Factor de carga cap-3

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Factor de carga cap-3

On abril 25, 2020, Posted by , in Academia de aviación, tags , , With No Comments

FACTOR-CARGAFactor de carga cap-3

Factores de carga y maniobras de vuelo
Factores de carga críticos se aplican a todas las maniobras de vuelo, excepto vuelo recto no acelerado donde siempre está presente un factor de carga de 1 G.

Ciertas maniobras consideradas en esta sección se sabe que involucran factores de carga relativamente altos. La aplicación de la máxima deflexión de los controles de
cabeceo, alabeo o dirección debe estar limitada a velocidades inferiores a la velocidad de maniobra. Evite los cambios rápidos y alternativos de los controles, especialmente en combinación con grandes cambios en cabeceo, alabeo o dirección (por ejemplo, grandes
ángulos de deslizamiento) ya que pueden resultar en fallas estructurales a cualquier velocidad, incluso por debajo de VA.

Virajes

Factores de carga aumentados son una característica de todos los virajes. Como se señaló en la sección sobre los factores de carga en los virajes escarpados, los factores de carga son significativos para el rendimiento de vuelo y la carga en la estructura del ala cuando la inclinación aumenta más allá de unos 45°.

El factor de rendimiento de un avión liviano promedio se alcanza en un ángulo de aproximadamente 70° a 75°, y la velocidad de pérdida se incrementa en cerca de un medio con un ángulo de aproximadamente 63°.

Pérdidas
La pérdida normal entrando desde un vuelo recto y nivelado, o un ascenso recto no acelerado, no produce la adición de factores de carga más allá del 1 G del vuelo recto y nivelado. Cuando ocurre la pérdida, sin embargo, este factor de carga se puede reducir a cero, el factor en el cual nada parece tener peso. El piloto experimenta una sensación de «flotar en el espacio.» Si
la recuperación se lleva a cabo empujando el control del elevador, se pueden producir factores de carga negativos (o las que imponen una carga baja en las alas y levantan el piloto del asiento).

Durante el ascenso después de la recuperación de la pérdida, a veces se inducen importantes factores de carga. Estos pueden aumentar aún más sin darse cuenta durante el picado excesivo (y por lo tanto de alta velocidad) y abruptos tirones para nivelar el vuelo. Por lo general uno lleva a lo otro, lo que aumenta el factor de carga. Abruptos tirones a altas velocidades de picado pueden imponer cargas críticas en las estructuras de la aeronave y pueden producir pérdidas secundarias o recurrentes mediante el aumento del AOA de la pérdida.

Como regla general, una recuperación de una pérdida picando sólo hasta la velocidad de maniobra de diseño o crucero, con una gradual elevación de nariz tan pronto como la velocidad del aire es segura por encima de la de pérdida, se puede efectuar con un factor de carga no superior a 2 o 2,5 Gs. Un factor de carga superior no debería ser necesario a menos que la recuperación se haya efectuado con la nariz de la aeronave cerca o más allá de la vertical, o en altitudes extremadamente bajas para evitar pegar en el suelo.

Spin (Tirabuzón o barrena)

FACTOR-CARGA-EN-BARRENAS
Un spin estabilizado no es diferente de una pérdida más que en la rotación y las mismas consideraciones sobre factores de carga se aplican a la recuperación de un spin como las que se aplican a la recuperación de pérdidas.

Dado que la recuperación del tirabuzón se realiza habitualmente con la nariz mucho más baja que en la recuperación de pérdida, son de esperar por lo tanto mayores velocidades y mayores factores de carga. El factor de carga en una recuperación de spin apropiada por lo general se encuentra en unos 2,5 Gs.

El factor de carga durante un tirabuzón varía con las características de cada aeronave, pero se encuentra generalmente que está un poco por encima de 1 G de vuelo nivelado. Hay dos razones para esto:

  • 1. La velocidad del aire en un spin es muy baja, por lo general dentro de los 2 nudos de la velocidad de pérdida sin aceleración.
  • 2. Los aviones pivotan, en vez de girar, mientras se encuentra en un spin.

Pérdidas a alta velocidad
El avión ligero promedio no está construido para soportar la aplicación repetida de factores de carga común a pérdidas de alta velocidad. El factor de carga necesario para estas maniobras produce una tensión en

las alas y la estructura de la cola, que no deja un margen razonable de seguridad en los aviones más ligeros.

