F-35: Em busca de uma solução

A estréia operacional há muito adiada para o Lockheed Martin F-35 Joint Strike Fighter, está em risco de novas derrapagens devido a um problema crítico de segurança com o seu motor Pratt & Whitney F135 para o qual ainda não foi identificada nenhuma causa única. Os líderes seniores inicialmente rejeitaram o incêndio que danificou o F-35 AF-27 na Base Aérea Eglin, Flórida, como um “one-off incidente”, como o comandante do US Marine Corps, general James Amos, chamou em meados de julho. No entanto, Aviation Week tem conhecimento de que, pelo menos, cinco motores foram removidos do F-35 depois de mostrar sinais de desgaste prematuro.

A equipe de testes de voo do JSF, tem até o final deste mês para demonstrar e validar o trabalho operacional acerca do desenvolvimento de 21 sistemas e demonstração (SDD), permitindo a frota voar sem as restrições de voo onerosas que foram impostas após o incêndio. Se isso não for feito a tempo, a programação de vôos de testes, que suporta a capacidade operacional inicial (IOC), estará em perigo, disse o tenente general Chris Bogdan, Diretor do programa JSF, em 03 de setembro.

Enquanto isso, a Pratt & Whitney está trabalhando nos componentes do motor redesenhado, que se destinam a evitar que o problema se repita, com o objetivo de levantar as restrições sobre a formação e táticas da frota de desenvolvimento  doJSF. Enquanto a investigação sobre os defeitos de fogo e afins está em curso, Bogdan diz que 138 possíveis causas foram reduzidas a quatro. Mudanças de design propostas pela Pratt estão previstas no pressuposto de que uma investigação mais aprofundada irá validar essas conclusões e destina-se a tratar de qualquer das causas prováveis.

Não foram estabelecidos prazos firmes ou números de custo para o redesign, a produção de cut-in ou retrofit, mas chefe de aquisições do Pentágono, Frank Kendall disse em 03 de setembro: “Estou ficando mais confiante. Eu não acho que vai ser um enorme custo [para consertar o motor]. ”

O escritório do programa JSF se recusa a dar detalhes sobre os danos ao AF-27 e diz que ainda que não definiu se o caça de 205 milhões dólares (o seu custo de aquisição do programa, de acordo com o 2013 Selected Acquisition Report) podem ser restaurados para condições de vôo.

Para a Pratt & Whitney, o risco para o cronograma do F-35 surge junto com mais um grande programa-teste, o Bombardier CSeries, em espera devido a um problema com um novo motor P&W.

Cinco motores F135 foram retirados do F-35 depois de terem falhado durante um regime de inspeção instituído após o o incêndio de 23 de junho. Um dos motores que falhou, foi removido do F-35 CF-9 (nono produção F-35C), uma aeronave com menos de 70 horas de vôo, de acordo com um oficial militar aposentado e veterano no programa.

Bogdan diz que o problema foi desencadeado por um evento três semanas antes do incêndio, quando AF-27 voou em uma manobra benigna, bem dentro do envelope normal, que envolveu uma combinação específica de guinada, rolagem e cargas G verticais. O motor foi “flexionado” a um grau inesperado durante 2 seg. na manobra, diz Bogdan. Isso causou um “hard rub” em um estator do fan contra o rotor do motor.  O aquecimento por fricção resultou em temperaturas materiais estimadas de 1.900ºF comparado com uma temperatura de projeto de 1.000ºF.

Esta temperatura levou a micro-rachaduras nas pás do terceiro estágio, de acordo com Bogdan. As fissuras subsequentemente cresceram em condições normais de funcionamento e fez com que as lâminas se separassem do disco. A carcaça do motor não conteve uma ou mais das lâminas, que perfuraram a célula de combustível adjacente para a esquerda e à ré. A mistura resultante do combustível e ar superaquecido causou o incêndio.

Sinais de desgaste do estator do rotor do tipo, que se acredita ter causado a falha, são aparentes em imagens fornecidas na Aviation Week pelo ex-funcionário do programa. As imagens são do motor removido da CF-9, diz ele. Adquiridos com uma câmera e de fibra ótica flexível, compreendendo uma sonda borescópica, mostram as extremidades internas das lâminas do estator suspensas em fase fã do motor, e um selo de ponta do tipo faca na seção entre estágios do rotor.

Aviation Week pediu ao Escritório do Programa JSF para confirmar que as imagens eram da CF-9, mas o escritório se recusou a fazê-lo.

