Método de prueba estándar ASTM F320 para la resistencia al impacto del granizo en recintos transparentes aeroespaciales

Método de prueba estándar ASTM F320 para la resistencia al impacto del granizo en recintos transparentes aeroespaciales

La norma "ASTM F320 Método de Prueba Estándar para la Resistencia al Impacto de Granizo de Carcasas Transparentes Aeroespaciales", desarrollada por la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM), describe un método de prueba para determinar la resistencia al impacto de una carcasa transparente aeroespacial (como un parabrisas, una cubierta, una ventana o una cubierta de lente) bajo condiciones de tormenta de granizo, utilizando granizo simulado compuesto de granizo moldeado en condiciones estrictamente controladas. Esta prueba también debe utilizarse para cumplir con los requisitos de rendimiento o de prueba de granizo especificados por diseño o contrato.

Método de prueba estándar ASTM F320 para la resistencia al impacto del granizo en recintos transparentes aeroespaciales

Para los efectos de esta norma, se aplican los siguientes términos y definiciones:

  • El daño se refiere a cualquier cambio en las características visuales o la integridad de un parabrisas como resultado del impacto del granizo, incluidos rayones, grietas, delaminación, fisuras, penetraciones o roturas.
  • La bola de hielo se refiere a una esfera de agua congelada con relleno que imita una piedra de granizo natural en términos de peso, tamaño y dureza.
  • El ángulo de impacto se refiere al ángulo entre la trayectoria de vuelo de la bola de hielo y la normal del objetivo.
  • Un sabot es el soporte de plástico que se utiliza para transportar la bola de hielo por el tubo de lanzamiento. Un tipo de sabot consiste en una varilla de policarbonato dividida con una cavidad central para sujetar la bola de hielo. Cada mitad del sabot está diseñada para asegurar una separación aerodinámica de la bola de hielo una vez que sale del tubo de lanzamiento.

El método de prueba consiste en proyectar una serie de bolas de hielo de tamaños específicos, a una velocidad y un ángulo específicos, siguiendo un patrón específico, contra un parabrisas de muestra. Se especifican los requisitos para la bola de hielo, la muestra de prueba, el procedimiento y la recopilación de datos. La bola de hielo se fotografía en vuelo para verificar su integridad. Se especifican los requisitos para el aparato de muestra y el procedimiento de prueba, pero se permiten opciones. Sin embargo, se debe demostrar que las opciones utilizadas producen una bola de hielo del mismo tamaño, consistencia y velocidad que el aparato y el procedimiento especificados. Se permiten opciones en las siguientes áreas:

  • Material para molde de bolas de hielo.
  • Lanzador. Se permite cualquier tipo de lanzador, siempre que la bola de hielo alcance la muestra intacta a la velocidad correcta. El uso de zuecos, así como su material y geometría, son opcionales.
  • Método para determinar la integridad de la bola de hielo.
  • Medición de la velocidad de la bola de hielo siempre que se cumplan los estándares de precisión.
  • Dimensiones de la muestra de prueba. Las indicadas son mínimas.
  • La seguridad debe cumplir con los estándares de seguridad de la instalación de prueba utilizada.

Este método de prueba permite determinar la resistencia al impacto del granizo en parabrisas con fines de aceptación, diseño, servicio o investigación. Con este método, considerando el ángulo y la velocidad del parabrisas instalados en una aeronave específica, se pueden determinar las tolerancias, criterios y requisitos de diseño para el parabrisas de ese vehículo.

Las instalaciones y el equipo necesarios para este procedimiento de prueba incluyen un campo de tiro adecuado equipado con un molde para bolas de hielo, un lanzador, un deflector de explosiones, una trampa para sabots, un sistema de medición de velocidad, un portamuestras y una cámara con o sin flash para verificar la integridad de las bolas de hielo. El equipo auxiliar necesario para esta prueba incluye la muestra, las bolas de hielo, los sabots y los cartuchos de ignición.

El campo de tiro debe ser un área cerrada de al menos 3 m x 6 m para contener escombros voladores y mantener alejado al personal no autorizado.

El molde de esfera de hielo son dos bloques de aluminio con cavidades hemisféricas y orificios de ventilación para el llenado de agua y para la expansión del agua durante la congelación.

