G Carga durante la caída de la carga útil

Hay un par de conceptos erróneos en su pregunta que creo que lo llevan a una conclusión falsa de que las cargas G de la liberación de la carga útil pueden haber literalmente arrancado las alas de este avión:

1. Rociar líquido no causará una pérdida de peso "repentina". Mientras que los aviones de extinción de incendios son capaces de liberar grandes cantidades de líquido a la vez, los rociadores agrícolas como el que se muestra están diseñados para dispersarse en un área mucho más grande. Por lo tanto, el peso bruto perdido en cada pasada es bastante insignificante.

2. La pérdida de peso bruto no provocará un aumento repentino y apreciable del factor de carga. Independientemente de lo que digan las matemáticas, puedo decirles a partir de la experiencia personal de estar parado en la bahía de carga de los C-130 mientras miles de libras han rodado por la parte trasera, que hay muy poco cambio perceptible en las fuerzas G sentidas. (Por el contrario, estaba caminando hacia adelante en la bahía de carga cuando el piloto dio un giro de aproximadamente 2G y mis rodillas se doblaron, enviándome a la cubierta y rompiéndome un diente...)

Por lo tanto, si bien el factor de carga cambiará un poco cuando el peso cambie repentinamente, estaría dentro de los límites estructurales para los que está diseñada la aeronave, y de ninguna manera explicaría el tipo de falla dramática del larguero como se muestra en la foto.

Si está interesado en un incidente similar, un camión cisterna C-130 trágica y dramáticamente perdió las alas de una manera similar. Más info en el enlace aquí: Accidente C-130

No recuerdo todos los detalles de esto, o el incidente que usted describe, pero generalmente hay corrosión y/o agrietamiento por fatiga, y cuando finalmente ocurre la falla catastrófica, es como resultado de que el piloto aplicó cargas G durante la extracción. , no por el cambio de peso bruto al dejar caer la carga útil.

Su escepticismo está justificado, y no es solo una cuestión de qué tan significativo sería el cambio en la carga G creada al dejar caer una carga útil. Dejar caer el peso del fuselaje no crea un aumento en la tensión en las uniones ala-fuselaje. De hecho, dejar caer la carga útil del fuselaje disminuye la tensión en las uniones ala-fuselaje. (Sin embargo, dejar caer el peso de las alas aumentaría la tensión en las uniones ala-fuselaje).

Suponga que un avión pesa 10,0000 libras sin carga útil y puede transportar una carga útil de 10,000 libras. Suponga que el peso de las alas es insignificante, por lo que el fuselaje pesa 10 000 libras sin carga útil. Suponga que la carga útil se transporta en el fuselaje.

En vuelo recto y nivelado sin carga útil, las alas deben ejercer 10,000 libras de fuerza sobre el fuselaje. Entonces, se deben transferir 5000 libras de fuerza a través de cada unión ala-fuselaje.

En vuelo recto y nivelado con carga útil, las alas deben ejercer 20,000 libras de fuerza sobre el fuselaje. Entonces, se deben transferir 10,000 libras de fuerza a través de cada unión ala-fuselaje.

Suponga que el avión está en vuelo recto y nivelado con carga útil, y luego la carga útil se deja caer instantáneamente. El peso de la aeronave se reduce a la mitad. La velocidad aerodinámica y el ángulo de ataque de las alas permanecerán inicialmente iguales, por lo que cada ala todavía genera 10,000 libras de fuerza, todo lo cual se transfiere a través de la unión ala-fuselaje. No hay aumento de la tensión en la unión ala-fuselaje. El avión ahora está en una condición de +2 G y acelerará hacia arriba. Es decir, la trayectoria de vuelo se curvará hacia arriba. Esta aceleración hacia arriba creará tensión en los puntos de montaje de los componentes pesados, como el motor, la batería, el asiento del piloto (incluido el piloto), etc., pero no aumentará la tensión en la unión del ala y el fuselaje. ¹

La aceleración hacia arriba tendrá alguna tendencia a disminuir el ángulo de ataque de las alas, disminuyendo la fuerza de sustentación total y disminuyendo la cantidad total de fuerza transferida a través de las uniones ala-fuselaje, y disminuyendo la carga G total, pero esto será compensado por la dinámica de estabilidad de cabeceo inherente del avión (asumiendo que la carga útil fue transportada en el CG), que tenderá a inclinar el morro hacia arriba para adaptarse a la curva ascendente en la trayectoria de vuelo y restaurar el ángulo de ataque original.

En cualquier caso, podemos ver que no hay tendencia a que las uniones del ala y el fuselaje fallen de una manera que haga que las alas se eleven hacia arriba en relación con el fuselaje. La misma cantidad de fuerza se transfiere de las alas al fuselaje como ocurría antes de la caída, pero esa fuerza ahora se usa para acelerar el fuselaje hacia arriba en lugar de soportar la carga útil.

Ahora suponga que el peso de las alas no es despreciable. Suponga que las alas pesan 500 libras cada una y el fuselaje pesa 9000 libras sin carga útil. Ahora, en un vuelo recto y nivelado con una carga útil de 10 000 libras en el fuselaje, las alas deben ejercer 19 000 libras de fuerza sobre el fuselaje. Por lo tanto, se deben transferir 9500 libras de fuerza a través de cada unión ala-fuselaje.

