¿Cuál es el ángulo de alabeo máximo seguro de un 747?

El ángulo de descenso ayuda a reducir la sustentación que el ala debe proporcionar de dos maneras. Conduce a la aeronave hacia aire de mayor densidad, donde es posible una sustentación más absoluta con el mismo número de Mach. Eso lleva un tiempo, pero se produce un efecto más inmediato al apuntar el morro del avión hacia abajo. Entonces, parte de las fuerzas inducidas por la gravedad pueden ser contrarrestadas por el arrastre (D en el dibujo a continuación). Esto es similar a un planeador, solo que con una eficiencia aerodinámica mucho menor y ángulos más pronunciados. Terry reduce el empuje y abre los frenos de velocidad para evitar el exceso de velocidad, por lo que puede sumergirse lo más empinado posible, reduciendo así los requisitos de sustentación.Ahora se puede emplear más sustentación L del ala para girar la aeronave. Si quiere lograr una tasa de descenso constante, todavía tiene que producir suficiente sustentación para equilibrar el peso, pero reducido por el coseno de la trayectoria de planeo en comparación con la condición de vuelo nivelado. A 25° con la nariz hacia abajo, esta es una reducción del 10%.

Ahora le preocupa su ángulo de balanceo. Tenga en cuenta que quiere crear la mayor cantidad posible de componentes laterales de sustentación, lo que se verá como la gravedad para todos a bordo. Con un ángulo de balanceo de 60° (creo que sus 80° son un poco extremos), esto da como resultado el doble de la aceleración vertical normal, y con la inmersión en realidad solo 1,8 g, por lo que todos sentirán casi el doble de la fuerza de la gravedad normal. Con el giro de 80°, este no será un giro estacionario y no quedará suficiente sustentación para contrarrestar la gravedad, por lo que la aeronave acelerará hacia abajo durante el giro. De hecho, caerá del cielo. Cuando ya esté en Mach 0.85, tendría más cuidado que Terry, porque las cosas se ponen feas muy rápidamente cuando Mach sube más.

El termino$m\cdot\frac{v^2}{R}$es la fuerza centrífuga que puede proporcionar el componente horizontal del ascensor y que debe ser lo más grande posible para giros cerrados (un radio R más pequeño ayuda). Este es el componente de sustentación que Terry necesita para mover la aeronave.

Si nos quedamos con los giros estacionarios (sin la parte de "caerse del cielo"), el ángulo de alabeo máximo viene dado por el factor de carga máximo del 747. A 400 KEAS, esto es solo 1,5 g, por lo que incluso con los 25 ° actitud de morro abajo, el ángulo de alabeo máximo sería de 53°. Si vuela un poco más lento, el factor de carga llega a 2 g (equivalente a 63° en un descenso de 25°) y alcanza un máximo de 2,5 g a 310 KEAS (68,7° en un descenso de 25°). Volar a Mach 0,85 en 30 000 pies producirá una velocidad aerodinámica equivalente a 306 kt en condiciones atmosféricas normales. El valor preciso varía con la velocidad de vuelo real, y el ángulo de alabeo máximo seguro está en la región de 60° a 70°.

Amplié mi respuesta a la pregunta original , y espero que en combinación con esto pueda cubrir sus preguntas. Si no, ¡sigue preguntando!

EDITAR: Ya veo, ahora quieres saber el momento de dar la vuelta. Todo lo que puedo hacer es calcularlo suponiendo que hay suficiente sustentación disponible , independientemente de las sacudidas. En realidad, dudo que incluso la caja de 48° le proporcione un viaje agradable. Todos los resultados son para el caso de 30 000 pies, porque a 36 000 pies esos ángulos de alabeo más altos no se podrán volar limpiamente debido a los efectos de la compresibilidad.

A 60° el avión vuela con 2g, y con el morro hacia abajo a 25° todavía a 1,8g. La velocidad de giro sería de 3,77°/s y los 180° se completarían después de 48 s.

A 70° vuela con casi 3 g, y con 25° morro abajo a 2,65 g, que está un poco fuera de los límites de g. La velocidad de giro sería de 5,98°/s y los 180° se completarían después de 30 s (más el tiempo para rodar a 70°, que ahora empieza a ser importante).

El caso de 80° se vuelve realmente hipotético, porque incluso con la actitud de morro hacia abajo de 25°, el factor de carga será de 5,2 g si se vuela sin deslizamiento lateral y suficiente sustentación para evitar el exceso de velocidad. El 747 estará a punto de romperse, pero tal vez una futura versión acrobática pueda realizar esta maniobra de forma segura. Dará como resultado una velocidad de giro de 12,35° y necesitará 14,6 s para un giro de 180°. Agregaría al menos 4 segundos para inclinar a 80°, pero el giro se puede completar en 20 s. Hipotéticamente.