A investigação reduziu as causas para quatro principais suspeitas, de acordo com Bogdan. Um fator importante na investigação foi a de que pelo menos dois dos F135 que falharam ​​não tinham motores com muitas horas de vôo. O AF-27 fez seu primeiro vôo no final de abril de 2013 e o CF-9 voou três meses depois. De acordo com informações fornecidas pelo ex-oficial militar, quando o CF-9 foi tirado da linha de vôo no final de julho, ele havia acumulado 66,7 horas de vôo do motor e 146.5 horas de funcionamento do motor desde o seu start inicial. Ele tinha passado por duas inspeções de borescope depois de 13 de julho, com apenas 1,3 horas de vôo do motor entre a inspeção anterior e a verificação que falhou.

O F135 dispõe de selos nas pontas de ambos os aerofólios estáticos e rotativos, com material abradable (“dentes”) sobre as lâminas e uma faca de ponta na parte externa do rotor (para estatores) e no interior da caixa (para rotor lâminas). Num motor de alto desempenho, em que cada fase tem uma elevada relação de pressão, a vedação próximo da ponta é essencial para minimizar a fuga de ar a partir da parte traseira do motor para a frente, o que reduz o rendimento e eficiência. O fio da navalha corta um canal quando o motor é executado pela primeira vez, mas de acordo com uma fonte da indústria do motor, “selos de faca em um ventilador são desenvolvidas para não esfregar ou esfregar muito limitado em operação normal.”

A razão pela qual manobras G moderadas, estaria, relacionadas com a “esfregar duro” e superaquecimento, não foi definitivamente identificado, mas uma ligação causal entre as cargas de manobra e folgas dentro do motor aponta para distorção ou deslocamento dos componentes do motor. O F135 é o motor mais pesado de um caça de alta performance já construído, pesando 70% a mais do que a P&W F100 e medindo 24% maior em diâmetro, com as forças de inércia e giroscópicos consequentemente maiores. O motor do Pegasus do AV-8B Harrier II, com um diâmetro semelhante ao F135, sofria com as lâminas de fricção em caso de partidas de vôo normal, e os motores tiveram que ser removidos para inspeção e revisão.

Esta imagem do borescópio da Aviation Week, mostra supostamente a evidência de fricção entre o material duro abradable nas lâminas do estator (esquerda e direita) e do metal de selos de faca no rotor do motor montado aviões CF-9.

O trabalho de reparação está a ocorrendo ao longo de duas faixas. A frota SDD está realizando testes de vôo para desenvolver e validar um procedimento de “burn-in”, que compreende uma sequência prescrita de manobras, que se destina a desgastar os materiais abradable na vedação de forma gradual, sem atingir temperaturas fora do design. A meta inicial é limpar a aeronave SDD por um envelope de vôo maior, a fim de manter os testes dentro do cronograma. É possível, diz Bogdan, que o procedimento de burn-in seja suficiente para evitar a repetição do problema.

No próximo mês, no entanto, a Pratt & Whitney deverá começar a testar uma seção do fan modificado com uma tira de massagem mais profunda- abradable, que devem mitigar os efeitos encontrados em junho, independente da causa chave da fricção. “A correção final é destinada a atender a vida útil, completa”, diz o fabricante. “Esperamos ser capazes de compartilhar mais detalhes na conclusão de nossos testes.”

A P&W irá pegar a guia para correções para os 156 motores já entregues. “A reação de Pratt and Whitney para este problema, na minha opinião, foi muito, muito boa”, diz Bogdan. “Do ponto de vista técnico, eles colocaram a sua equipe A no presente. Do ponto de vista de negócios, eles percebem que este é um problema que precisa ser resolvido. “Bogdan diz que o item mais crítico é encontrar uma data para a necessidade de modificar a aeronave padrão do Marine Corps IOC.

No âmbito do programa de retorno ao vôo que se seguiu ao 03 de julho, inspeções borescope foram mandatórias a cada três horas de voo, a velocidade máxima foi limitada a Mach 0,9, e os aviões eram restritos a -1 g para 3 g. A frota também foi limitada a 18 graus de ângulo de ataque e de deflexão meio-stick. As aeronaves de teste estão apuradas para Mach 1,6 e 3,2 G, e podem voar até 6 horas entre as inspeções e, se engajados em missões de reabastecimento aéreo ou em trânsito para intervalos para testes de armas. O F-35 BF-3, que é instrumentado para testar cargas, está sendo usado para ajudar a limpar o envelope de vôo.

Nem o escritório do programa nem A Pratt & Whitney têm respondido a uma pergunta sobre as razões do porque, os sistemas de diagnóstico e prognóstico do motor F135, não conseguiu detectar a falha incipiente de motor do AF-27 ou a fricção excessiva encontrado em inspeções borescope de outros motores. Durante sua campanha para defender o término do motor F136 alternativo da General Electric, a P&W afirma que os sistemas de prognósticos poderiam detectar problemas mais cedo e “mitigar o seu impacto potencial sobre as operações de voo.”

TRADUÇÃO E ADAPTAÇÃO: Defesa Aérea & Naval

FONTE: Aviation Week