¿Por qué el B-52 despega sin girar?

La razón era dar a las bombas un lugar cercano al centro de gravedad.

El barrido del ala (para altos números de Mach de crucero) en combinación con una alta relación de aspecto del ala (para baja resistencia inducida) hizo imposible colocar el tren de aterrizaje en el ala, por lo que tuvo que integrarse en el fuselaje. El tren de aterrizaje principal normalmente necesita estar cerca del centro de gravedad (ligeramente atrás para un triciclo, ligeramente adelante para un remolque de cola), pero este espacio era necesario para la enorme bahía de bombas. Dado que las bombas se lanzarán en algún lugar a lo largo de una misión de bombardeo, lanzarlas no debería alterar el equilibrio de la aeronave, por lo que no fue posible ningún compromiso.

Dibujo en corte del B-52 que muestra las dos bahías de bombas en el centro del fuselaje ( fuente de la imagen )

Este problema ya existía durante el desarrollo del B-47 de 6 motores unos años antes. En ambos diseños, se eligieron dos pares de trenes de aterrizaje, un par por delante y un par por detrás de la bahía de bombas, y la aeronave perdió su capacidad de girar para el despegue. Debido a los poderosos flaps del cazador, la actitud en crucero y a baja velocidad podría ser idéntica. La desventaja es más resistencia durante la carrera de despegue, ya que el ala produce más sustentación, pero esto podría tolerarse en un bombardero estratégico con capacidad de reabastecimiento de combustible aéreo.

B-47 en aproximación con el tren bajado y el paracaídas de arrastre desplegado ( fuente de la imagen ). Tenga en cuenta los estabilizadores entre el par interior de motores: se necesitaban para mantener el avión nivelado en el suelo.

B-52 en vuelo con el tren bajado ( fuente de la imagen ). Aquí, el engranaje delantero y trasero del B-47 han sido reemplazados por pares de engranajes para distribuir la carga sobre ocho ruedas y los estabilizadores están colocados fuera del par exterior del motor, pero la configuración general del engranaje es bastante similar.

La oficina de diseño rusa Myasishchyev encontró una solución diferente para su bombardero supersónico M-50 a mediados de los años 50. También tuvieron que colocar la bahía de bombas en el centro del fuselaje y el tren principal tuvo que colocarse tan atrás que el M-50 no pudiera girar de la manera habitual con el elevador. Para solucionar el problema, los ingenieros idearon lo que llamaron la "bicicleta al galope". Cuando la aeronave alcanzó los 300 km/h, el tren de avance se extendió rápidamente para rotarlo a 10°.

Myasishchyev M-50 con puntal de engranaje delantero extendido ( fuente de la imagen ). Las dos puertas abiertas debajo de la cabina eran para el piloto y el navegante: sus asientos eyectables hacia abajo se bajarían con cables para que la tripulación se amarrara al nivel del suelo y luego se colocaran en su lugar.

Además de la excelente respuesta de Peter, quien explicó por qué para este modelo en particular las ruedas están colocadas muy por detrás del centro de gravedad (CG), me gustaría aclarar por qué esto hace que sea imposible girar en el despegue.

Un avión estándar despega justo después de la rotación, aumentando el ángulo de ataque y la sustentación. Antes y durante la rotación, la sustentación que producen las alas no es suficiente para elevar la posición del CG. Aún así, con las ruedas colocadas justo detrás del CG, se requiere una pequeña elevación del CG durante la rotación. Esto se logra con la fuerza descendente producida por el elevador y su gran apalancamiento.

Si las ruedas se mueven hacia atrás, entonces dicha palanca se vuelve mucho menos ventajosa: la fuerza que produce la cola sobre el CG es más débil, porque el fulcro está más cerca y más lejos del CG. La fuerza descendente máxima del elevador y la resistencia estructural pueden hacer que la rotación sea imposible.

El ángulo de ataque de las alas de un B-52 es positivo. El borde de ataque del ala es más alto que el borde de fuga. Entonces, cuando ves que el avión despega, parece que no gira, pero cuando el fuselaje está nivelado, las alas tienen un ángulo de ataque positivo. Cuando el B-52 está en vuelo nivelado, el morro está hacia abajo, no puedes verlo desde la cabina y es como si estuvieras sentado en una nube.

El B52 "gira" en el despegue, pero no en la medida en que parece normal para un avión tan grande.

Todos los aviones deben producir una sustentación mayor que la fuerza opuesta de la gravedad/su peso para que abandonen la pista. Cuando sustentación = peso/gravedad, el avión se encuentra en un estado estable, lo que significa que la velocidad de ascenso o descenso será constante. Esto significa que, a menos que la elevación exceda el peso, un avión nunca dejará el suelo. Una vez en vuelo, la velocidad de ascenso del avión se estabiliza, o se vuelve constante cuando sustentación = gravedad/peso (la fuerza opuesta).

La respuesta es que solo parece que el B52 no gira. Los pilotos están aplicando elevador "hacia arriba" y aumentando el ángulo de ataque del ala, aumentando así la sustentación.

