¿Por qué un piloto se inclina hasta 5 grados en el motor en funcionamiento después de la falla del otro motor?

Si una aeronave multimotor sufre una falla del motor mientras se encuentra cerca de la velocidad de control mínima (V mc ), una de las soluciones es inclinar hasta 5 grados en el motor en funcionamiento para aumentar la efectividad del timón y mantener el control. ¿Por qué es hasta 5 grados? ¿Qué sucede si el piloto se inclina más de 5 grados hacia el motor en funcionamiento?

Estrechamente relacionado , ¿quizás un tonto?
@Pondlife No creo que esto sea un engaño. La pregunta actual pregunta específicamente sobre el motivo del 5 ° mencionado en esta respuesta

Respuestas (5)

Los 5 grados de alabeo son para crear un componente de deslizamiento lateral que compensa la línea de empuje sesgada creada por el empuje asimétrico, y la entrada del timón hecha para contrarrestar el empuje asimétrico.

Tienes el motor vivo en un ala que quiere hacer girar el avión. Aplica timón opuesto para detener el giro. Con el momento del timón empujando hacia los lados, terminas con una línea de empuje resultante que está desplazada, y el avión avanza con un sesgo lateral hacia el motor muerto, aunque creas que vas en línea recta. Al inclinarse hacia el motor vivo, el ángulo de inclinación lateral hace que el avión quiera deslizarse lateralmente hacia el ala inferior, que está en la dirección opuesta al efecto de inclinación mencionado anteriormente. Los 5 grados de inclinación lateral son aproximadamente lo que proporciona la cantidad necesaria de tendencia al deslizamiento lateral. Lo suficientemente cerca en otras palabras.

El resultado es que volará con 5 grados de alabeo, pero en realidad seguirá recto por el aire. La bola de derrape se desplazará hacia el banco porque en realidad todavía está en un vuelo coordinado y la ubicación de desplazamiento de la bola es la verdadera ubicación "centrada".Sesgar

