Factor de carga cap-1

En aerodinámica, el factor de carga es la relación de la máxima carga que un avión puede soportar y el peso bruto de la aeronave. El factor de carga se mide en Gs (aceleración de la gravedad), una unidad de fuerza igual a la fuerza ejercida por la gravedad sobre un cuerpo en reposo e indica la fuerza a la que se somete un cuerpo cuando se acelera. Cualquier fuerza aplicada a una aeronave para desviar el vuelo de una línea recta
produce una tensión en su estructura, y la cantidad de esta fuerza es el factor de carga.

Mientras que un curso de aerodinámica no es un requisito previo para la obtención de una licencia de piloto, un piloto competente debe tener una sólida comprensión de las fuerzas que actúan sobre la aeronave, el uso ventajoso de estas fuerzas, y las limitaciones operativas de la aeronave.

Por ejemplo, un factor de carga de 3 significa que la carga total sobre la estructura de un avión es de tres veces su peso bruto. Dado que los factores de carga se expresan en términos de G, un factor de carga de 3 se puede decir como 3 Gs, o un factor de carga de 4 como 4 Gs.

Si un avión sale de un picado, sometiendo al piloto a 3 Gs, él o ella será presionado hacia abajo en el asiento con una fuerza igual a tres veces su peso. Dado que los aviones modernos funcionan a velocidades más altas que los aviones más antiguos, incrementando la magnitud del factor de carga, este efecto se ha convertido en una consideración primordial en el diseño de la estructura de todas las aeronaves.

Con el diseño estructural de la aeronave previsto para soportar sólo una cierta cantidad de sobrecarga, el conocimiento de los factores de carga se ha convertido en esencial para todos los pilotos. Los factores de carga son importantes por dos razones:

• 1. Es posible que un piloto imponga una peligrosa sobrecarga en las estructuras de las aeronaves.
• 2. Un aumento del factor de carga aumenta la velocidad de pérdida y hace posible la pérdida a velocidades de vuelo aparentemente seguras.

Factores de carga en el diseño de aeronaves

La respuesta a la pregunta “¿Qué tan fuerte debe ser un avión?”está determinada en gran parte por el uso a que está sometida la aeronave. Este es un problema difícil porque las máximas cargas posibles son demasiado altas para usar en un diseño eficiente. Es cierto que cualquier piloto puede hacer un aterrizaje muy duro o una muy fuerte salida de un picado, lo que daría lugar a cargas anormales. Sin embargo, tal carga anormal extrema debe ser desestimada un poco si las aeronaves
están construidas para despagar rápidamente, aterrizar lento, y llevar cargas útiles que valgan la pena.

El problema de los factores de carga en el diseño de aeronaves está en cómo determinar los factores de carga más altos que se pueden esperar en condiciones normales en las diferentes situaciones operativas. Estos factores de carga se denominan “factores de carga límite.” Por razones de seguridad, se requiere que la aeronave esté diseñada para soportar estos factores de carga sin ningún tipo de daño estructural. Aunque las Regulaciones requieren que la estructura de la aeronave sea capaz de soportar una vez y media estos factores de carga límite sin fallos, se acepta que partes de la aeronave se pueda doblar o torcer bajo estas cargas y que algunos daños estructurales puede ocurrir.

Este factor de carga límite de 1,5 se llama “factor de seguridad” y es prevista, en cierta medida, para cargas superiores a las esperadas en operaciones normales y razonables. Esta reserva de resistencia no es algo que los pilotos deban abusar deliberadamente, sino que está allí para protección cuando se enfrentan a situaciones inesperadas.

Las consideraciones anteriores se aplican a todas las condiciones de carga, ya sean debidas a ráfagas, maniobras, o aterrizajes. Los requisitos de factor de carga por ráfaga actualmente en vigor son básicamente los mismos que los que han existido por años. Cientos de miles de horas de funcionamiento han demostrado que son adecuados para la seguridad. Dado que el piloto tiene poco control sobre los factores de carga por ráfaga (excepto reducir la velocidad de la aeronave cuando se encuentra aire turbulento), los requerimientos de carga por ráfaga son esencialmente los mismos para las aeronaves de aviación general, independientemente de su uso operativo. En general, los factores de carga por ráfaga controlan el diseño de las aeronaves que están destinados a uso estrictamente no acrobático.

Una situación totalmente diferente existe en el diseño de aeronaves con los factores de carga por maniobras.

Es necesario discutir este asunto por separado con respecto a: (1) aviones diseñados de acuerdo con el sistema de categorías (es decir, normal, utilitario, acrobáticos); y (2) diseños antiguos construidos de acuerdo a requisitos no contemplados en las categorías operacionales.

Los aviones diseñados bajo el sistema de categorías son fácilmente identificados por una placa en la cabina de vuelo, que establece la categoría operacional (o categorías) en la que está certificada la aeronave. Los factores de carga máximos de seguridad (factores de carga límites) que se especifican para las aeronaves en las distintas categorías son:
CATEGORÍA FACTOR DE CARGA LIMITE
Normal(*) 3,8 a -1,52
Utilitario 4,4 a -1,76 (acrobacias suaves, incluyendo spins)
Acrobáticos 6.0 a -3,00
(*) Para las aeronaves con peso bruto mayor a 4.000 libras, el factor de carga límite se reduce. A las cargas límites dadas anteriormente, se añade un factor de seguridad de 50 por ciento.

Hay una graduación incremental en el factor de carga con la mayor severidad de las maniobras. El sistema de clasificación se provee para la máxima utilidad de un avión. Si solo tiene intención de operación normal, el factor de carga requerido (y por lo tanto el peso de la aeronave) es menor que si el avión se va a emplear en entrenamiento o para maniobras acrobáticas ya que resulta en mayores cargas de maniobra.

Las aeronaves que no tienen el cartel de categoría son diseños que se construyeron con requerimientos de ingeniería antiguos en los que no se daban a los pilotos restricciones operativas específicas. Para aeronaves de este tipo (hasta el peso de 4.000 libras), la resistencia necesaria es comparable a la actual categoría de aeronaves utilitaria, y son permitidos los mismos tipos de operación. Para las aeronaves de este tipo con más de 4.000 libras, los factores de carga disminuyen con el peso. Estos aviones deben ser considerados como comparables a las aeronaves de categoría normal, y deben ser operados en consecuencia.

Para saber más:

Factor de carga cap-2

Factor de carga en el avión

Carga y centrado en el avión, varios capítulos

Bibliografía.

U.S. Department of Transportation

Federal Aviation Administration