenta el número de muestras, el grado de confianza, la calidad del ajuste y la dispersión de los datos mediante el uso de métodos matemáticos existentes se encuentran en la literatura.
4) Determinar el Daño Visual permisible (VDADL), que corresponde a la intersección entre el Daño Estructural admisible (ADL) y el intervalo de predicción del Daño Estructural (SD). Esta intersección define una zona segura, donde se asegura que se encontrarán Daños Estructurales (SD) mayores que el Daño Estructural admisible (ADL) para un Daño Visual (VD) más bajo que el Daño Visual admisible (VDADL), véase la Figura 1 1 .

Claims

REIVINDICACIONES
1 .- Método para inspeccionar el daño estructural en el revestimiento de una aeronave después de un impacto de rayo, el revestimiento comprendiendo un conjunto de marcas derivadas del impacto del rayo, dichas marcas comprendiendo un Daño Visual (VD) en el que se ha retirado la pintura del revestimiento y un Daño Estructural (SD), donde la aeronave está dividida en diferentes zonas con respecto a la probabilidad de recibir el impacto de un rayo, teniendo cada zona un nivel esperado máximo de energía del impacto de un rayo, caracterizado por que el método comprende los pasos siguientes:
- en cada marca, medición de la superficie de pintura que ha sido eliminada por el impacto del rayo,
- comparación de la zona medida con un valor umbral de superficie, donde el valor umbral está relacionado con el Daño Estructural (SD) de cada marca y se obtiene mediante los siguientes pasos: o ordenación de datos empíricos de Daño Estructural (SD) frente al Daño Visual (VD) para diferentes niveles de energía o picos de corriente del impacto de rayo, los niveles de energía o picos de corriente estando por debajo de una energía máxima o pico de corriente esperable en la zona específica de la aeronave en la que se encuentra la marca, o proporcionar un Daño Estructural admisible (ADL) para la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca, o calcular un Daño Visual admisible (VDADL) para el que el Daño Estructural máximo (SD) que se puede encontrar es menor que el Daño Estructural admisible (ADL) para la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca, dicho Daño Visual admisible (VDADL) siendo el valor umbral de superficie.
2.- Método, según la reivindicación 1 , donde el Daño Estructural (SD) para el nivel máximo esperado de la energía o pico de corriente del impacto del rayo en la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca es menor que el Daño Estructural admisible (ADL), el nivel máximo de energía prevista en la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca se toma para calcular el Daño Visual admisible (VDADL).
3.- Método, según la reivindicación 2, que comprende los pasos siguientes para calcular el Daño Visual admisible (VDADL): - calcular, para el nivel de energía máximo esperado, un intervalo de confianza tanto para el Daño Visual (VD) como para el Daño Estructural (SD), de forma independiente,
- tomar el Daño Visual máximo (VDmax) del intervalo de confianza como el Daño Visual admisible (VDADL).
4.- Método, según la reivindicación 1 , donde si el Daño Estructural (SD) para el nivel máximo esperado de energía o pico de corriente del impacto del rayo en la zona de la aeronave en la que se encuentra la marca es mayor que el Daño Estructural admisible ( ADL), tiene que ser calculado un modelo de la relación Daño Estructural - Daño Visual (SD-VD) entre los diferentes niveles de energía.
5.- Método, según la reivindicación 4, que comprende los pasos siguientes para calcular el Daño Visual admisible (VDADL):
- calcular a partir de datos empíricos el Daño Visual admisible (VDADL) y el Daño Visual mínimo (VDmin) para cada nivel de energía,
- encontrar la relación entre el Daño Visual admisible (VDADL) y los niveles de energía, y entre el Daño Visual mínimo (VDmin) y los niveles de energía,
- encontrar un Daño Visual admisible óptimo (VDADL *), de acuerdo con,
encontrar el nivel de energía que corresponde al Daño Visual admisible óptimo (VDADL *) a partir de la relación entre el Daño Visual admisible (VDADL) y los niveles de energía, - validar Daño Visual admisible estimado (VDADL) relacionando Daño Visual (VD) y Daño Estructural (SD), y calculando el intervalo de predicción del Daño Estructural (SD).
6. - Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la etapa de comparación de la marca con el valor umbral de la superficie se realiza mediante un dispositivo que comprende una superficie que es igual al valor umbral de superficie (VDADL) tal que el dispositivo se localiza encima de la marca .
7. - Dispositivo para la inspección del daño en el revestimiento de una aeronave después del impacto de un rayo, caracterizado por que el dispositivo comprende una superficie que es igual a un valor umbral de Daño Visual admisible (VDADL) calculado de acuerdo con el método de una cualquiera de las reivindicación precedentes.
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