Estás diciendo en el primer párrafo que el banco crea un componente de deslizamiento lateral, pero luego dices en el último párrafo que todavía estás en un vuelo coordinado. ¿Vuelo coordinado no significa que no hay deslizamiento lateral? ¿Puedes aclarar lo que quieres decir allí?
Estás en un vuelo coordinado; la cola está alineada detrás de la nariz en la corriente de aire, porque la tendencia al deslizamiento lateral creada al bajar el ala se compensa con la línea de empuje efectiva sesgada. Imagínese que está en un automóvil sobre hielo resbaladizo que conduce en línea recta, pero las ruedas están torcidas, lo que hace que el automóvil se doble un poco hacia los lados. Si inclinó la superficie de hielo lateralmente, de modo que el automóvil quiera deslizarse cuesta abajo, en la cantidad justa, la tendencia al deslizamiento lateral cancela la tendencia a la pata de perro y el automóvil avanza en línea recta aunque la superficie esté inclinada. Más o menos así. He agregado un diagrama crudo.
En un motor gemelo de pistón de potencia marginal, el banco de 5 grados que se realiza para cancelar el deslizamiento lateral inducido por la línea de empuje desplazada puede significar la diferencia entre escalar y no escalar. Si no baja el ala, el avión de hecho se está deslizando lateralmente con las alas niveladas, básicamente siendo empujado hacia los lados por el timón, podría decir, con el aumento de resistencia resultante.
No se está produciendo ningún deslizamiento; La inclinación produce una fuerza lateral para contrarrestar la fuerza lateral del timón desviado, eliminando así cualquier tendencia a girar (cambio de rumbo). En términos generales, la banca no causa ni cancela el deslizamiento lateral.
No creo que la descripción sea muy precisa. El banco utiliza la gravedad para compensar la fuerza lateral introducida por el timón, liberando el deslizamiento lateral para que se requiera menos timón. En otra nota, creo que el OP tiene una buena idea sobre la maniobra VMCA, pero preguntaba por qué 5 grados en las regulaciones (y no 6 o 7 grados).
Sospecho de las explicaciones que involucran la gravedad. El timón se usa según sea necesario para evitar el deslizamiento lateral (medido por la cuerda de guiñada, no por la bola de deslizamiento y derrape), y la aeronave se inclina según sea necesario para eliminar cualquier tendencia a girar (cambio de rumbo) debido al timón desviado. Eso es realmente todo lo que hay que hacer.
@quietflyer Esa es la física :). La gravedad es el vector que se opone a la fuerza aerodinámica lateral (deslizamiento lateral, timón, alerones, MFS, etc.). No hay giro ya que las tasas corporales son cero en estado estacionario.
@quietflyer El vector de línea de empuje desplazado generado por el empuje asimétrico más el timón no genera una tendencia de giro. Simplemente vuela en una dirección que se desvía varios grados de su rumbo, sin girar. La inclinación crea una TENDENCIA de deslizamiento lateral contraria igual al vector de empuje sesgado, que alinea la dirección de vuelo con el eje longitudinal. Estás bancarizado, pero vas recto. Si no te inclinas hacia el motor muerto y mantienes suficiente timón para detener una tendencia a girar debido a la asimetría de empuje, todavía estás girando lateralmente y el ascenso se degrada severamente.
La banca de @quietflyer causa deslices. Cuánto depende de la tendencia a la intemperie de la aleta. El diedro aprovecha la tendencia al deslizamiento lateral para proporcionar estabilidad lateral. El diedro no funciona sin deslizamiento lateral inducido por la banca.
@JohnK no me hagas sacar matemáticas :)
Entonces, ¿las matemáticas mostrarán que el efecto diedro NO requiere deslizamiento lateral debido al banco?
@JohnK No estoy seguro de lo que quieres decir. ¿Qué tiene esto que ver con el vuelo recto OEI? Es una versión ligeramente más alterada de SHSS.
Bueno, definitivamente veo un deslizamiento lateral cuando hago un wingover empinado con los pies fuera de los pedales del timón, y es posible que la gravedad esté involucrada de alguna manera, pero todavía no estoy convencido de que lo mismo sea cierto en una situación de alabeo constante en estado estacionario.
Cuando se inclina, el vector de sustentación se inclina y el avión se mueve hacia los lados. Debido a que se mueve hacia adelante, se mueve en un arco, en un giro. La aleta mueve el fuselaje para mantener el eje largo alineado con el arco de giro, después de un pequeño deslizamiento. Si no hubiera aleta, sería todo deslizamiento. De todos modos, cuando está monomotor, la línea de empuje efectiva sesgada quiere mover el avión lateralmente hacia el motor muerto y la fuerza lateral del banco lo cancela. Estarás volando en línea recta con las alas inclinadas, sin acelerar lateralmente, por lo que la pelota estará en línea recta hacia abajo, a 5 grados del centro.
@JohnK En banco, el vector de sustentación no está inclinado con respecto al eje del cuerpo del avión. La gravedad, que siempre apunta hacia abajo inercialmente, es.
@Jimmy Creo que al final estamos hablando de los mismos efectos. Tal vez solo estoy usando la terminología incorrecta.
@JohnK-- re "De todos modos, cuando tiene un solo motor, la línea de empuje efectiva sesgada quiere mover el avión lateralmente hacia el motor muerto"-- Creo que en realidad es la fuerza lateral del timón desviado lo que quiere mover el avión lateralmente en el motor muerto. Bancamos para cancelar eso. Sin ladeo, tendríamos que aplicar más timón para arrastrar el fuselaje lateralmente por el aire para generar un componente de fuerza lateral hacia el buen motor. Además, una fuerza lateral constante y desequilibrada conduce a un giro, no a un deslizamiento. Por lo tanto, no veo que la banca realmente cree un componente de deslizamiento.
Pero la inclinación nos permite llevar la fuerza horizontal neta a cero, a pesar de que el timón está generando un componente de fuerza lateral, sin arrastrar el fuselaje lateralmente por el aire para generar un componente de fuerza lateral opuesto. Entonces podemos mantener el rumbo sin arrastrar el fuselaje hacia los lados por el aire.
Esto en realidad tiene ecos de la pregunta, ¿un avión automáticamente comienza a deslizarse lateralmente por el aire simplemente por el hecho de que está inclinado, o necesitamos observar otros matices más profundos para comprender la causa del deslizamiento lateral? Se relaciona con cómo funciona diedro, etc. He visto ideas erróneas sobre esto en varias fuentes, como el conocido "Model Aircraft Aerodynamics" de Martin Simons.
Es como si te estuvieras moviendo en un camino helado que de repente se inclinó hacia un lado. Comienzas a deslizarte cuesta abajo, es decir lateralmente, a medida que avanzas. Didedral quiere volver a nivelar las alas y el timón quiere hacer girar el avión en el flujo de aire compensado y en espiral. El diedro y el tamaño del timón/aleta tienen que equilibrar esas dos características.