Lanzaré una corrección a una respuesta dada anteriormente:

El CG, el centro de gravedad, es fijo y, a menos que se mueva un peso/carga dentro del avión, nunca cambia. Ejemplos de cosas que cambiarían el CG de un avión son el consumo de combustible, el lanzamiento de una bomba o un cambio de carga.

Cuando se mueve el elevador, el avión se "inclina" hacia arriba, porque el estabilizador de cola (horizontal) produce una sustentación "negativa" (empuja hacia abajo la cola) y gira el avión a lo largo del CG. La colocación del tren de aterrizaje real se opone a la rotación del avión en la mayoría de los diseños. El cambio en el "ángulo de ataque" del ala debido al cabeceo aumenta la sustentación producida por el ala.

La colocación del tren de aterrizaje es un compromiso basado en el diseño del avión. El B52 y su juego de ruedas en tándem es un compromiso debido al diseño del ala y el cuerpo del avión.

Agregue una cosa más para evitar confusiones:

Cuando un avión "rota" para despegar, la fuerza (o el peso) del estabilizador horizontal debe ser mayor que el peso del avión frente a las ruedas más traseras para que el avión "cabecee".

La mayoría (si no todos) de los aviones grandes de tipo transporte, todo el estabilizador horizontal (en comparación con solo el elevador en aviones más pequeños) se ajusta para el despegue para proporcionar una fuerza "neutral" para la velocidad de despegue deseada. Si el ajuste del estabilizador se configura incorrectamente, es posible que no haya suficiente "elevador" para cabecear hacia arriba o para evitar un cabeceo hacia arriba espontáneo y no comandado del avión. Ambos son desastrosos y cuyos resultados se pueden encontrar en youtube.

Es posible que me lo haya perdido, pero parece que ninguna de las respuestas aborda el problema principal: ¿por qué no gira y sale con la nariz hacia abajo?

Todo esto quedará más claro si recuerdas que la sustentación depende, principalmente, del ángulo de ataque y de la velocidad.

La forma principal para que cualquier avión convencional despegue (y aterrice) sin girar en el cabeceo es haciendo que el ángulo de incidencia de las alas (aproximadamente el ángulo fijo con el que el ala se une al fuselaje) sea igual al ángulo de despegue. de ataque con la aeronave estacionada en tierra. De esta manera, cuando el B-52 alcance su velocidad de despegue de diseño, despegará en la misma actitud estacionada. A MEDIDA que acelera, tiene que reducir el ángulo de ataque desde la elevación máxima hasta la elevación ascendente, que es menor debido a la mayor velocidad y la ayuda ascendente de los motores, por lo que tiene que cabecear hacia abajo. Cuando alcanza su velocidad de crucero, necesita un ángulo de ataque muy pequeño para la misma sustentación y, para alcanzarlo, la nariz debe estar aún más inclinada hacia abajo.

Esto aumenta la resistencia del fuselaje, la cola, etc.; pero es parte del compromiso hecho para evitar rotar en el despegue (y aterrizaje).

A máxima velocidad, el B-52 vuela con el morro marcadamente hacia abajo, lo que se puede ver cuando vuela en formación con aviones más rápidos.

Cabe señalar que los aviones de largo alcance normalmente establecen el ángulo de incidencia del ala cerca de su ángulo de ataque de velocidad de crucero óptimo, que es muy bajo en comparación con su ángulo de ataque de sustentación máxima. Todos estos ángulos varían con el peso, otras variables de diseño no estándar. El objetivo es navegar con el fuselaje alineado con el viento relativo (desde el frente) para reducir la resistencia.

Por cierto, los pilotos de planeadores prácticamente tampoco giran durante los despegues y obtienen su impulso de despegue de la velocidad del avión remolcador.

Nunca he visto una fuente para esta explicación; pero este es el resultado de un análisis basado en mis experiencias como diseñador y piloto de aeronaves. Traté de hacerlo un poco menos complicado de lo que es, rigurosamente hablando...

El ángulo de incidencia en el ala del B-52 es muy pronunciado, con el morro hacia abajo de 8°. En este ejemplo, esto se compara con los aviones comerciales, que tienen un ángulo de incidencia de morro hacia arriba de 2° o 3°. Si se deja solo, cuando la velocidad del aire aumente lo suficiente como para levantar la aeronave, el tren de aterrizaje trasero se levantará primero. Cuando volé el simulador (y me di cuenta de esto en vuelos posteriores), la cola del avión se 'movía'. Aparte de la velocidad aerodinámica, esta era una indicación para aplicar elevador para levantar el morro. La mayoría de las veces, los 4 engranajes principales se levantan al mismo tiempo. A veces, la marcha hacia adelante aparecía primero (pero no mucho). Pero dado que el ángulo de incidencia es tan alto, el avión quiere volar con el morro hacia abajo, lo que está al revés de un avión 'normal'.

Creí haber sido testigo, y un navegador B-52 (Maj, USAF) me dijo una vez, que las ruedas traseras en realidad se levantan primero del suelo. O al menos lo hará, si lo dejo solo sin entrada de control, olvido exactamente lo que dijo. Pero básicamente a diferencia de cualquier otro avión, la ubicación de los engranajes en tándem y la cola horizontal súper grande permiten un momento de elevación de las ruedas traseras del suelo antes de que se puedan levantar las delanteras, si no se tiene cuidado.