En mi experiencia como pasajero, cuando el avión se detiene en el aeropuerto y entras, el pasillo es prácticamente horizontal. (Obviamente, nunca he volado en un DC-3). Después del despegue, cabeceamos bruscamente hacia arriba (¡obviamente!), pero incluso después de que el capitán llega a la megafonía con "ahora hemos alcanzado nuestra altitud de crucero", el pasillo continúa apuntando unos pocos grados hacia arriba. Por lo general, es solo cuando "estamos comenzando nuestro descenso hacia XYZ" que el cuerpo regresa a una inclinación más o menos horizontal.
¿Por qué es esto? Tengo algunas hipótesis, pero no sé cuál de ellas, si es que alguna, es cierta.
Así es como funciona la aerodinámica. (Improbable: parecería ser una simple cuestión de ingeniería unir las alas al cuerpo en un ángulo tal que el ángulo de ataque correcto para el vuelo de crucero correspondiera al cuerpo en posición horizontal).
Lanzar ligeramente el cuerpo hacia arriba le permite generar cierta sustentación, libre de un aumento proporcional en la resistencia en relación con empujar el cuerpo cilíndrico en línea recta por el aire.
Los aviones de pasajeros están diseñados deliberadamente para que nunca tengan que inclinarse por debajo de la horizontal en un descenso de rutina, para que los pasajeros no entren en pánico y piensen que están cayendo en picada hacia su muerte. (También es poco probable, a menos que realmente no haya costos ocultos en términos de arrastre, etc.)
Los aterrizajes podrían ser más difíciles si el avión tuviera que apuntar su morro hacia abajo para acercarse al suelo: la rueda de morro golpearía la pista primero. (Por otro lado, simplemente nivelarse contaría como una bengala, por lo que no me queda claro que eso sea realmente una desventaja).
Principalmente las opciones 2 y 1 de tu lista.
Lo que nadie mencionó hasta ahora, pero que es bastante importante aquí, es que el ángulo de ataque depende de la velocidad 1 y el peso . Si bien la "velocidad" no varía mucho para la mayoría de los aviones, la diferencia entre un avión vacío y completamente cargado es bastante grande.
Ahora bien, si el fuselaje estuviera inclinado hacia abajo, generaría sustentación dirigida hacia abajo y arrastre asociado con el resultado neto de simplemente un montón de arrastre adicional. Por lo tanto, el avión está diseñado para que no vuele (en crucero nivelado) inclinado hacia abajo, incluso cuando está liviano. Pero eso significa que cuando está completamente cargado, vuela ligeramente inclinado hacia arriba, porque necesita más sustentación y un mayor ángulo de ataque para conseguirlo.
1 Depende de la "velocidad indicada", que no es la velocidad en absoluto, sino la presión dinámica expresada como la velocidad a la que ocurriría al moverse a través del aire con una presión estándar a nivel del mar (1013,25 hPa). La presión a grandes altitudes donde normalmente vuelan los aviones comerciales es significativamente menor, por lo que la velocidad indicada generalmente no supera los 250 nudos cuando la velocidad real supera los 400 nudos.
En última instancia, la respuesta a su pregunta es el número (1) de sus opciones anteriores: así es como funciona la aerodinámica .
Para generar cierta cantidad de sustentación se requiere que el ala tenga un ángulo de ataque específico a una velocidad dada. Como las alas están unidas de forma más o menos permanente al fuselaje, el ajuste del ángulo de ataque nos obliga a inclinar todo el avión, cambiando el ángulo de la plataforma.
Hay una muy buena página web que ilustra esto en detalle (muy exagerado) , por lo que no reproduciré la explicación completa y los dibujos aquí.
En cuanto a por qué la aerodinámica funciona de esa manera, probablemente tenga algo que ver con los números (3) y (4), la comodidad de los pasajeros y la facilidad para ejecutar maniobras (como aterrizajes).
La mayoría de los aviones en los que he estado tienen un ligero ángulo de la cubierta con el morro hacia arriba (quizás 2 grados) en crucero, lo que no es realmente "perceptible" para la mayoría de las personas a menos que lleves un nivel de burbuja o mires fijamente tu bebida. , pero el ángulo exacto de ascenso, crucero y descenso variará según la aeronave y cómo se haya cargado (puede descender prácticamente con cualquier ángulo de cubierta que desee).