Ahora, cuando la carga útil se deja caer instantáneamente desde un vuelo recto y nivelado, y las alas continúan volando a la misma velocidad y ángulo de ataque y generan 10,000 libras de sustentación cada una, la aeronave estará en una condición 2-G y acelerará hacia arriba. Cada ala "absorberá" 1000 libras de fuerza de sustentación y se transferirán 9000 libras de fuerza de sustentación a través de cada una de las dos uniones ala-fuselaje al fuselaje. Así que dejar caer la carga útil del fuselaje en realidad ha disminuido la tensión en las uniones ala-fuselaje, porque parte de la fuerza de sustentación de las alas se usa para acelerar las alas hacia arriba, ¡en lugar de soportar la carga útil en el fuselaje !

Ahora cambiemos la imagen y supongamos que la carga útil se transporta en las alas, no en el fuselaje. Supongamos que las alas pesan 500 libras cada una vacía y 5500 libras cada una cargada. Supongamos que el fuselaje pesa 9000 libras. En vuelo recto y nivelado en condiciones cargadas, las alas generan un total de 20 000 libras de sustentación, de las cuales 9 000 libras se utilizan para levantar el fuselaje. Se deben transferir 4.500 libras de fuerza a través de cada una de las dos uniones del ala y el fuselaje.

Nuevamente, suponga que el avión está en vuelo recto y nivelado con carga útil, y luego la carga útil se deja caer instantáneamente. El peso de la aeronave se reduce a la mitad. La velocidad aerodinámica y el ángulo de ataque de las alas permanecerán inicialmente iguales, por lo que cada ala sigue generando 10 000 libras de fuerza, por lo que la aeronave acelera hacia arriba en una condición 2G. De las 10,000 libras de fuerza generadas por cada ala, 1000 libras son "absorbidas por" el ala y 9000 libras deben transferirse a través de cada una de las dos uniones ala-fuselaje al fuselaje. La fuerza en cada una de las uniones ala-fuselaje se ha duplicado.

Lecciones para llevar a casa--

• Dejar caer peso del fuselaje no aumenta la tensión en las uniones ala-fuselaje. Más bien, si el peso de las alas no es despreciable, entonces dejar caer el peso del fuselaje disminuye la tensión en las uniones ala-fuselaje a medida que la aeronave acelera hacia arriba.

• Dejar caer el peso de las alas aumenta la tensión en las uniones del fuselaje del ala a medida que la aeronave acelera hacia arriba.

También preguntaste--

Supongamos ahora que durante la maniobra completa, la aeronave va a mantener un vuelo recto y nivelado sin perder ni ganar un pie de altura.

Esto requeriría que el piloto empujara la palanca hacia adelante para reducir el ángulo de ataque y la fuerza de sustentación generada por las alas, en el instante en que se liberó la carga útil. ("Empujar" solo se aplica a nuestro experimento mental en el que toda la carga útil se libera instantáneamente; si la carga útil se libera más gradualmente, se requeriría un movimiento hacia adelante más gradual de la palanca). Reducir el ángulo de ataque de las alas no No creará ninguna carga inusual en la aeronave. Y el avión permanecería en una condición 1-G.

Notas al pie--

1. Tenga en cuenta que para una fuerza de sustentación total dada generada por las alas, cuanto mayor sea la masa y el peso total de la aeronave, menor será la carga G y, por lo tanto, menor será la tensión en los puntos de montaje de objetos pesados ​​​​de peso fijo como el motor, batería, asientos de los ocupantes (incluidos los ocupantes), etc. Es por eso que para muchas aeronaves, la velocidad de maniobra publicada es menor cuando se reduce la masa y el peso total de la aeronave. Reducir la velocidad de maniobra permisible también reduce la cantidad total de fuerza que se puede generar cuando el ala alcanza el ángulo de ataque de pérdida mientras vuela a la velocidad de maniobra, lo que mantiene constante la carga G total máxima posible, lo que mantiene la máxima carga posible. Esfuerzo ejercido sobre los puntos de montaje de objetos pesados ​​de peso fijo constante. (Consulte la pregunta ASE relacionada¿Por qué la velocidad de maniobra varía con el peso? ). Sin embargo, este enfoque no tiene sentido si 1) los puntos críticos de preocupación que fallarán primero son las uniones ala-fuselaje y 2) cualquier peso adicional se agrega al fuselaje, no a las alas. En este caso, como muestra esta respuesta, siempre que el peso de las alas no sea trivial, para mantener constante la tensión ejercida sobre las uniones del ala y el fuselaje, la fuerza de sustentación máxima permitida debe disminuir a medida que aumenta la carga del fuselaje . , lo que significa que la velocidad de maniobra debe disminuir a medida que aumenta la carga del fuselaje. Lo contrario es cierto si el peso adicional se agrega a las alas en lugar del fuselaje. Consulte también esta respuesta ASE relacionada:¿Cómo afecta el peso de un avión al diagrama Vn? .