Avaliação de testes do gancho de cauda do F-35C
(the-engi-nerd.github.io)- O F-35C precisava que, nas operações em porta-aviões CATOBAR da Marinha dos EUA, o gancho de cauda prendesse de forma confiável o cabo de parada durante o pouso a bordo, mas o projeto falhou nos testes iniciais de 2011 na NAS Lakehurst
- A posição do gancho e as restrições de espaço interno da aeronave já eram bastante apertadas, e o modelo de dinâmica do cabo, que não reproduziu corretamente o comportamento real do cabo, agravou a falha
- Quando o pneu pressionava primeiro o cabo, deixando-o baixo contra o convés, o gancho passava por cima sem capturá-lo; em seguida, ricocheteava para cima com uma aceleração angular maior que a esperada, chegando a danificar a instrumentação
- O redesenho levou a um damper mais forte, um lateral limiter aprimorado, instrumentação robusta e um hook shoe em formato de scoop, capaz de “colher” o cabo baixo
- Em 2016, em um teste de arresting off-center com armamento externo, uma configuração incorreta do FLOLS causou um pouso com alta razão de afundamento; depois disso, o programa encerrou oficialmente o acompanhamento de arresting off-center e wire-only
O F-35C e a falha inicial do gancho de cauda
- O F-35C é a variante do F-35 Joint Strike Fighter para porta-aviões CATOBAR operados pela Marinha dos EUA
- CATOBAR significa Catapult Assisted TakeOff, Barrier Assisted Recovery
- Nesse método, a aeronave decola com uma catapulta a vapor ou eletromagnética e, no pouso a bordo, captura o cabo de parada com o gancho de cauda
- O gancho fica recolhido em um compartimento coberto por uma clamshell door durante o voo
- É controlado eletronicamente e acionado hidraulicamente
- O projeto inicial não funcionou, nos testes reais, da maneira exigida
- Os testes completos de carrier suitability começaram no verão de 2011 na NAS Lakehurst
- Depois dos testes de compatibilidade com o Jet Blast Deflector, passaram para os testes do gancho de cauda
- Tony “Brick” Wilson acompanhou a maior parte dos testes em Lakehurst, mas não viu o gancho capturar o cabo
Por que o gancho perdeu o cabo
- Um técnico de instrumentação previu, em 6 de novembro de 2010, no dia em que o CF-01 chegou a Pax, que o gancho era curto, ficava perto demais das rodas e tinha um formato inadequado de hook shoe, o que causaria bolter
- A ponta do gancho ficava a pouco mais de 7 pés do centro do eixo do trem de pouso principal
- O espaço interno da aeronave era muito apertado, limitando a margem de ajuste disponível para os projetistas
- O projeto foi ajustado a um modelo computacional que simulava o comportamento do cabo de parada, mas nos testes reais essa previsão não se confirmou
- Mais tarde, durante o trabalho de verificação e validação (V&V) da simulação do F-35, ele ouviu que o modelo de dinâmica do cabo fornecido pela Marinha não havia sido devidamente verificado e validado, embora tenha dito que não sabia disso com certeza
- Como resultado, esse modelo levou a um projeto que não funcionava
O comportamento do cabo revelado nos testes reais
- Em um pouso com arresting, o trem de pouso principal ou o pneu do trem de nariz da aeronave atinge primeiro o cabo
- Esse impacto cria uma onda no cabo, que se desloca para longe do pneu
- Enquanto a aeronave continua avançando, a onda se propaga nas duas direções do cabo, e o cabo geralmente fica achatado contra o convés
- O modelo previa que, na etapa seguinte, o cabo ricochetearia para cima a partir do convés
- Na prática, o cabo continuou baixo, e o gancho saltou por cima dele
- Como a velocidade com que o gancho ricocheteava em direção à aeronave era alta demais, a equipe de testes suspeitou de falha no acelerômetro de hook up-swing, mas o equipamento foi confirmado como normal
- A equipe de testes de Lakehurst repetiu roll-in arrestments em velocidades cada vez menores, mas não teve sucesso
- Mesmo em dias em que voos estavam proibidos por problemas de IPP, continuaram tentando em velocidades baixas