Lo que Terry insinuó cuando dijo que se inclinaría a 80° no son los giros limpios que estoy calculando aquí, sino un picado dinámico en el que el avión acelera porque no queda suficiente sustentación para evitar que caiga. Para calcular esto, necesitaría más datos aerodinámicos en el 747 y necesitaría emplear al menos un algoritmo de diferencias finitas o mucho papel y lápices.

Solo eso: si el 747 se gira a 80 ° pero el piloto tira solo tantos g como el avión puede soportar (debido a las sacudidas, dudo que incluso 2.5 g sean posibles), el ascensor servirá casi exclusivamente para volar en un giro cerrado. , pero no quedará suficiente para contrarrestar la gravedad. Por lo tanto, la aeronave se deslizará hacia los lados y la estabilidad direccional hará que el morro baje. Esto tomará un tiempo (supongo que tal vez 12 segundos, realmente una suposición), pero la aeronave aumentará la velocidad desde el comienzo de la maniobra. Tengo un poco más de miedo de volar más rápido que Mach 0,85 que Terry, y los diversos informes de 747 subiendo a Mach 0,98apoyar su opinión de que un poco de exceso de velocidad está bien. Es difícil para mí adivinar cuánto tiempo necesita para volverse incómodamente rápido, y luego se necesitará mucha sustentación para salir de la inmersión. Por otro lado, cuando el avión está en picado, todo lo que necesita es un alabeo y un pull-out para salir a 180° del rumbo anterior. El pull-out se realizará a una altura mucho más baja, y crear el gs allí no será un problema.

Alguna información adicional a las excelentes respuestas ya dadas:

En primer lugar, supongamos que la necesidad del giro de emergencia se produjo justo después de la nivelación de un típico ascenso escalonado de 2000 pies, lo que probablemente significaría que solo tenía alrededor de 1,3 g de protección contra el límite de sacudidas, aunque en buenas condiciones a menudo subíamos cuando solo teníamos 1,2 gramo. Dada la ley de Murphy, digamos que estamos en 1.2.

Ahora llega la necesidad del turno. Durante los primeros segundos, no nos atrevemos a exceder los 1,2 g para no entrar en una región de posible incontrolabilidad. Necesitamos perder al menos un par de miles de pies lo más rápido posible para llegar a donde podamos comenzar a pedir más del ala. Al mismo tiempo, queremos usar lo que el ala puede proporcionarnos de manera segura para girar. Cuanto más empinado sea el giro, más será y más rápido caeremos. Ambos buenos por muy poco tiempo. Mi asiento de la suposición de los pantalones es que rodaríamos a cualquier extremo con el que nos sintiéramos cómodos, y luego, casi de inmediato, comenzaríamos a disminuir el banco a una velocidad y en un grado dictado por cuál era nuestra velocidad y qué tan rápido estaba aumentando.

El chasquido de sobrevelocidad debería sonar alrededor de Mach 0.92, aunque en vuelos de prueba de mantenimiento he visto que no comienza hasta casi 0.94. En cualquier punto en que se dispare, nos gustaría comenzar a reducir el alabeo, y nos gustaría reemplazar la fuerza de giro perdida y abordar el exceso de velocidad aumentando el ángulo de ataque a lo que el ala podría hacer con seguridad en forma de sacudida. En el momento en que hubiéramos caído, digamos, 4000 pies, la velocidad de la sacudida ya no sería un factor, y podríamos tirar con seguridad de algo así como 1,8 g (o más si es necesario).

Sería cuestión de jugar nuestra banca y ángulo de ataque para conseguir lo que queremos. Al pensar en este escenario, estoy informado (o al menos creo que lo estoy) por dos cosas.

Primero está el incidente del 12 de diciembre de 1991 descrito en este informe de la NTSB (PDF) y en este artículo . Yo era capitán en Evergreen en ese momento (de hecho, había volado ese mismo avión unas semanas antes y había notado la anomalía del piloto automático que luego causaría el incidente), y conocía y hablaba con la tripulación (al igual que todos en el empresa).

