¿Cómo es posible que los criterios de diseño para la intensidad de la turbulencia casi se hayan duplicado, pero el factor de carga de maniobra es el mismo?

https://www.law.cornell.edu/cfr/text/14/25.341

Aquí dice que la intensidad de turbulencia utilizada para la certificación es de 90 pies por segundo. Antes era de 50 pies por segundo, ese tramo se añadió en 1981. Así que desde 1981 el criterio casi se ha duplicado.

Pero, ¿cómo es posible que el factor de carga máxima de maniobra se haya mantenido exactamente igual? Un avión de categoría de transporte diseñado después de 1981 todavía no puede dar un giro de casi 8 G.

¿La intensidad de la turbulencia no se expresa realmente como aceleración en fps²? 90 fps² calcula a 2,79G. La aceleración de la gravedad de la Tierra al nivel del mar es de unos 32 fps².
No, es la velocidad de las 'ráfagas' (o más exactamente, los fuertes torbellinos) lo que genera la turbulencia. Un avión de transporte que se encuentre con un parche de turbulencia atmosférica de más de 50 fps a velocidad de crucero probablemente experimente aceleraciones de alrededor de 3+ G, o "turbulencia extrema".
En ese caso, esta pregunta es un duplicado de Aviation.stackexchange.com/questions/87868/… .
No aborda por qué la aeronave teóricamente podría manejar (por ejemplo, 7-8+ G) golpes y sacudidas, pero no 7 u 8 G en un giro o bucle. En los aviones de transporte diseñados antes de 1981, la discrepancia era menor, es decir; un avión de pasajeros se romperá si hace un giro de 4 G y se romperá si encuentra turbulencia en el rango de 4-5 G.
Esta pregunta también aborda su consulta. Aviation.stackexchange.com/questions/83458/… El límite de 90 pies por minuto es para la fuerza momentánea, no para la fuerza sostenida en un giro. Boeing probó sus alas 787 doblándolas hasta que las puntas se tocaron y no se rompieron.
Mi pregunta se reduce a; ¿Cómo es posible que una aeronave soporte fuerzas momentáneas muy altas, pero fuerzas sostenidas no muy altas?
@JuanJimenez, no, la intensidad de la turbulencia se expresa como diferencia de velocidad en la cizalladura del viento. Existe una aceleración inherente involucrada en la turbulencia misma, la aceleración solo es causada por el cambio repentino de las condiciones de flujo alrededor de la aeronave y, por lo tanto, las fuerzas aerodinámicas resultantes.
@ ItisTiff_93 no se trata de fuerzas momentáneas y sostenidas (tanto; la flexión suaviza un poco los picos, lo que ayuda), sino de las grandes fuerzas aerodinámicas que puede generar una cizalladura repentina del viento.
@JanHudec deberías responder. El concepto es el mismo que el de un amortiguador/resorte que suaviza los baches en la carretera mediante la flexión (teniendo en cuenta que la flexión puede causar fatiga del metal). Entonces, ¿los criterios de diseño podrían incluir cargas a corto y largo plazo en cualquier dirección (teniendo en cuenta las frecuencias de aleteo/resonancia)?
@JuanJimenez No creo que ninguna aeronave haya sido probada y demostrada para manejar la flexión de las alas hasta que las puntas de las alas se toquen. ¿Te importaría citar una fuente, estoy seguro de que esto es una leyenda urbana? Las alas de los aviones modernos resisten la flexión de las puntas de las alas muy por encima de la parte superior del fuselaje.
@ jpe61 Seguro que tocaron, pero no ellos mismos. :)
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Respuestas (2)

La intensidad de la turbulencia se aplica al aire alrededor de la aeronave.
El factor de carga sostenida se aplica a la propia aeronave.
Estas son manzanas y naranjas, una no se puede comparar directamente con la otra.

En un modelo simple de un viraje de alta G, el aire permanece estacionario y el avión aumenta su sustentación N veces. Por lo tanto, sus alas deben diseñarse para llevar una carga de N*W (con factores de fatiga y seguridad).

Las ráfagas o turbulencias también producen fuerzas en el ala. Pero no tanta fuerza como la que se necesitaría para impartir la misma cantidad de aceleración a la aeronave que la aceleración aparente del aire en la ráfaga. Un ventilador que sopla a X fps no hace que todos los objetos de la habitación se muevan a X fps.

Una ráfaga de 90 fps a través de una placa plana estacionaria impartiría alrededor de 12 libras por pie cuadrado de presión. La carga alar de un avión de pasajeros moderno es de entre 100 y 140 lb/ft2. Los números reales diferirán mucho, porque no es un caso estático en absoluto, y se manifiesta como un cambio de AoA, con elevación aumentada/disminuida. Aún así, no son G adicionales de fuerza, ya que eso requeriría mucha más velocidad.