La mayoría de la gente probablemente se opondría a volar con un ángulo de cubierta de 10 o 15 grados (ya sea con la nariz hacia arriba o hacia abajo), por lo que, como una concesión a la comodidad de los pasajeros, las alas están unidas al fuselaje de una manera aerodinámicamente favorable (no tratando de arrastrar el gordo fondo del avión por el cielo) y cómodo para los pasajeros.
Por el contrario, la mayoría de los aviones GA en los que he estado parecen navegar con un ángulo de cubierta plano o ligeramente hacia abajo, aunque eso podría ser una ilusión óptica por tener la ventana grande en el frente donde puedes verlo. (Estoy estimando el ángulo de la cubierta en función de la inclinación de la brújula húmeda , ya que generalmente no sirvo bebidas).
¡Realmente tienes una muy buena hipótesis aquí!
Para empezar, realmente es "una simple cuestión de ingeniería unir las alas al cuerpo en un ángulo tal que el ángulo de ataque correcto para el vuelo de crucero correspondiera al cuerpo en posición horizontal", pero se perdió un poco los objetivos de diseño. Este ángulo se denomina ángulo de incidencia o ángulo de aparejo del ala y es la diferencia entre el ángulo del fuselaje y el ángulo del ala. Este es un ángulo muy específico que se calcula como parte del diseño de la aeronave.
La incidencia del ala debe satisfacer los siguientes requisitos de diseño:
- El ala debe ser capaz de generar el coeficiente de sustentación deseado durante el vuelo de crucero.
- El ala debe producir una resistencia mínima durante el vuelo de crucero.
- El ángulo de ajuste del ala debe ser tal que el ángulo de ataque del ala pueda variarse (de hecho, aumentarse) con seguridad durante la operación de despegue.
- El ángulo de ajuste del ala debe ser tal que el fuselaje genere una resistencia mínima durante el vuelo de crucero (es decir, el ángulo de ataque del fuselaje debe ser cero en crucero).
Estos requisitos de diseño coinciden naturalmente con el ángulo de ataque de la superficie aerodinámica del ala correspondiente al coeficiente de sustentación ideal de la superficie aerodinámica (consulte la figura 5.26).
El número típico de incidencia del ala para la mayoría de las aeronaves es de 0 a 4 grados. Como guía general, el ángulo de ajuste del ala en los cazas supersónicos es de 0 a 1 grados; en aeronaves GA, entre 2 a 4 grados; y en los aviones de transporte a reacción es de 3 a 5 grados.
Tenga en cuenta que el ángulo de incidencia adecuado hará que el ala sea más eficiente durante el crucero, mientras que el fuselaje también genera la cantidad mínima de resistencia. Ambos se calculan de forma independiente y el ángulo de incidencia se establece de modo que ambas condiciones se cumplan al mismo tiempo.
Las decisiones de diseño de aeronaves suelen ser un compromiso entre objetivos diferentes, muchas veces contradictorios. Continúa diciendo que puede ajustarse desde el óptimo en algunos casos:
El ángulo de ajuste del ala puede modificarse a medida que avanza el proceso de diseño. Por ejemplo, un fuselaje con un barrido grande sobre la parte trasera para aceptar puertas de carga traseras puede tener su resistencia mínima en un ángulo de ataque positivo pequeño. En tales casos, la incidencia del ala se reducirá en consecuencia. Otra consideración, menos fundamental, es que el rendimiento de frenado durante la operación de aterrizaje para obtener el mayor peso posible sobre las ruedas frenadas. Por lo tanto, existe el beneficio de reducir ligeramente la incidencia del ala en la medida en que el cambio no se sienta significativamente en la cabina. Reducir la longitud del tren de morro hará lo mismo. Esta técnica está limitada en aviones de pasajeros porque en tierra es deseable un suelo de cabina nivelado. Pero, para los aviones de combate, el piso nivelado no es una consideración de diseño.
Otra posible razón para ajustar el ángulo de incidencia a un número no óptimo es asegurarse de que al aterrizar la aeronave el morro no esté inclinado hacia abajo, para evitar una mayor probabilidad de golpear primero la rueda del morro al aterrizar.
La mayor parte del material para esta respuesta provino de este documento escrito por Mohammad Sadraey en Daniel Webster College
Necesita una actitud de cabeceo leve para volar: necesita un cierto ángulo de ataque para producir la sustentación requerida para permanecer en el aire.