Estas cifras son una referencia reglamentaria para dimensionar los alerones, el estabilizador vertical y el timón de una aeronave. El límite de alabeo de 5° se realiza para minimizar el factor de carga en la aeronave al tiempo que proporciona una fuerza para contrarrestar la entrada del timón necesaria para mantener una trayectoria de vuelo coordinada.

En el caso de una falla del motor en una aeronave bimotor o multimotor sin empuje en la línea central, el motor operativo creará un fuerte momento de guiñada sobre el eje vertical de la aeronave en la dirección del motor muerto. Si no se corrige, esto da como resultado un deslizamiento hacia adelante hacia el lado del motor en buen estado y, cuando se combina con el flujo de aire de obturación del fuselaje sobre el ala en el lado del motor muerto, también se desarrolla un momento de balanceo alrededor del eje longitudinal en la dirección del motor muerto. A bajas velocidades, combinado con la alta resistencia creada por la condición de deslizamiento más una pérdida del 50% del empuje total disponible debido a la falla del motor, esto puede convertirse rápidamente en una bola de nieve que se desvía del vuelo controlado y se estrella. La acción típica es aplicar timón en la dirección del motor bueno para contrarrestar este deslizamiento hacia adelante. Sin embargo, mientras que la nariz se alineará con la trayectoria de vuelo deseada haciendo esto, la trayectoria de vuelo real es un deslizamiento lateral hacia el lado del motor muerto, lo que crea un exceso de resistencia. La única forma de contrarrestar esto es inclinar el avión en la dirección del motor bueno para contrarrestar la fuerza del timón usando la componente horizontal de sustentación. Esto da como resultado una trayectoria de vuelo coordinada paralela al eje horizontal de la aeronave con una cantidad mínima de resistencia.

Si se utiliza un ángulo de alabeo excesivo para hacer esto, el componente vertical de la sustentación disminuye, lo que requiere que se imponga un mayor ángulo de ataque sobre las alas para mantenerse en el aire. Esto a su vez crea más arrastre inducido. Las normas para el diseño de aeronaves de bimotores livianos, por lo tanto, dictaban que, en el peor de los casos Vmca, el control direccional debe mantenerse con un ángulo de alabeo NO MAYOR A 5°.

Harry Horlings, ex piloto de pruebas militares y consultor de aviación, publicó este excelente video sobre la naturaleza de Vmc y lo que significa para el diseño y operación de aeronaves.