La única manera que esta pérdida pueda ser inducida a una velocidad por encima de la pérdida normal implica la imposición de un factor de carga adicional, que puede ser logrado por un tirón fuerte en el control del elevador. Una velocidad de 1,7 veces la velocidad de pérdida (alrededor de 102 nudos en un avión ligero con una velocidad de pérdida de 60 nudos) produce un factor de carga de 3 Gs. Sólo un escaso margen para el error se puede permitir en acrobacias con aviones livianos.

Para ilustrar la rapidez con que aumenta el factor de carga con la velocidad, una pérdida de alta
velocidad a 112 nudos en el mismo avión produce un factor de carga de 4 Gs.

Chandelles y Ocho perezosos

Un chandelle es un viraje ascendente de máximo rendimiento a partir de vuelo aproximadamente recto y nivelado, y terminando al completar un preciso viraje de 180° con actitud de nariz arriba y alas niveladas, a la velocidad mínima controlable. En esta maniobra de vuelo, la aeronave está en un viraje ascendente escarpado y casi en pérdida para ganar altura mientras cambia de dirección.

El nombre ocho perezoso deriva de la forma en la cual el eje longitudinal de la aeronave traza un patrón de vuelo en forma de una figura «8» acostada. Sería difícil hacer una sentencia definitiva
sobre los factores de carga en estas maniobras ya que envuelven picados y ascensos suaves. Los factores de carga dependerán directamente de la velocidad de los picados y la brusquedad de los ascensos durante estas maniobras.

Generalmente, cuanto mejor se realiza la maniobra, el factor de carga inducido es menos extremo. El ocho perezoso o chandelle en la que el ascenso produce un factor de carga de más de 2 Gs no se traducirá en un aumento tan grande de altitud, y en aviones de baja potencia puede resultar en una pérdida neta de altitud.

El tirón para ascenso más suave que sea posible, con un factor de carga moderada, ofrece la mayor ganancia de altitud en un chandelle y resulta en un mejor rendimiento general tanto en chandelles como ochos perezosos. La velocidad de entrada recomendada para estas maniobras está generalmente cerca de la velocidad de maniobra de diseño del fabricante que permite el máximo desarrollo de los factores de carga sin exceder los límites de carga.

Aire turbulento
Todos los aviones certificados estándar están diseñados para soportar las cargas impuestas por las ráfagas de intensidad considerable. Los factores de carga por ráfagas aumenta al incrementarse la velocidad cada, y la fuerza utilizada para fines de diseño por lo general corresponde a la velocidad más alta con vuelo nivelado.

En aire extremadamente turbulento, como en las tormentas o condiciones de frentes, es aconsejable reducir la velocidad a la velocidad de maniobra.

Independientemente de la velocidad mantenida, puede haber rachas que producen cargas que excedan los límites de carga.

Cada aeronave específica está diseñado con una carga G específica que puede ser impuesta a la aeronave sin causar daños estructurales. Hay dos tipos de factores de carga a tener en cuenta en el diseño de aeronaves, carga límite y carga de rotura. La carga límite es una fuerza aplicada a una aeronave que provoca una flexión de la estructura del avión que no regresa a su forma original.

La carga de rotura es el factor de carga aplicada a la aeronave más allá de la carga límite y al punto tal que el material de los aviones experimenta un fallo estructural (rotura). Los factores de carga más bajos que la carga límite pueden ser mantenidos sin comprometer la integridad de la estructura del avión.

Las velocidades hasta, pero sin exceder, la velocidad de maniobra permite a un avión entrar en pérdida antes de experimentar un aumento en el factor de carga que exceda la carga límite de la aeronave.

La mayoría de los manuales de vuelo de los aviones ahora incluyen información sobre la penetración en aire turbulento, que ayuda a los pilotos a volar de manera segura aviones capaces de un amplio rango de velocidades y altitudes. Es importante para el piloto recordar que el cartel de velocidad máxima de «nunca exceder» en picadas está determinada solamente para que aire suave. Picadas de alta velocidad o acrobacias que implican una velocidad por encima de la velocidad de maniobra conocida nunca se deben practicar en aire turbulento.

