¿Las aeronaves son capaces de realizar un vuelo invertido sostenido a una altitud constante?

El vuelo invertido como parte de maniobras, peleas de perros, acrobacias es bastante común, pero mi pregunta es:

¿Hay algún avión capaz de realizar un vuelo invertido sostenido sin perder altitud? Por ejemplo, ¿podrías volar 10 minutos invertidos al mismo nivel de vuelo?

Para aclarar: no me pregunto sobre los motores, los sistemas de combustible, la resistencia de la estructura del aire, etc. Básicamente, no hay ninguna razón por la que esos sistemas no puedan diseñarse para que sean robustos contra el vuelo invertido.

Lo que tengo curiosidad es específicamente el perfil aerodinámico en sí.

es decir, por lo que puedo ver, necesitaría equilibrar el vector de gravedad con la sustentación.

Ergo, ¿son las alas de los aviones generalmente capaces de proporcionar suficiente sustentación compensatoria en la dirección "incorrecta" para equilibrar la gravedad? ¿Son todos / la mayoría de los cazas / naves arobáticas certificadas capaces de esto?

¿Necesitaríamos un perfil aerodinámico que pueda proporcionar un vector de sustentación apuntando en la dirección +z normalmente pero que se pueda cambiar a un vector grande apuntando en la dirección -z en respuesta a una desviación de la superficie de vuelo?

Solo como aclaración, en realidad estar "invertido" no importa, lo único relevante es si experimenta G negativa. Permanecer invertido a una altitud constante significaría mantener -1 G en el marco de referencia de los aviones.
Olvidé quién y qué avión, pero hay una mujer piloto en los EE. UU., que vuela 767 desde el asiento de la mano izquierda para ganarse la vida, que tiene el récord mundial de vuelo invertido a más de 600 millas. Recuerda, lo que importa es el ángulo de ataque. La mayor parte de mi vuelo ha sido en aviones con alas simétricas, aunque helicópteros :)
Joann Osterud?
Si puedes hacer que vaya lo suficientemente rápido, puedes volar cualquier cosa invertida...
¿Creerías despegues y aterrizajes invertidos? youtube.com/watch?v=1ApSDpnA2k0
@curious_cat ¡Ese es, gracias!
@FredLarson Fascinante. Nunca lo hubiera creído antes de ver esto.
Pude ver a Craig Hosking y Double Take en Eau Claire, WI en 1988. Hizo dos actuaciones durante el espectáculo. En la primera, despegó normalmente, hizo una actuación acrobática y luego aterrizó invertido. Rodó y salió del avión. Más adelante en el espectáculo, volvió a subir a la cabina, despegó invertido, hizo otro espectáculo acrobático y luego aterrizó normalmente.
Nota: no encontrarás maniobras "G" negativas en una pelea de perros. Las peleas de perros tienen que ver con el radio de giro, la velocidad de giro y la gestión/conservación de energía. Los luchadores (ni el cuerpo humano para el caso) no están diseñados para un rendimiento máximo bajo g negativa sostenida.

Respuestas (5)

¡Sí lo son! Los aviones acrobáticos pueden tener alas simétricas para mejorar el rendimiento invertido. Así que con estos aviones no hay ningún problema en absoluto. Otros aviones ágiles, los planeadores también pueden volar invertidos. Por supuesto está lejos de ser óptimo pero es posible. No olvides que la sustentación también depende del ángulo de ataque. Entonces, si vuela con un ángulo de ataque invertido y la resistencia será mayor para compensar un perfil de ala "incorrecto".

Ah, sí. De hecho, ignoré el ángulo de ataque.
Para ser justos, los planeadores no pueden mantener la altitud a menos que estén en una corriente ascendente. Invertido o de otra manera. Sin embargo, los planeadores son mejores para volar invertidos, porque su motor no se apaga. ;)
Sin embargo, @falstro sus pilotos podrían (literal y figurativamente)
@curious_cat: Nunca olvides el humilde avión de papel. El perfil aerodinámico de placa plana de un avión de papel también genera sustentación. El perfil aerodinámico no se trata de sustentación. Se trata de eficiencia. Si no le importa cuánto combustible quema y si tiene un exceso de potencia, siéntase libre de volar con un perfil aerodinámico al revés.
Estoy lejos de ser un experto, pero entiendo que el ángulo de ataque no es solo otro factor, es el factor. La forma de un perfil aerodinámico es solo una forma de proporcionar un ángulo de ataque positivo de una manera que reduce la resistencia parásita. El hecho de que sea redondo en el frente, curvo en la parte superior y puntiagudo en la parte posterior básicamente significa que si dibujara una línea a través del "promedio" de la sección transversal, encontraría que se inclina un poco hacia abajo, que es decir, proporciona un ángulo de ataque.

La mayoría de los aviones utilizan un perfil aerodinámico combado. Tal superficie aerodinámica solo le brinda una mayor velocidad de pérdida, de lo contrario, se las arreglará bien con un vuelo invertido prolongado. Lo más probable es que el giro del ala aumente la resistencia inducida ya que la distribución de la circulación a lo largo de la envergadura está diseñada para el vuelo erguido, y tal vez el perfil aerodinámico opere fuera de su cubo laminar (si su polar tiene uno), por lo que la resistencia viscosa será mayor.

