¿Pueden los inversores de empuje por sí solos dirigir y detener un avión?

Dirigir: No. Detener: Sí.

Los inversores de empuje están dentro o fuera. No pueden activarse proporcionalmente a algún ajuste de control en la cabina. Una vez que están desbloqueados, el flujo de aire a través de ellos los succiona por completo. La única forma de variar su efecto de frenado sería acelerando el motor hacia arriba o hacia abajo, y los motores de los aviones reaccionan con bastante lentitud a las entradas de control. Su capacidad de respuesta no será suficiente para dirigir la aeronave; solo las entradas del timón (y solo aquellas a mayor velocidad), la dirección de la rueda de morro y el frenado diferencial con los frenos de las ruedas son adecuados para el control direccional en tierra.

Su efecto de frenado es mayor a alta velocidad y disminuye a medida que el avión desacelera. Durante el primer tercio de la carrera de aterrizaje, ayudarán notablemente a reducir la velocidad del avión, pero necesitará una pista larga cuando desee aterrizar sin frenos en las ruedas. Los detalles dependen del peso de aterrizaje, la elevación del aeródromo y la velocidad del viento.

Desde una perspectiva física, podemos calcular la cantidad de fuerza necesaria para reducir la velocidad de un avión dentro de una distancia dada. La ecuación de la distancia de frenado es:

$$d_f=\frac{v_i^2}{2a}$$

Si asumimos que el avión tiene 7000 pies para detenerse con solo empuje inverso, y la velocidad de aterrizaje es de 130 nudos = 220 pies/s, podemos resolver la aceleración.
_{Todos los cálculos serán aproximados.}

$$7000=\frac{220^2}{2a}$$ $$a=3.5 ft/s^2$$

Usando la segunda ley del movimiento, podemos encontrar la fuerza requerida para desacelerar un avión de 120 000 lb a esa velocidad.

$$F=ma$$ $$F=120,000\times3.5=415,000ftlb/s^2=13000lbf$$

Esto es aproximadamente el 25% del empuje máximo hacia adelante de un 737-700. Los motores tienen una relación de derivación de más de 5:1, por lo que parece razonable que los motores puedan promediar esta cantidad de fuerza de empuje inverso. Esta estimación también ignora todos los efectos de arrastre o fricción que también ayudarían a detener la aeronave.

Para la dirección, los pilotos podrían usar empuje diferencial. Sería más difícil que usar el timón y la rueda de morro, pero debería ser suficiente. Sin embargo, una componente de viento lateral haría más difícil maniobrar.

No soy piloto comercial, pero he estado investigando esto por otras razones: para observar los mecanismos de desgaste de los frenos.

Normalmente, se supone que los inversores de empuje están activados en los aviones comerciales de Airbus y Boeing (que los tienen) cuando está aterrizando. Involucrarlo solo significa abrir/mover las diversas aletas que desvían el flujo.

Sin embargo, debido a las regulaciones de ruido, normalmente no se le permite usarlos activamente: por lo tanto, pone los motores en ralentí. Sin embargo, esto tiene varias ventajas: - el sistema está configurado para permitir un empuje inverso mucho mayor si lo necesita con urgencia - tampoco tiene ningún empuje positivo del empuje inactivo ya que lo tiene invertido (que no es despreciable , varía del 3 al 6% del empuje máximo total)

Los cálculos de aterrizaje FAR/JAR no suponen ningún crédito para los propulsores inversos, por lo que en condiciones ideales no debería necesitarlos. Pero si tiene un mal funcionamiento del sistema u otro problema (falta de frenado, mal control de flaps, pista resbaladiza, pista corta, avión muy pesado, etc.), ellos pueden ayudarlo.

Creo que la mayoría de los grandes motores a reacción comerciales que tienen empuje inverso pueden llegar hasta el 80% -90% de N1 (velocidad del ventilador). Esto se debe a que la mayoría funciona abriendo aletas que solo desvían la salida de aire del ventilador (que es aproximadamente el 80% del empuje). Estos son para el "tipo de cubierta de traducción".

Airbus dice que en el A330 con el motor GE CF6-80E1A2, a 150 nudos y al 90% de N1, obtienes 16,000 lb/motor de empuje inverso (nivel del mar). Que es el 22% del empuje máximo. Cae a 8,000 lbs a 0 nudos

Los inversores que se abren detrás de la parte trasera del motor ("tipo objetivo") probablemente van a porcentajes más altos, pero no sé cuánto. A menudo están en aviones militares.

Sospecho que debido a las estrictas reglas de reducción de ruido que se aplican actualmente en la mayoría de los grandes aeropuertos, los propulsores inversos no se utilizan mucho en los aterrizajes estándar. Y la capacidad de frenado ha mejorado mucho. Entonces, si no puede usarlos, entonces no los tiene en el diseño: razón por la cual el Airbus 380 solo los tiene en dos motores. Más para emergencias, supongo.

Si observa las eficiencias del frenado de las ruedas y la resistencia del aire, la resistencia del aire funciona mejor a altas velocidades del aire: lo cual es bueno, porque aquí es donde la energía cinética es más alta. A medida que reduce la velocidad, se vuelve menos efectivo, pero luego el frenado de las ruedas puede hacerse cargo y controlar la desaceleración a velocidades más lentas, y donde es posible que desee maniobrar más.

Por cierto, puede ver cuánto empuje inactivo se produce en los aviones Airbus y Boeing mirando los gráficos que proporcionan para los requisitos de remolque en tierra. Le dicen cuánto retroceso hay en la barra de remolque para la cantidad de motores que están en ralentí. Estos gráficos se encuentran en los archivos que proporcionan a continuación (Sección 5):

Características de las aeronaves Airbus: aeropuerto y planificación del mantenimiento

Características de las aeronaves Boeing: aeropuerto y planificación del mantenimiento