Diagrama Vg
La fuerza operativa de vuelo de una aeronave se presenta en un gráfico cuya escala vertical se basa en el factor de carga.

El diagrama se denomina diagrama Vg, de velocidad versus cargas G o factor de carga. Cada avión tiene su propio diagrama Vg que es válido para un determinado peso y altura.

Las líneas de máxima capacidad de sustentación (líneas curvas) son los primeros elementos de importancia en el diagrama Vg. La aeronave en la figura 4-47 es capaz de desarrollar no más de 1 G a 62 nudos, la velocidad de pérdida con alas niveladas. Como el factor de carga máxima varía con el cuadrado de la velocidad, la capacidad máxima de sustentación positiva de este avión es de 2 g a 92 nudos, 3 G a 112 nudos, 4,4 G a 137 nudos, y así sucesivamente. Cualquier factor de carga por encima de esta línea no está disponible aerodinámicamente (es decir, los aviones no pueden volar por encima de la línea de capacidad máxima de sustentación, ya que entra en pérdida). La misma
situación existe para el vuelo con sustentación negativa con la excepción de que la velocidad necesaria para producir un determinado factor de carga negativo es mayor que la necesaria para producir el mismo factor de carga positivo.

Si el avión vuela con un factor de carga positivo mayor que el factor de carga positiva límite de 4.4, es posible un daño estructural. Cuando la aeronave se opera en esta región, puede tener lugar una deformación permanente inaceptable de la estructura principal y se incurre en un daño por fatiga rápidamente. Debe ser evitada la operación normal por encima del factor de carga límite.

Hay otros dos puntos de importancia en el diagrama Vg. Un punto es la intersección del factor de carga positivo límite y la línea de capacidad máxima de sustentación positiva. La velocidad en este punto es la velocidad mínima a la cual la carga límite puede ser desarrollada aerodinámicamente.

Cualquier velocidad mayor que esta proporciona una capacidad de sustentación positiva suficiente para dañar la aeronave.

Por el contrario, cualquier velocidad menor que esta no proporciona la capacidad de sustentación positiva suficiente para causar daños por cargas de vuelo excesivas. El término usual que se da a esta velocidad es «velocidad de maniobra», ya que la consideración de la aerodinámica subsónica podría predecir un radio de giro mínimo usable o maniobrabilidad que se produzca en esta condición. La velocidad de maniobra es un punto de referencia valioso, ya que una aeronave que
opere por debajo de este punto no puede producir una carga de vuelo positiva dañina. Cualquier combinación de maniobra y ráfagas no puede crear daños debido por el exceso de carga cuando la aeronave está por debajo de la velocidad de maniobra.

El otro punto de importancia en el diagrama de Vg es la intersección del factor de carga límite negativo y la línea de máxima capacidad de sustentación negativa.

Cualquier velocidad mayor que esta proporciona una capacidad de sustentación negativa suficiente para dañar la aeronave; cualquier velocidad menor que esta no proporciona la capacidad de sustentación negativa suficiente para dañar el avión por cargas de vuelo excesivas.

La velocidad límite (o velocidad de la línea roja) es un punto de referencia para el diseño de la aeronave, este avión está limitado a 225 nudos. Si se intenta el vuelo más allá de la velocidad límite, daños estructurales o fallas estructurales pueden resultar por una variedad de
fenómenos.

La aeronave en vuelo está limitada a un régimen de velocidades y Gs que no exceda la velocidad límite (o línea roja), no exceda el factor de carga límite, y no puede exceder la capacidad máxima de sustentación.

La aeronave debe ser operada dentro de esta «envolvente» para evitar daños estructurales y asegurar se obtenga la sustentación de servicio prevista para la aeronave. El piloto debe apreciar el diagrama Vg como una descripción de la combinación permitida de velocidades y factores de carga para una operación segura.

Cualquier maniobra, ráfaga, o ráfagas más maniobras fuera de la envolvente estructural puede
causar daños estructurales y efectivamente acortar la vida útil de la aeronave.

Para saber más:

Factor de carga cap-1

Factor de carga en el avión

Carga y centrado en el avión, varios capítulos

Bibliografía.

U.S. Department of Transportation

Federal Aviation Administration

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