- O gancho continuou saltando para cima com grande aceleração angular, danificando a frágil instrumentação do gancho de cauda
- Em agosto de 2011, o trabalho de organizar a fiação danificada e recalibrar repetidamente o sensor de posição rotacional do gancho de cauda se estendeu até tarde da noite
- Depois que o Hurricane Irene se dirigiu a Lakehurst, a aeronave voltou para PAX, encerrando também aquele período frustrante de testes
Redesenho e problemas de confiabilidade remanescentes
- O redesenho do gancho tornou-se inevitável
- Foi aplicado um hold down damper muito mais forte
- Um novo damper para o upstroke foi adicionado
- O lateral limiter foi aprimorado
- Foi instalada instrumentação que não quebrava a cada arresting
- O hook shoe também passou a ter um formato mais fácil de capturar o cabo baixo
- O novo formato era mais próximo de um scoop que recolhia o cabo
- O hook profile antigo foi comparado em azul, o novo profile em vermelho e o cabo de parada em roxo
- Em 2013 houve cenas do gancho funcionando, mas os problemas não terminaram ali
- O engenheiro de campo deixou o programa F-35 em meados de 2012 por motivos pessoais e voltou à mesma função pouco menos de dois anos depois, por isso não viu pessoalmente a cena de 2013
- Depois disso, os problemas continuaram também no bearing onde entra o pitch pivot pin
- O pin precisava suportar pelo menos 25 arrestings, mas houve casos em que o pin sleeve foi danificado por galling após apenas 1 ou 2 eventos
- Galling é um desgaste em que, quando metais deslizam um contra o outro, o atrito transfere material de uma superfície para a outra
- Dentro desse pin/sleeve havia um sensor de posição que informava diretamente à control room o ângulo do gancho durante os testes, e as substituições frequentes aumentaram muito o tempo de trabalho no gancho de cauda do CF-03
- A engenharia do turno da noite era focada mais em apoio aos voos, resolução de problemas e verificações prévias da instrumentação para os testes do dia seguinte do que em reuniões
- A instrumentação do gancho de cauda, launch bar e landing gear do CF-03 exigia muita manutenção, então muitas vezes uma pessoa ficava responsável apenas pelo CF-03
- Foi criado um método para que, mesmo ao substituir o pitch pivot pin, não fosse necessário recalibrar o sensor de posição rotacional synchro
- Isso porque uma nova calibração exigia um novo projeto de instrumentação e display check, levando vários dias
O arresting off-center de 2016 e o fim dos testes
- Em 2016, o CF-03 realizou em Lakehurst os testes mais difíceis do gancho de cauda
- Era um teste com todo o armamento externo instalado, mas os AIM-9X das estações externas das asas foram excluídos porque exigiam modificações estruturais nas asas
- Os objetivos do teste incluíam off-center arrestment
- Em um dia nublado de maio de 2016, tentou-se um arresting o mais distante possível da centerline
- O engenheiro de campo acompanhava a tela de status da instrumentação, o áudio do teste e o vídeo dentro do MITS (Mobile Instrumentation/Telemetry System), uma mini control room móvel criada pela Navy
- O F-35C normalmente chega para pouso com o nariz elevado em cerca de 11 a 13 graus
- Nessa aproximação, a aeronave entrou quase nivelada e afundando rapidamente
- Esperava-se ouvir a chamada “WAVE OFF” do piloto colega que atuava em solo como Landing Signal Officer, mas ela não veio
- O F-35 tocou o solo com as três rodas ao mesmo tempo, quicou na pista e depois tocou a pista novamente
- O piloto manteve o controle, subiu de novo e disse pelo radio: “Lightning seven three is airborne, going back around”
- A análise dos dados confirmou que o pouso teve uma alta razão de afundamento, equivalente a derrubar o F-35C de uma altura de 20 pés
- O toque foi quase completamente nivelado, com ângulo de ataque de apenas 2 graus