Como habrás imaginado, normalmente las alas están inclinadas con respecto al fuselaje para que en crucero las alas tengan el AoA requerido mientras que el fuselaje estará horizontal para minimizar la resistencia (y por lo tanto el consumo de combustible).
La comodidad de los pasajeros es mucho menos importante que esto (y los pasajeros siempre pueden reclinarse en sus asientos).
Mi hipótesis para su observación es que el "levantamiento" que observa es una ilusión visual/sensorial debido a la falta de un punto de referencia externo (no, las nubes no son una referencia válida y el suelo está demasiado lejos) o ha volado en aviones en los que el suelo no es paralelo al plano xy del avión. Personalmente, me inclinaría por la primera hipótesis, ya que tener un piso no horizontal en vuelo crea todo tipo de molestias en el servicio de cabina (de nuevo, algo que quieres evitar).
Creo que la respuesta puede ser la opción 5:
5. El avión cambia durante el vuelo.
Al comienzo de un vuelo, un avión se carga con combustible. Esto aumenta el peso de la aeronave y, por lo tanto, requiere un aumento en el AoA para mantener el nivel de vuelo. A medida que la aeronave quema combustible, la masa de la aeronave disminuye y, en consecuencia, el AoA también debe disminuir.
Según el tipo de aeronave y la duración del vuelo, el peso del combustible puede ser muy importante. Por ejemplo, un Boeing 777-200 tiene una capacidad máxima de combustible de 117.340 lts. Esta cantidad de combustible pesa aprox. 95.000 kg. El peso máximo al despegue de este tipo de aeronaves supera ligeramente los 247.000 kg. Esto significa que un 777 completamente cargado de combustible y con el peso máximo de despegue perderá un poco menos del 40% de su masa durante el vuelo.
¡La comodidad de los pasajeros es una gran consideración! Simplemente es más cómodo para los pasajeros estar reclinados uno o dos grados que sentarse exactamente nivelados.
Salté de un 777 a un pequeño aire acondicionado (si no recuerdo mal, un Baron de algún tipo) para ir de isla en isla y el fuselaje estaba bastante nivelado. Ciertamente se sentía menos cómodo y de alguna manera, incluso como si estuviera luchando por no descender. Preferiría estar un poco inclinado.
Creo que algunos aviones vuelan ligeramente con el morro hacia abajo.
[EDITAR]
ADVERTENCIA. No soy un experto en fisiología o diseño de aeronaves.
La comodidad es un factor importante y la pregunta no es "¿los aviones vuelan hacia arriba?" sino "¿por qué lo hacen?" Que lo hacen es un hecho. Sospecho que hay muchos factores, por ejemplo, el fuselaje en sí mismo, cuando se levanta, generará cierta sustentación, pero pregúntele a cualquier piloto experimentado sobre sentarse en un asiento mirando hacia atrás, o caminar hacia el frente cuando en un descenso que resulta en un cabeceo nivelado o actitud hacia abajo. Se siente menos cómodo que con la nariz hacia arriba.
Si la aeronave está nivelada y usted está nivelado, experimenta +1 g verticalmente y 0 g horizontalmente. Si reclina el asiento, aún experimenta +1 y 0. Si el avión está inclinado hacia arriba, experimenta un pequeño componente -ve g en la horizontal. Qué efecto tiene esto psicológicamente, no lo sé, pero hace la diferencia. He oído, anecdóticamente, que mirar hacia atrás, por ejemplo, en un asiento de clase biz de British Airways es menos cómodo que uno mirando hacia adelante exactamente por esta razón.
No sé cómo, pero me topé con esta interesante pregunta que ha generado algunas respuestas bastante elaboradas.
Para un avión de pasajeros convencional, el ángulo en el que el ala se une al fuselaje simplemente se elige de modo que la resistencia total del avión se minimice durante la condición de crucero. Y la resistencia total en crucero se minimiza cuando el fuselaje se inclina un par de grados. Eso es todo.
Obviamente, también la comodidad de la tripulación de vuelo que empuja los carritos de comida en el pasillo juega un papel importante durante la fase de diseño.
David Richerby
hmakholm sobra a Monica
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Jan Hudec
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Jan Hudec
mgkrebbs
Miguel
miguel hall