Según lo especificado en esta norma, son adecuados diversos lanzadores. Además de la pistola de pólvora descrita en este método de ensayo, los laboratorios también han utilizado con éxito lanzadores de pistolas de gas comprimido. En la figura se muestra un ejemplo de un lanzador de pistola de pólvora, que consta de un cañón, un ánima, un tapón y una válvula de retención. El cañón debe estar fabricado con tubo de acero sin costura AISI 4130 de alta calidad o equivalente, en estado recocido.

En aplicaciones aeroespaciales, las carcasas transparentes, como las cubiertas de aeronaves, las ventanas y otros componentes de vidrio, son fundamentales no solo para la visibilidad, sino también para garantizar la seguridad estructural. Estas carcasas deben soportar diversas tensiones ambientales. Una de las más dañinas es el impacto del granizo a gran altitud o velocidad. La norma ASTM F320 proporciona un marco de prueba esencial para evaluar la resistencia de los plásticos transparentes utilizados en la aviación a los impactos del granizo.

Esta norma establece un método de laboratorio para simular y evaluar el rendimiento de los materiales plásticos transparentes utilizados en estructuras aeroespaciales frente al impacto de granizo. El objetivo es determinar la resistencia al impacto, la integridad y la durabilidad de los materiales en condiciones reales.

Esta norma es particularmente importante para:

  • Ventanas y marquesinas de cabinas de aviones
  • Parabrisas de helicópteros
  • Cúpulas transparentes, paneles de observación y radomos
  • Vehículos aéreos no tripulados (UAV) con lentes o cubiertas de sensores

El método estándar ASTM F320 implica procedimientos de laboratorio controlados que imitan las condiciones reales de granizo. Los elementos clave de la prueba incluyen:

  • Muestras de prueba: Muestras de plástico transparente, planas o curvas, que se utilizan habitualmente en sistemas de acristalamiento aeroespacial. Los materiales incluyen policarbonato, acrílico o compuestos laminados.
  • Granizos simulados: Los granizos artificiales están hechos de hielo y varían en tamaño y masa según el escenario de prueba. Los diámetros comunes oscilan entre 25 mm y 50 mm.
  • Velocidad de impacto: El granizo se proyecta sobre las muestras mediante pistolas de aire comprimido o dispositivos similares para alcanzar la velocidad de impacto esperada a la altitud y velocidad de crucero. Las velocidades pueden variar entre 30 y 120 m/s o incluso más.
  • Criterios de evaluación: Después del impacto, el material se examina para:
    • Fractura o penetración
    • Delaminación o agrietamiento
    • Pérdida de claridad óptica
    • Resistencia residual

La prueba se puede repetir en múltiples ubicaciones o en diferentes áreas para simular condiciones de tormenta de granizo.

La industria aeroespacial requiere materiales ligeros y altamente fiables que rindan en condiciones extremas. La norma ASTM F320 ayuda a fabricantes e ingenieros a:

  • Selección de materiales apropiados para los recintos de aviación
  • Evaluación del desempeño de seguridad en condiciones de granizo
  • Mejorar el diseño para lograr durabilidad y resistencia a largo plazo
  • Cumplir con los requisitos reglamentarios y de certificación (por ejemplo, FAA, EASA)

En resumen, la norma ASTM F320 promueve la consistencia, comparabilidad y repetibilidad en la evaluación de la resistencia al impacto. Esta norma es clave para garantizar la seguridad y fiabilidad de los recintos aeroespaciales transparentes contra el impacto del granizo. Contribuye al desarrollo de materiales y sistemas que protegen los equipos y reducen los riesgos en vuelo. A medida que evolucionan los materiales aeroespaciales, esta norma sigue proporcionando un punto de referencia para el rendimiento ante algunas de las amenazas más impredecibles de la naturaleza.

Nuestra organización, que lleva años apoyando a empresas de todos los sectores mediante una amplia gama de actividades de prueba, medición, análisis y evaluación, cuenta con un sólido equipo de empleados que siguen de cerca los avances científicos y tecnológicos globales y se mejoran constantemente. En este contexto, también ofrecemos servicios de prueba según el método de prueba estándar ASTM F320 para la resistencia al impacto del granizo de carcasas transparentes para aviación.

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