Pertinente a esta discusión es el hecho de que la tripulación no se dio cuenta de lo que estaba sucediendo hasta que los giroscopios del INS cayeron (antiguo sistema de carrusel con giroscopios reales), lo que sucedió cuando el avión alcanzó un ángulo de inclinación de 90 grados, según recuerdo. El ángulo de alabeo máximo antes del inicio de la recuperación era de 95 grados. Además, los motores estuvieron a potencia de crucero hasta el inicio de la recuperación. Existe controversia en cuanto a la velocidad máxima alcanzada; las estimaciones oscilaron entre Mach 0,98 y 1,09 (un informe de Mach 1,25 era falso). La nariz máxima hacia abajo era de 35 grados. La pérdida de altitud fue de aproximadamente 10.000 pies.

Después de leer las respuestas anteriores, me siento un poco menos cómodo con el escenario de 80 grados, pero no creo que signifique un desastre. Las plataformas del INS seguirían funcionando. Creo que la velocidad sería manejable dado que vamos a ir en ralentí desde el principio, y los frenos de velocidad ayudarían en eso. Sin embargo, la diferencia entre usar 70 grados y 80 grados probablemente sea bastante pequeña. El pdf al que se hace referencia en el primer enlace habla de otro 747 que va a 71 grados, según recuerdo.

En segundo lugar, tuvimos un ejercicio de simulador en el que a veces excedíamos los 60 grados de inclinación, aunque no puedo decir con seguridad que alguna vez llegué a los 80 grados. El escenario comenzaría con el control de salida diciendo: "Tiene una bomba a bordo programada para estallar en 5 minutos. Autorizado para aterrizar en cualquier pista". El instructor del sim, por supuesto, lo habría puesto en lo que él sentía que era la situación más difícil pero factible posible. Entonces, lo que hizo fue apagar, comenzar a tirar todo el arrastre que pudo (atornillar las limitaciones de velocidad) y rodar a cualquier grado de inclinación que comenzara a alinearse. El ejercicio siempre comenzaba desde una altitud relativamente baja, por lo que la velocidad del buffet no era un problema.

Me hace llorar al pensar en tiempos divertidos del pasado.

¿Cuál es el ángulo de alabeo máximo seguro de un 747?

Eso podría depender de quién está haciendo la evaluación de seguridad y cuáles son las alternativas. Puede haber circunstancias en las que un piloto sienta que ser el primer piloto en inclinar un 747 a 70° sería más seguro que chocar con una montaña u otra aeronave, o ser derribado.

La FAA recopila "Datos estadísticos de la aeronave Boeing-747-400 en operaciones comerciales" . Por ejemplo:

Creo que la FAA descarta de los datos cualquier ángulo de alabeo superior a 40. Supongo que las aerolíneas y/o los pilotos consideran que los ángulos superiores a los que se muestran en este gráfico no son seguros (¿en esa etapa del vuelo?)

Este dato parece estar relacionado con los touchdowns. Quizás los ángulos mayores se utilicen con seguridad a gran altura.

JA8119, un 747 SR-100, después de una descompresión explosiva y la pérdida del estabilizador vertical parece haber sobrevivido brevemente a un giro de 80 ° sin que la aeronave se rompa. En el informe de accidente se encuentra este registro del registrador de datos de vuelo.

Este avión era esencialmente incontrolable, experimentaba ciclos de fugoide y giros holandeses y se estrelló trágicamente poco después. Sin embargo, tal vez sugiera que un 747 sin daños podría sobrevivir a ángulos de alabeo bastante altos (suponiendo que RLL en el informe signifique ángulo de balanceo). Como señaló Peter Kämpf en un comentario, puede que no sea seguro sacar conclusiones sobre las características de vuelo de los 747 sin daños a partir de estos datos.

Funcionamiento normal, el 747 no supera los 25 grados de ángulo de inclinación.

Los bancos más pronunciados generalmente se realizan solo en el simulador y serán de hasta 45 grados de banco.

Si se va a reducir el radio de giro, disminuya la velocidad. Dependiendo del peso, la altitud y la temperatura, esto puede o no ser posible. El ángulo de inclinación que se puede lograr variará con la altitud. A 10.000', se puede hacer un banco de 45 grados; a 41.000 esto sería imprudente.

10 grados de morro hacia abajo es excesivo en el 747. 25 grados de morro hacia abajo es ridículo. Especialmente al girar.

La velocidad es la clave para reducir el radio; solo hay un límite que el banco podrá lograr en el 747. No es como volar un Cessna. Si es necesaria una reducción de la velocidad según la publicación original, para lograr un giro de radio mínimo, sería necesario realizar un giro ascendente en lugar de un giro descendente.

Los giros de más de 70 grados no van a ocurrir en el 747.

Si el deseo es alejarse de un límite político de un encabezado dado, un giro de 360 ​​grados no será productivo.