Esta afirmación parece contradecirse a sí misma: "Sin embargo, si bien el morro se alineará con la trayectoria de vuelo deseada al hacer esto, la trayectoria de vuelo real es un deslizamiento lateral hacia el lado del motor muerto".
Lo evita si tiene un motor muerto y necesita aplicar fuerza de timón para contrarrestar la guiñada debido al empuje asimétrico. Si hace un diagrama de fuerza, notará que el flujo de aire que se desvía del timón hace que se aplique una fuerza lateral a la aleta de cola. Esta fuerza lateral hará que el avión se deslice con el viento relativo. Un ligero ladeo hacia el motor en buen estado dirigirá una componente horizontal de sustentación suficiente para contrarrestar esta fuerza de timón y evitar un deslizamiento lateral.
@CarloFelicione Tu comentario anterior es bueno. Sugeriría eliminar la palabra "deslizamiento" ya que evoca un deslizamiento lateral, que no es el caso aquí. Tampoco es el ascensor per se el que genera la fuerza lateral, pero lo suficientemente cerca. Sospecho que la elevación frente al banco es la razón para limitar a 5 grados. Incluso con un banco de 10 grados, el factor de carga adicional es solo el 1,5% de la sustentación del vuelo nivelado.
@CarloFelicione -- con respecto a su comentario anterior -- en su ejemplo, diría que una descripción más detallada de "aplicar timón para contrarrestar la guiñada adversa" sería decir que, idealmente, el piloto aplica exactamente suficiente timón para que el avión vuele con cero deslizamiento lateral medido por una cuerda de guiñada en la nariz, a pesar del motor apagado. Como señala, el timón seguirá causando una fuerza lateral que desplazará la bola de deslizamiento fuera del centro. El propósito de la inclinación es evitar que esta fuerza lateral provoque un cambio de rumbo, no alterar la posición de la cuerda de guiñada o la bola de deslizamiento.
(Continuación)-- Sí, debido a las interrelaciones involucradas, si simplemente usamos el timón como un control de "dirección" para mantener un rumbo constante, entonces es cierto que demasiada inclinación se correlacionaría con un deslizamiento hacia el motor BUENO, y muy poco alabeo se correlacionaría con un deslizamiento hacia el motor averiado, pero el timón no es realmente un control de mantenimiento del rumbo, y al mirarlo de esta manera "pone el carro delante del caballo" y oscurece lo que realmente está sucediendo. Para obtener más información, consulte mi respuesta relacionada a la pregunta relacionada Aviation.stackexchange.com/a/65877/34686 , especialmente el párrafo que comienza "Ahora, concedido"
(Continuación) Un punto clave en todo esto es que, fundamentalmente, el deslizamiento (o "deslizamiento lateral") no es causado por una fuerza lateral. Un componente de fuerza desequilibrado provoca un giro (curvatura en la ruta de desplazamiento), no un deslizamiento. El deslizamiento puede ser una condición lineal; no está necesariamente relacionado con el giro y, por lo tanto, no es necesario que implique ningún componente de fuerza desequilibrado. El deslizamiento es causado por no apuntar en la misma dirección en la que realmente te mueves por el aire. Nuevamente, para obtener más información, consulte la respuesta relacionada a la pregunta relacionada Aviation.stackexchange.com/a/65877/34686 .
Una falla de un motor en un gemelo no crea un patio adverso. La guiñada adversa está asociada con un subproducto de la sustentación deferente cuando se aplica el alerón. No tiene nada que ver con la guiñada de empuje asimétrica de un motor averiado. En el caso de un gemelo con un motor en funcionamiento, el escritor requerido para contrarrestar la guiñada de empuje asimétrica provocará una trayectoria de vuelo que no esté alineada con el eje longitudinal de la aeronave. Esto esencialmente se convierte en un deslizamiento lateral.

Para mantener un vuelo recto después de que un motor no funcione (que sea el motor del lado derecho), se requiere la entrada del timón (morro a la izquierda) para eliminar la asimetría de guiñada de los motores. A medida que se desvía el timón, se produce una fuerza lateral aerodinámica (hacia la derecha), que, si se deja como está, empujaría a la aeronave a un giro de derrape. Esto no constituiría un vuelo directo.

Para poner a cero la fuerza lateral y mantener el vuelo nivelado (centrado en la bola), el único recurso es utilizar el deslizamiento lateral para generar una fuerza lateral aerodinámica opuesta. Esto significa que queda un morro de deslizamiento lateral en nuestro escenario, lo que significa que queda aún más morro del timón. A medida que se reduce la velocidad, se requerirá un timón cada vez más grande. En algún umbral, el timón estaría saturado y el vuelo nivelado ya no sería posible por debajo de esta velocidad.

Pero, ¿y si relajamos el requisito de vuelo nivelado? ¿ Qué pasa si permitimos un ángulo de alabeo en el motor vivo (alabeo izquierdo hacia abajo)? En este caso, estamos permitiendo una pequeña porción de la gravedad, igual a W ϕ para banco pequeño, para ayudar con la fuerza lateral aerodinámica. En consecuencia, se necesitaría menos deslizamiento lateral y menos timón. De hecho, si se utiliza un ángulo de alabeo suficiente (generalmente después de unos pocos grados), podemos permitir que la aeronave se deslice hacia el motor averiado (morro derecho); un deslizamiento lateral del morro a la derecha generaría una guiñada aerodinámica del morro a la izquierda, disminuyendo aún más el timón requerido.

Al permitir la banca, podemos disminuir el umbral de velocidad al que se saturarían las superficies de control, reduciendo así la velocidad mínima de control (Vmc).