Lo que hace que la turbulencia sea peligrosa y muy perceptible es la tasa de cambio en la aceleración , llamada sacudida, no la aceleración absoluta. Su comportamiento errático también contribuye a la vibración y la fatiga. La fuerza añadida es solo una fracción de la que lleva normalmente el ala, pero su inicio y ciclo rápidos pueden ser peligrosos.

El aumento de la intensidad de la turbulencia del diseño es un requisito para tener en cuenta estos factores secundarios, no para generar más resistencia estática en el diseño.

Un 90 fps también es ~ 45 nudos, lo que, cuando se combina con la velocidad de avance, significa un cambio bastante significativo en el ángulo de ataque. Pero de eso se trata la velocidad de penetración del clima: si el ala se detiene antes de sobrecargarse, no es un problema.
No discuto esta respuesta, pero me cuesta ver la diferencia en la carga g inducida por ráfagas y la carga g inducida por el piloto (piloto automático). Habiendo volado en un clima intenso a bordo de una plétora de diferentes aft, las ráfagas ciertamente pueden inducir intensas cargas g en los aviones...
@ Jpe61 La diferencia está en la magnitud. Las ráfagas se sienten intensas, pero son sus rápidos cambios de intensidad lo que las hace violentas. El cambio real en la carga G es menor de lo que es posible en un turno.
Entonces, básicamente, el requisito anterior de 50 pies/s estaba fuera de proporción con el requisito del factor de carga, ¿era demasiado pequeño? Todavía me pregunto cómo una carga que cambia rápidamente es más exigente para el fuselaje que la misma carga inducida de una manera más controlada 🤔
@Jpe61 Las cargas crean desplazamiento. La piel se dobla alrededor de los remaches en una dirección y luego en la opuesta. Una carga cíclica de solo una fracción de la resistencia de diseño puede causar fatiga local de bajo ciclo en áreas de alta tensión. En cuanto a las cargas individuales de tiro alto, pueden sacudir partes no estructurales sueltas; bajo cargas aplicadas gradualmente, simplemente se asientan.
Ok, lo tengo ahora, tiene mucho sentido. Gracias 👍

Mi pregunta se reduce a: cómo un avión puede soportar fuerzas momentáneas muy altas pero fuerzas sostenidas no muy altas.

De su pregunta, se puede deducir que el factor de carga máxima de maniobra se ha mantenido igual, y la intensidad de la turbulencia para los criterios de diseño casi se ha duplicado.

¿Como es posible?

Compuestos reforzados con fibras.

Estos materiales pueden resistir la flexión repetida mucho mejor que los metales. Si uno puede imaginar doblar repetidamente un palo de madera y un tubo de aluminio, ambos pueden deformarse permanentemente bajo una carga de tensión similar cuando se rompen "sobre la rodilla", pero el de madera puede ser más tolerante a la flexión repetitiva sin fallar en un punto específico debido a fatiga.

Es esta superioridad de flexión, "amortiguación" o "absorción de impactos" de los materiales y métodos de construcción más modernos lo que puede haber llevado a un aumento en los límites de tensión de turbulencia en los criterios de diseño, junto con una mejor comprensión de los fenómenos meteorológicos como las microrráfagas.

También se puede considerar que un avión de "transporte" no estaría diseñado para maniobras extremas, sino que tendría que volar en cualquier clima. Un aspecto más alto, alas más flexibles (como se ve con el 787) probablemente estarían en el diseño.

Su respuesta parece implicar que se aumentó el criterio de diseño para la intensidad de las ráfagas porque los materiales han avanzado. Esto es causalmente incorrecto, pero supongo que no es lo que quisiste decir, así que cambiaría la redacción. Los aviones todavía se están construyendo sin compuestos reforzados con fibra, aunque el criterio de diseño es más exigente.
@ Jpe61 la pregunta es "¿cómo es posible?". También se podría pasar a otro nivel estructuralmente agregando materiales o cambiando la configuración. El último párrafo parece cubrir "por qué", siéntase libre de editar su entrada.
Mi punto es que las reglas se cambian para garantizar la seguridad, muy raramente (no se me ocurren casos) porque la tecnología avanza. Su parte de " cómo es posible " respondería a una pregunta sobre " ¿cómo es posible que los aviones modernos soporten la fuerza X ". La pregunta aquí es sobre " ¿cómo es posible que la regla Y haya cambiado, pero una regla Z aparentemente conectada no? "
@RobertDiGiovanni Estoy de acuerdo en que FRC es solo una de las muchas formas de mejorar la resistencia a la turbulencia. Otros incluyen adhesivos, soldadura, mejor remachado, mejores pruebas. Las aeronaves totalmente metálicas cumplen con los mismos requisitos. Aparte del 787, el A350 y el MC-21, la mayoría de los aviones de pasajeros producidos actualmente son en su mayoría de metal.
¿Cómo es posible que los criterios de diseño para la intensidad de la turbulencia casi se hayan duplicado, pero el factor de carga de maniobra es el mismo?
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