Factor de carga cap-2
Factor de carga cap-2
Factores de carga en virajes escarpados
En un viraje coordinado a altitud constante, en un avión, el factor de carga es el resultado de dos fuerzas: la fuerza centrífuga y la gravedad.
Para cualquier ángulo de inclinación dado, la ROT (velocidad del viraje o giro) varía con la velocidad, cuanto mayor es la velocidad, más lenta será la ROT.
Esto compensa el aumento de la fuerza centrífuga, permitiendo al factor de carga seguir siendo el mismo.
La Figura anterior revela un hecho importante sobre los virajes, el factor de carga aumenta a un ritmo increíble después de que la inclinación ha llegado a 45° o 50°.
El factor de carga para cualquier avión nivelado en giro coordinado de 60° es de 2 Gs. El factor de carga en un viraje a 80° banco es de 5,76 Gs. El ala debe producir sustentación igual a los factores de carga si la altitud debe ser mantenida.
Notese la rapidez con que la línea que indica de factor de carga aumenta a medida que se acerca a 90º de inclinación, al que nunca se llega, porque un viraje con 90° de inclinación y altitud constante, no es matemáticamente posible. Una aeronave puede ser inclinada a 90°, pero no en un viraje coordinado. Una aeronave que se mantenga en un giro deslizando a 90° es capaz hacer un vuelo de “filo de cuchillo”. A poco más de 80°, el factor de carga excede el límite de 6 Gs, el factor de carga límite de un avión acrobático.
Para un viraje coordinado a altitud constante, la inclinación máxima aproximada para la aviación general en promedio es de 60°. Este ángulo y la configuración de potencia resultante necesaria alcanzan el límite en este tipo de aeronaves. Un inclinación adicional de 10° aumenta el factor de carga en 1 G aproximadamente, quedando cerca del punto de rendimiento establecido para estos aviones.
Factores de carga y velocidades de pérdida
Cualquier aeronave, dentro de los límites de su estructura, puede entrar en pérdida a cualquier velocidad. Cuando un AOA suficientemente alto se impone, el flujo de aire suave sobre una superficie de sustentación se rompe y separa, produciendo un cambio abrupto de las características de vuelo y una súbita pérdida de sustentación, lo que se traduce en una pérdida.
Un estudio de este efecto ha revelado que la velocidad de pérdida del avión se incrementa proporcionalmente a la raíz cuadrada del factor de carga. Esto significa que un avión con una velocidad normal sin aceleración de pérdida de 50 nudos puede entrar en pérdida a 100 nudos induciendo de un factor de carga de 4 Gs. Si fuera posible que este avión soporte un factor de carga de nueve, podría entrar en pérdida a una velocidad de 150 nudos. Un piloto debe tener en cuenta:
• El peligro de inadvertidamente entrar en pérdida mediante el aumento del factor de carga, como en un viraje escarpado o en espiral;
• Cuando entra en pérdida intencionalmente por encima de la velocidad de maniobra de diseño del avión, se impone un factor de carga tremendo.
La Figuras anteriores muestran que inclinando un avión más de 72° en un viraje escarpado produce un factor de carga de 3, y la velocidad de pérdida se incrementa significativamente. Si este viraje se realiza en una aeronave con una velocidad de pérdida normal sin acelerar de 45 nudos, la velocidad del aire debe mantenerse en más de 75 nudos para evitar la inducción de la pérdida. Un efecto similar se vive en un tirón rápido para arriba, o cualquier otra maniobra que produce factores de carga superiores a 1 G.
Esta pérdida de control repentina e inesperada, especialmente en un viraje escarpado o la aplicación abrupta del control del elevador cerca del suelo, ha provocado muchos accidentes.
Dado que el factor de carga se eleva al cuadrado cuando la velocidad de pérdida se duplica, enormes cargas se pueden imponer en las estructuras entrando en pérdida una aeronave a velocidades relativamente altas.
La velocidad máxima a la que puede entrar en pérdida un avión con seguridad está determinada ahora por los nuevos diseños. Esta velocidad se denomina «velocidad de maniobra» (VA) y se debe introducir en el Manual de vuelo del Avión aprobado/Manual de operación del piloto (AFM/POH) de todas las aeronaves diseñado recientemente. Para aeronaves de aviación general más viejas, esta velocidad es de aproximadamente 1,7 veces la velocidad normal de pérdida. Por lo tanto, un avión más viejo que normalmente entra en pérdida a 60 nudos no debe ser puesto en pérdida a más de 102 nudos (60 nudos x 1.7 = 102 nudos). Un avión con una velocidad normal de pérdida de 60 nudos que entra en pérdida a 102 nudos se somete a un factor de carga igual al cuadrado del aumento de velocidad, o 2,89 Gs (1,7 x 1,7=2,89 Gs). (Las cifras anteriores son aproximaciones para ser consideradas como guía, y no son las respuestas exactas a cualquier conjunto de problemas.
La velocidad de maniobra de diseño debe determinarse a partir de los límites operacionales del avión particular proporcionado por el fabricante). Operando a o debajo de la velocidad de maniobra no provee protección estructural contra múltiples movimientos máximos del control en un eje o máximo movimientos del control en más de un eje al mismo tiempo.
Dado que el sistema de control varía con los diferentes aviones (algunos tipos emplean superficies de control «balanceadas», mientras que otros no), la presión ejercida por el piloto en los controles no pueden ser aceptada como un índice de los factores de carga producidos en diferentes tipos de aeronaves. En la mayoría de los casos, los factores de carga pueden ser juzgados por el piloto experimentado por la sensación de presión en el asiento. Los factores de carga también pueden ser medidos por un instrumento llamado «acelerómetro», pero este instrumento no es común en aviones de entrenamiento de aviación general. El desarrollo de la capacidad de juzgar los factores de carga por la sensación de su efecto sobre el cuerpo es importante. El conocimiento de estos principios es esencial para el desarrollo de la capacidad para estimar los factores de carga.
Un conocimiento profundo de los factores de carga inducidos por diferentes grados de inclinación y la VA ayuda en la prevención de dos de los tipos de accidentes más graves:
1. Pérdidas por virajes escarpados o maniobras excesivas cerca del suelo
2. Fallas estructurales en acrobacias u otras maniobras violentas resultantes de la pérdida de control
Para saber más:
Carga y centrado en el avión, varios capítulos
Bibliografía.
U.S. Department of Transportation
Federal Aviation Administration