- A causa foi uma configuração incorreta do FLOLS (Fresnel Lens Optical Landing System) em uso
- O piloto achava que estava voando acima do glide slope, mas na realidade seguia uma trajetória íngreme demais, e o LSO percebeu tarde demais
- A aeronave foi colocada em impound pelo crew chief, e o trabalho nela foi proibido até que formal inspection criteria fossem criados
- No dia seguinte, chegou por e-mail uma lista de inspeção com mais de 200 etapas aplicável apenas ao hardware de instrumentação
- Outros mecânicos e engenheiros também receberam suas próprias listas extensas de inspeção
- A inspeção levou 3 dias e confirmou que seria necessário um novo landing gear
- A substituição não podia ser feita em Lakehurst, mas o conjunto ainda suportava mais uma decolagem e pouso, então a aeronave voltou para PAX
- O programa encerrou oficialmente o acompanhamento de off-center arrestment e wire-only arrestment, concluindo assim os testes do gancho de cauda
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Sou o autor. Não fazia ideia de que este texto iria parar no HN; era apenas um relato prático de engenharia que eu tinha compartilhado
Nesse intervalo, deu tempo de eu me formar no ensino médio, obter um diploma e até me casar; a duração parece quase insondável. Também fico curioso para saber como se mantém a continuidade ao longo de tanto tempo. Em software, quando um projeto passa de 6 meses, parece que a tendência é jogar fora e reescrever
Ou será que todos esses tailhooks são projetos sob medida por algum motivo?
Gosto de ouvir histórias sobre esse tipo de desafio de engenharia. A imprensa gosta de tratar essas iterações de projeto como prova de que o F-35 foi superestimado ou é pior que caças existentes, mas para mim isso é inovação e tentativa de fazer coisas novas.
Mesmo quando há falhas às vezes, no fim é o processo que cria um caça incrível. Ainda assim, fica a frustração de que seria bom poder investir esse tempo e esforço em atividades pacíficas, em um mundo que não precisasse de novos caças
Como o texto mostra bem, até algo que parece simples, como um gancho, envolve uma quantidade enorme de trabalho. Outros componentes podem ser muito mais complexos de resolver. Se minha memória não falha, o pacote de potência integrado[1] do F-35 também foi fonte de muitos problemas. Mas foi graças a esse desenvolvimento que se conseguiu controlar o peso da aeronave e, como resultado, tornar possível um caça STOVL supersônico como o F-35B.
Me incomoda sempre que comentaristas dizem “isso é idiota, era só fazer assim!”. Se fosse tão fácil, não teria sido um problema em primeiro lugar.
Entendo os sentimentos em relação à realidade de que novos caças são necessários. Pelo menos parte desses avanços de engenharia também ajuda o setor civil. Um bom exemplo é o C-5 Galaxy: seu desenvolvimento foi doloroso, mas levou à criação do inovador motor TF-39, que depois virou o CF6 e impulsionou por muito tempo aviões comerciais bem-sucedidos.
[1] https://www.defenseadvancement.com/feature/3-aircraft-system...
Por exemplo, no gancho original, a sapata apontava demais para cima e não conseguia pegar o cabo. Os engenheiros projetaram com base em um modelo de simulação defeituoso, e o pessoal de testes em campo soube, assim que viu, que aquilo não funcionaria. Até meu/minha parceiro(a), que não é engenheiro(a), viu a foto e a primeira coisa que disse foi: “a direção não está certa”.
https://the-engi-nerd.github.io/posts/welcome/images/clipboa...
Dá para ver o projeto original (azul) e o projeto revisado (vermelho).
https://the-engi-nerd.github.io/posts/welcome/images/clipboa...
Fico curioso sobre o que significa “o programa decidiu oficialmente deixar de acompanhar arrestos fora da linha central e arrestos somente com cabo”.
Isso quer dizer que o F-35C precisa pousar quase exatamente no centro para conseguir enganchar corretamente? E o que é “wire only”? Todos os pousos arrestados em porta-aviões não usam só cabos?