A lo largo de todo, el timón genera un momento de balanceo aerodinámico, al igual que el deslizamiento lateral, que debe ser contrarrestado por el control de balanceo. A medida que aumenta el ángulo de alabeo, la aeronave estará menos limitada por el timón y más limitada por el control de balanceo. Bajo FAR 25.149 (y el antiguo 23.149), se permite un ángulo de alabeo máximo de 5 grados para la determinación de Vmc. Las diferentes aeronaves estarán limitadas de manera diferente a un banco de 5 grados; algunos pueden estar limitados por el timón, otros por el control de balanceo y otros por la advertencia de pérdida.

Para aquellos que aún no están convencidos, consulte las siguientes ecuaciones, que deben cumplirse para un vuelo constante/recto:

0 = norte mi norte gramo i norte mi + q S r mi F b r mi F ( C norte β β + C norte d r d r + C norte d a d a + C norte d s d s )

0 = C yo β β + C yo d r d r + C yo d a d a + C yo d s d s

0 = W ϕ + q S r mi F b r mi F ( C y β β + C y d r d r + C y d a d a + C y d s d s )

Se puede encontrar aún más información adicional en el Apéndice 6 de AC 25-7C .

¿Qué sucedería si vuela más de 5 grados hacia el motor vivo con OEI, no mucho, a menos que esté volando en Vmc, que sería más pequeño que V 2 y V R mi F .

¿Por qué 5 grados y no 6 o 7 grados? Mi suposición es que es un número redondeado que ofrece una disminución adecuada en Vmc para el rendimiento, pero no tanto como para introducir una gran aceleración lateral y una gran disparidad entre la velocidad OEI limitada de un timón (alto) de bajo peso y un timón (bajo) de alto peso velocidad OEI limitada.

El timón se usa según sea necesario para evitar el deslizamiento lateral (medido por una cuerda de guiñada, no por la bola de deslizamiento y derrape), y la aeronave se inclina según sea necesario para eliminar cualquier tendencia a girar (cambio de rumbo) debido al timón desviado. Eso es realmente todo lo que hay que hacer.

La explicación física correcta del vuelo recto OEI (sería mejor si agrega gravedad). Sin embargo, sigo creyendo que el OP pregunta por qué la regulación establece 5 grados en lugar de otro número.

La falla de un motor en un avión multimotor hace que se desvíe hacia el motor defectuoso. Para contrarrestar esto, el piloto tiene que aplicar el timón hacia el motor vivo. Todo esto es genial ya que el propio timón puede mantener el avión equilibrado.

Aunque la aeronave parece estar equilibrada solo con el timón, la aplicación del timón hace que la aeronave se deslice lateralmente. Con el timón aplicado, la fuerza sobre el estabilizador vertical actúa a través del centro de gravedad de la aeronave para evitar que el empuje del motor vivo desvíe la aeronave hacia el motor muerto. Esto hace que el flujo de aire golpee el estabilizador vertical desde un lado generando una fuerza lateral que se opone a la fuerza del timón. Esta fuerza lateral hace que la aeronave se deslice lateralmente hacia el motor averiado.

Para darte un ejemplo, piensa en un avión que sufre una falla en el motor derecho. Tan pronto como falla el motor, el empuje del motor izquierdo activo desvía la aeronave hacia el motor derecho. El piloto contrarresta esto usando el timón izquierdo. El timón crea una fuerza en el lado izquierdo del estabilizador vertical que permite al piloto volar la aeronave sin perder el control. A medida que se aplica el timón, el morro de la aeronave apunta hacia la izquierda, lo que hace que el flujo de aire relativo golpee la aeronave en el lado derecho. El resultado es una fuerza del lado izquierdo que hace que la aeronave se deslice por el lado derecho. Mira la foto de abajo.

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https://www.boldmethod.com/blog/und/how-does-zero-sideslip-work-in-a-multi-engine-aircraft/

La razón por la que colocamos un pequeño banco hacia el motor en vivo es para reducir los efectos del deslizamiento lateral. Una aeronave en deslizamiento lateral crea una resistencia que es perjudicial para el rendimiento de la aeronave, particularmente en un ascenso. Cuando se inclina hacia el motor, el componente de sustentación genera un componente lateral que le permite volar la aeronave en un estado controlado con una desviación del timón reducida. El resultado final es una reducción del deslizamiento lateral que aumenta el rendimiento de la aeronave. Esto también reduce la velocidad mínima de control de la aeronave, Vmc.

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¿Por qué un piloto se inclina hasta 5 grados en el motor en funcionamiento después de la falla del otro motor?
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