¿Qué fuerzas actúan sobre la puerta de un avión desde el exterior en crucero?

La presión interior de la cabina, según tengo entendido, está presurizada a los valores que se encuentran a 6000-8000 pies de altura (11,34 psi a 7000 pies), en cuyo punto podemos encontrar la cantidad de fuerza que se puede encontrar actuando contra la puerta internamente.

¿Qué pasa con las presiones fuera de la puerta? ¿Es solo la presión de la altura del avión que actúa contra la puerta, o hay otras fuerzas involucradas, como la fuerza del viento?

Respuestas (2)

Una puerta que es, digamos, 36" x 80" (0,9 mx 2 m), con un área de superficie de 2880 sq/in (1,8 m 2 ), a 8 psi (55 kPa) de presión diferencial máxima en cabina, a la que operan la mayoría de los aviones, tendrá aproximadamente 12 toneladas (102 kN) actuando sobre los accesorios del perímetro tratando de soplarlo. Cualquier otra fuerza que actúe sobre él es microscópica en comparación.

Para las puertas que no son de tipo tapón que dependen de pasadores de pestillo de bayoneta, las cargas de corte en los pasadores son tales que es imposible mover el mecanismo de pestillo. Si superman pudo mover la palanca de operación, puede o no simplemente doblar el enlace, pero ningún ser humano podrá moverlo.

Para una puerta de enchufe de las dimensiones anteriores, debe moverse hacia adentro para comenzar a abrirla, por lo que tendría que poder aplicar 12 toneladas de fuerza de tracción para desconectarla.

Solo las ventanas acrílicas de la cabina retienen más de media tonelada cada una cuando navega a 38000 pies.

Esta es la razón por la que no tienes que preocuparte de que un loco intente abrir la escotilla de escape de una ventana en vuelo.

Es posible que haya leído mal la pregunta, pero parece que el OP pregunta sobre la presión ambiental fuera de la puerta, que ciertamente no es cero. ¿La presión del aire exterior sería verdaderamente insignificante o reduciría la fuerza neta sobre la puerta en una cantidad medible? (Estoy seguro de que sus conclusiones son correctas, pero ¿son 12 toneladas o 10?)
@DanPichelman: creo que la presión diferencial (adentro menos afuera) da en el clavo.
@ ymb1 Estoy de acuerdo, pero no veo una indicación en la respuesta de que las presiones sean diferenciales frente a absolutas. Tal vez solo estoy bajo de cafeína / demasiado pedante.
@DanPichelman La respuesta dice literalmente "diferencial máximo de presión de cabina de 8 psi (55 kPa) " (énfasis mío) en la primera oración.
@Polygnome Gracias. Claramente leí mal la respuesta. Culpa mía.
8 psi es típico de los aviones comerciales para entregar una cabina de 8000 pies a altitud de crucero. Los turbohélices que se limitan a mediados de los 20 generalmente tienen alrededor de 5 psi. Creo que el 777 está certificado a 10 psi si mal no recuerdo, lo que da una cabina de 6000 pies en altitud, así que puedes imaginar las fuerzas en sus puertas y ventanas.
Me alegro de que hayas incluido la cantidad de presión en las ventanas... Ya estaba yendo en la otra dirección, imaginando cuánta presión debe haber en todo el interior del fuselaje, si hay 12 toneladas solo en la puerta...
Bueno, para el fuselaje en sí, se convierte en una carga de tracción distribuida a través de la propia piel de aluminio y es bastante baja siempre que no se permita que la tensión se concentre demasiado en un punto. Para las ventanas, habrá una concentración de tensión en cada sujetador, pero hay muchos, por lo que 1000 libras son quizás 20 o 30 libras en cada tornillo y el acrílico es un material bastante fuerte. Una puerta principal con 8 pasadores de pestillo o almohadillas de enchufe tiene la fuerza concentrada allí, pero estás hablando de mil o dos mil libras en cada accesorio que está hecho de material que puede soportar muchas veces eso. No tan mal en realidad.
@DanPichelman Sí, estoy preguntando sobre las presiones fuera del avión que actúan fuera de la puerta, así como la diferente gravedad que actúa sobre la puerta a una altitud estándar y cualquier fuerza del viento presente.
Si la puerta estuviera en el extremo delantero donde la parte cónica del fuselaje presentaba la puerta al flujo de aire en ángulo, habría alguna fuerza dinámica que se opondría a las cargas de presurización que intentarían hacer estallar la puerta, pero estas fuerzas serían una pequeña fracción de la fuerza de soplado. Si la puerta está a lo largo del lado paralelo a la corriente de aire, cualquier fuerza dinámica de la corriente de aire sería cercana a cero, ya que la presión a lo largo del lado recto del fuselaje lejos de las alas es aproximadamente ambiental (ahí es donde están los puertos estáticos). No estoy seguro de lo que quieres decir con gravedad.

Si se trata de puertas de pasajeros, su superficie será en su mayor parte paralela a la dirección del movimiento, por lo que el viento no actuará directamente sobre ellas (de lo contrario, el avión patinaría lateralmente, con un gran aumento de la resistencia y el consumo de combustible).

Entonces sí, puede suponer que solo la presión externa actúa sobre ellos (más la gravedad).

La presión generalmente no será el valor nominal, dado que la turbulencia cerca de la superficie del avión la perturba ligeramente, pero despreciar este efecto es una buena primera aproximación.

Sí, me refiero a la puerta principal por la que entras o sales de un avión. Pero con respecto al viento, incluso si el flujo del viento es paralelo a la puerta, ¿la puerta no sigue recibiendo una fracción de la fuerza del viento? ¿La mecánica de la puerta y la presión interior tendrían algún efecto si uno intentara abrir la puerta desde el exterior?
"¿La puerta no sigue recibiendo una fracción de la fuerza del viento?" bueno, eso depende del modelo que esté considerando y del grado de aproximación que le interese. "¿La mecánica de la puerta y la presión interior tendrían algún efecto si uno intentara abrir la puerta desde el exterior?" esa es una pregunta diferente.
@Federico Tal vez eso es lo que le gustaría saber a este tipo
¿Qué fuerzas actúan sobre la puerta de un avión desde el exterior en crucero?
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