Normalmente, uma das formas de fazer isso é tentar um arresto bem deslocado da linha central. Nesse caso, a força de frenagem fica muito mais forte de um lado. Outra é fazer o gancho pegar o cabo enquanto as rodas da aeronave ainda estão acima do convés; isso faz a aeronave bater no convés com muita força.
Depois desse acidente, concluiu-se que a intenção do plano de testes já havia sido suficientemente cumprida.
Além disso, havia poucas aeronaves instrumentadas capazes de fazer arrestos. O programa tinha apenas duas, e uma delas foi levada ao limite
Acho que todo engenheiro já se queimou uma vez por causa de equipamento de teste defeituoso, e todo engenheiro sênior já se queimou uma vez por não confiar em equipamento de teste que funcionava corretamente.
Foi uma leitura agradável
Li com interesse e fico no aguardo do próximo texto. Eu era mecânico de Harrier antigamente e, durante meu serviço entre 2002 e 2007, ouvi inúmeras vezes que aprenderia a fazer manutenção do F-35B, mas é claro que isso nunca aconteceu de fato
Então, como ex-mecânico e atual engenheiro, quero ouvir mais histórias sobre o desenvolvimento
Identifiquei-me com o trecho: “Engenheiros economizando tempo e dinheiro do programa por pura preguiça de criar um novo formato XML para um projeto de instrumentação. Parece que é mais ou menos assim que o mundo progride”
Trabalhei nas áreas médica, fintech e publicidade, e fiz exatamente a mesma coisa nas três. Acho que já escrevi ou depurei parsers XML em 20 linguagens até hoje só para evitar conseguir consenso sobre um novo formato
Excelente texto. Naquela época eu trabalhava no IFLOLS como engenheiro de software recém-contratado
Depois que saí do governo e passei por várias startups de software, sinto falta desse tipo de engenharia do mundo real
Como os porta-aviões novos têm belas catapultas eletromagnéticas, pensei: por que não usar frenagem regenerativa, como em carros híbridos? Daria para recarregar os acumuladores da catapulta e economizar muita energia
Claro que é brincadeira
Há uma curiosidade interessante sobre o F-35C. Na época do pedido e do projeto, não havia nenhuma aeronave capaz de transportar para um porta-aviões um motor de reposição, mesmo desmontado. Ele não cabia no C-2 Greyhound, o que parece uma omissão bem estranha
Ele cabe na variante CMV-22B do Osprey, mas ela está atualmente em solo, e pelo que sei também cabe no CH-53K King Stallion. Mas essas aeronaves não existiam até recentemente
Corrigindo: não quis dizer que o C-2 não conseguia transportar motores de reposição em geral, e sim que o motor do F-35 não cabia nele
Primeiro, existem aeronaves CTOL capazes de entregar motores de reposição a aeronaves. O problema é que o motor de reposição do F-35 não dá por causa do grande diâmetro das pás do fan. A Marinha dos EUA usava antes o C-2 Greyhound para esse tipo de missão, mas a fuselagem era pequena demais e ele estava sendo aposentado. Houve até conversas sobre converter alguns S-3B aposentados em aeronaves de transporte embarcado (COD), com uma fuselagem mais larga para acomodar o F135, mas isso não foi adiante. https://archive.ph/20150209193642/http://www.defensenews.com...
Segundo, há muitos helicópteros capazes de transportar um motor de reposição do F-35, incluindo o Boeing Sea Knight. https://en.wikipedia.org/wiki/Boeing_Vertol_CH-46_Sea_Knight Imagino que a Marinha dos EUA não quisesse depender de helicópteros convencionais por causa de seu alcance relativamente curto
Uma coisa me chamou a atenção. Segundo essa descrição, o tailhook parece que, desde o início, não teria como funcionar nas condições reais. O blog diz que o modelo computacional usado pelo fabricante estava errado
Então isso quer dizer que os fabricantes não testam o hardware em campo? Se for o caso, é assustador