Si el ala usa un perfil aerodinámico simétrico y no tiene lavado, como en algunos aviones acrobáticos, el avión funcionará de manera idéntica en ambas actitudes.

El límite real para el funcionamiento invertido prolongado es el sistema de combustible y, en algunos motores, la lubricación. Si ambos están diseñados para un vuelo invertido prolongado, solo el nivel de combustible y la condición física del piloto limitarán la duración del vuelo invertido . Es mucho más cómodo cuando el peso de su cuerpo está soportado por un asiento cómodo que por dos correas estrechas que corren sobre sus hombros.

La velocidad de entrada en pérdida más alta se traducirá en una velocidad más alta para la potencia mínima y la resistencia mínima óptima, por lo que una aeronave que podría mantener su altitud en vuelo regular podría tener muy poca potencia para un vuelo invertido sostenido. Además, el rango de ajuste del elevador puede ser demasiado pequeño para ajustar las fuerzas de la palanca. En vuelo invertido, el momento de balanceo inducido por deslizamiento lateral tendrá el signo incorrecto, por lo que el deslizamiento lateral lo hará rodar contra el viento. Pero si tolera todo esto y la potencia del motor es suficiente (lo que debería ser cierto para todos los cazas desde la Segunda Guerra Mundial), volar invertido a la misma altitud no es un problema particular.

¿Alguna idea de qué avión usaron Milo Burcham y Joann Osterud para establecer sus récords de vuelo invertidos? Más de 4 horas suena increíble.
Cuando vuele con G negativo, es mucho más cómodo tirar de las correas sobre las piernas muy apretadas y dejar las correas de los hombros bastante flojas.
@Wirewrap: Cierto, pero no para pilotos altos. Mi cabeza descansaría en el interior del dosel si aflojase las correas de los hombros.
Las acrobacias aéreas son uno de los pocos ámbitos de la vida en los que vale la pena ser un tipo bajo y delgado.
Los problemas que describe son para aviones que no están diseñados para vuelo invertido. Si no me equivoco, algunos aviones acrobáticos tienen sistemas de combustible y aceite diseñados con pastillas en ambos lados de los tanques para que puedan permanecer invertidos sin problemas. Las alas simétricas también eliminan los problemas causados ​​por el giro del ala que describes.
@Lnafziger Sí, correcto. Interpreté que la pregunta se refería a la mayoría de los aviones y la respondí en consecuencia.
Sin embargo, la pregunta era "¿hay algún avión capaz de ... Solo sugiero que es posible que desee abordar eso para obtener una respuesta más completa (que veo que lo hizo).

Me doy cuenta de que usted declaró explícitamente:

Para aclarar: no me pregunto sobre los motores, los sistemas de combustible, la resistencia de la estructura del aire, etc. Básicamente, no hay ninguna razón por la que esos sistemas no puedan diseñarse para que sean robustos contra el vuelo invertido.

Pero voy a responder parte de esto porque parece ser el factor limitante de su pregunta.

El principal problema del vuelo invertido no es aerodinámico sino de propulsión. La mayoría de los tanques de combustible de los aviones requieren gravedad para suministrar combustible al motor. Las aeronaves militares y de alto rendimiento suelen incluir algunos mecanismos para mantener el flujo de combustible durante las maniobras G negativas, como el vuelo invertido. Sin embargo, suele haber restricciones de tiempo muy estrictas.

Por ejemplo, el bombardero B-1B posee un solo tanque de combustible capaz de operar bajo maniobras G negativas. Durante el vuelo normal, el combustible se bombea desde tanques alimentados por gravedad a este tanque de combustible especial. Luego, durante las maniobras G negativas, solo el combustible de este tanque especial está disponible para la operación continua del motor.

Lo que esto significa en la práctica es que la aeronave que realiza cualquier maniobra G negativa inicia un reloj de cuenta regresiva. Cuando el reloj llega a 0, su(s) motor(es) muere(n).

Lo cual es algo muy malo durante un vuelo con motor normal.

La cantidad de tiempo que tiene un avión en particular depende del diseño de su tanque de combustible en particular.

¡Me alegro de que hayas respondido! No quise hacer que bloqueara las respuestas. :)

Cuando esté en la parte superior de un bucle, normalmente todavía tendría g positiva. El problema aquí es volar invertido de manera sostenible a -1 g. Con un ala simétrica (la mayoría de los cazas y algunos aviones acrobáticos) esto sería más fácil ya que no intentará crear sustentación hacia la tierra en ese caso.

Sí. Las aeronaves acrobáticas militares y civiles modernas de alto rendimiento tienen sistemas de combustible y aceite invertidos dedicados que les permiten operar en los regímenes G negativos de su envolvente de vuelo sin dañar la estructura del avión ni el motor.

Algo me vino a la mente. La mayoría de los sistemas de aceite de los motores a reacción no son capaces de sostener un vuelo invertido prolongado. De los varios aviones de ala fija que he volado (incluidos los jets), el límite más largo que he visto (también el límite más común) de vuelo invertido sostenido fue de 30 segundos. Por lo tanto, los sistemas de combustible y aceite tendrían que diseñarse específicamente para períodos muy largos de vuelo invertido (o vuelo eléctrico). Aún así, no encuentro una razón práctica por la que uno volaría invertido durante períodos más largos, incluso para UCAV).
¿Las aeronaves son capaces de realizar un vuelo invertido sostenido a una altitud constante?
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