¿Por qué los aviones más grandes tendrían límites más altos de despegue y aterrizaje con viento cruzado que los aviones más pequeños?

En respuesta a una pregunta anterior sobre la escasez de pistas en los principales aeropuertos británicos, un tema importante fue que la llegada de aeronaves más grandes y pesadas con límites de viento cruzado máximo más altos para el despegue y el aterrizaje (combinado con el campo de viento relativamente constante de Heathrow) redujo o eliminó la necesidad de pistas de viento cruzado :

Cuando Heathrow se abrió como un sitio comercial, tenía TRES pistas diferentes en un triángulo y en 1955 tenía SEIS pistas. Puede verlas aquí: Wikipedia [sic] commons : dispuestas para permitir la operación paralela en 2 pistas sin importar el viento. la dirección era.

Pero con la llegada de aviones de transporte más grandes con velocidades de aterrizaje más altas y mayor tolerancia al viento cruzado, se redujo la necesidad de pistas adicionales, y para fines de la década de 1950 solo se usaban las pistas este/oeste, se ampliaron a 2 pistas. en uso hoy en día, mientras que las otras pistas estaban cerradas - hoy se utilizan como calles de rodaje.

Sin embargo, las cosas que determinan cuánto viento cruzado de despegue o aterrizaje puede manejar un avión son:

• En primer lugar, la autoridad máxima del timón de la aeronave, que, de manera más destacada, determina la rapidez con la que el piloto puede despegar la aeronave al tocar tierra durante un aterrizaje con viento cruzado, a fin de mantener las llantas del tren principal (que, para la mayoría de las aeronaves, ¹están bloqueados en una orientación hacia adelante y hacia atrás y no pueden girar para alinearse con la dirección de movimiento de la aeronave a lo largo del suelo, a diferencia del tren de morro) de ser destruidos por las fuerzas laterales generadas por su arrastre por la pista torcida; también determina cuánto viento cruzado puede tolerar la aeronave durante su carrera de despegue o aterrizaje antes de que comience a girar incontrolablemente contra el viento debido a la fuerza del viento en el estabilizador vertical de la aeronave (aunque esto suele ser una preocupación secundaria, ya que generalmente requiere menos autoridad de timón que la gran maniobra de guiñada de alta velocidad necesaria para despegar la aeronave al aterrizar en un fuerte viento cruzado).
  • La máxima autoridad de timón de la aeronave, a su vez, está determinada por la relación entre, por un lado, la cantidad de par de guiñada que el timón es capaz de ejercer sobre la aeronave (en función del tamaño del timón, su brazo de momento efectivo y [ en menor grado] su ángulo máximo de deflexión) más el par de guiñada adicional producido por el fuselaje delantero con la aeronave en un ángulo de deslizamiento lateral distinto de cero (una función de su tamaño y brazo de momento efectivo, y del ángulo de deslizamiento lateral de la aeronave), y , en el otro, la cantidad de torsión de veleta producida por el estabilizador vertical y el fuselaje trasero cuando la aeronave tiene un ángulo de deslizamiento lateral distinto de cero (una función del tamaño y el brazo de momento efectivo de las partes traseras de la aeronave, y del ángulo de deslizamiento lateral de la aeronave); como todosde las áreas y los brazos de momento efectivos involucrados aumentarían o disminuirían en una proporción esencialmente igual por un cambio en el tamaño total de la aeronave, no se esperaría que una aeronave más grande tuviera una autoridad de timón significativamente mayor que una más pequeña.
  • Un factor mucho más prominente en el departamento de autoridad del timón es, para aeronaves multimotor con empuje no central, la necesidad de usar el timón para mantener el control direccional en caso de una falla del motor durante el despegue, con el motor en buen estado todavía a plena potencia. , a velocidades muy por debajo de las requeridas para mantener el vuelo; ^{2 la velocidad aerodinámica mínima a la que el timón tiene suficiente autoridad} _{de control para hacerlo} se denomina VMC ( velocidad mínima controlable ) , y forma un límite inferior estricto en el rango de V _{1 permisible de la aeronave}velocidades (y, por lo tanto, también en la cantidad de pista que requiere para el despegue con un peso dado). Para las aeronaves multimotor sin empuje en la línea central, esto, en lugar de los aterrizajes y despegues con viento cruzado, es generalmente el caso crítico que define la cantidad de autoridad de timón necesaria; por lo tanto, si hubiera una dicotomía en las autoridades máximas de timón de las aeronaves, uno esperaría que fuera entre aeronaves monomotor (y multimotor de empuje central), por un lado, y aeronaves multimotor sin empuje central, por el otro. otro, en lugar de entre aeronaves pequeñas y aeronaves grandes per se . ³ En todo caso, uno esperaría que algunas aeronaves pequeñas con motores montados en las alas necesiten más autoridad de timón máxima (y, por lo tanto, tenganmayores capacidades de viento cruzado) que algunas aeronaves grandes con motores montados cerca de la línea central de la aeronave.
• En segundo lugar, la capacidad de los neumáticos del tren principal de la aeronave para soportar las considerables fuerzas laterales que se ejercen sobre ellos antes de que la aeronave esté completamente desguazada; esto determina el ángulo máximo de cangrejo en el que la aeronave puede aterrizar con seguridad sin arrancar los neumáticos de su tren de aterrizaje principal, así como la cantidad de tiempo disponible para quitar el cangrejo de un ángulo determinado antes de que se produzcan daños graves en los neumáticos. En todo caso, los aviones más pequeños parecerían tener una ventaja aquí, ya que...
  • Las aeronaves más pequeñas tienden a aterrizar y despegar a velocidades aerodinámicas más bajas, lo que minimiza la fuerza lateral en los neumáticos del tren principal para un ángulo de cangrejo dado y, por lo tanto, presumiblemente, aumenta tanto el ángulo de cangrejo máximo seguro para el aterrizaje como el tiempo seguro disponible para el desbarbado. desde un ángulo dado.
  • Las aeronaves más pequeñas tienden a tener una carga de neumáticos más baja (menos peso por unidad de área de parche de contacto de la llanta) que las aeronaves más grandes, lo que reduce la fuerza de fricción entre la banda de rodadura de la llanta y la superficie de la pista y, por lo tanto, las fuerzas laterales en el tren principal. neumáticos a una determinada velocidad aerodinámica y ángulo de cangrejo.

Entonces, ¿por qué los aviones más grandes tendrían mayores límites de despegue y aterrizaje con viento cruzado que los aviones más pequeños, y no al revés?

¹ : Aunque no todos.

² : En general, también se considera deseable mantener el control de la aeronave en caso de falla del motor durante el vuelo de crucero o al aterrizar; sin embargo, se trata de situaciones mucho menos críticas en este sentido, ya que...

• Durante el crucero, la velocidad aerodinámica de una aeronave es generalmente mucho más alta que durante el despegue o el aterrizaje (aumentando en gran medida la autoridad de control del timón), y sus motores están en la configuración de empuje de crucero de potencia considerablemente más baja (reduciendo la asimetría de empuje máxima y, por lo tanto, el se necesita la máxima autoridad de timón, en caso de que uno falle en la ruta), en lugar del TOGA de máxima potencia ( T ake O ff / G o- Aronda) configuración generalmente utilizada durante el despegue. (Algunos despegues se hacen lo suficientemente livianos, y desde pistas lo suficientemente largas y/o con vientos en contra lo suficientemente fuertes, para permitir que uno use de manera segura una configuración "flexible" de menor potencia para el despegue, lo que reduce el desgaste del motor, el consumo de combustible y la producción de ruido en comparación a utilizar toda la potencia TOGA, a expensas de alargar la carrera de despegue de la aeronave y reducir el peso de despegue máximo permitido; sin embargo, incluso esta configuración todavía utiliza un nivel de empuje mucho más alto que la configuración de crucero).
• Durante el aterrizaje, los motores de la aeronave generalmente se reducen casi al ralentí de vuelo para el descenso, lo que reduce en gran medida la asimetría de empuje máxima (y, por lo tanto, la autoridad máxima del timón requerida) en caso de falla del motor; incluso si se necesita potencia TOGA (por ejemplo, durante un motor y al aire o un encuentro con una fuerte cizalladura del viento), la velocidad aerodinámica de la aeronave sigue siendo significativamente más alta que durante las partes más críticas del recorrido de despegue (y los márgenes de control direccional en consecuencia mayor).

³ : De acuerdo, casi todas las aeronaves monomotor también son pequeñas... pero también lo son muchas, muchas aeronaves multimotor sin empuje en la línea central, por lo que no serían solo las aeronaves grandes las que tendrían mayores capacidades de viento cruzado: muchas aeronaves pequeñas serían también se esperaba.