¿Por qué el fuselaje del 757 se dobla más con las turbulencias que el de otros aviones?

Estas son realmente dos preguntas.

1. ¿Por qué se dobla un fuselaje?
2. ¿Por qué el fuselaje del 757 se dobla más que otros?

Voy a dar las respuestas simples aquí. Puede entrar en MUCHOS detalles, pero las respuestas detalladas principalmente solo brindan más información sobre las diferencias de diseño/ingeniería en las respuestas simples (por ejemplo, los compuestos se doblan/rompen de una manera diferente al aluminio)

¿Por qué se dobla un fuselaje?

Esencialmente, se debe a que la fuerza de sustentación no soporta todo el fuselaje por igual. La resistencia y las fuerzas aerodinámicas creadas por el propio fuselaje también afectarán las cosas, pero se debe principalmente al hecho de que la fuerza de elevación se centra en dos puntos del fuselaje, mientras que el peso se distribuye a lo largo de él.

La sustentación se genera, principalmente, en dos lugares: las alas y el estabilizador horizontal (algo también se genera en la carrocería, pero relativamente poco). La mayor parte de esa sustentación se genera en las alas, que están unidas en el medio (más o menos) del fuselaje. Imagine equilibrar una regla (fuselaje) en su dedo (alas), luego apilar monedas a lo largo de la parte superior de la regla. Cuanto más pesada sea la regla y más "levantamiento" tenga que proporcionar el dedo, más se flexionará la regla.

Por supuesto, la sustentación no es constante: la turbulencia significa que, en unos pocos segundos, la sustentación proporcionada por las alas puede cambiar bastante. Imagina que empiezas a hacer rebotar el dedo hacia arriba y hacia abajo, creando "turbulencias": la regla se flexionará y desdoblará a medida que absorbe esa fuerza cambiante. Esta es la flexión del fuselaje que se ve en los aviones.

El fuselaje también se doblará durante el aterrizaje o el despegue, porque nuevamente está cambiando la forma en que se soporta el peso del fuselaje: el peso se transfiere desde la raíz/larguero del ala al tren de aterrizaje. Y la última obvia es que el peso de la aeronave cambia durante el vuelo debido al consumo de combustible, etc.

¿Por qué el 757 se flexiona más que otros aviones?

Bueno, por un lado, no veo ninguna fuente para esto aparte de "He oído eso" (los enlaces que proporcionaste también son en su mayoría rumores), pero lo he visto declarado como un hecho. Supongamos, por el momento, que es un hecho... la teoría se aplica independientemente.

El 757 se flexionará más que otros aviones (aunque probablemente menos que otros ) debido a su diseño, construcción y materiales de construcción. La explicación más simple es que es uno de los aviones de fuselaje estrecho más largos.

¿Que significa eso? Bueno, significa que es uno de los fuselajes más largos y delgados que existen. Esto nos da dos causas:

1. El 757 se flexiona más que otros aviones grandes porque cualquier cosa más grande que él es un avión de cuerpo ancho, que resistirá doblarse más que uno pequeño y delgado de cuerpo estrecho.
2. Se flexiona más que otros aviones pequeños porque cualquier otro cuerpo angosto es más liviano y más corto que el 757, lo que proporciona menos fuerza sobre el fuselaje y requiere una fuerza de elevación menor.

TL; DR: la flexión es causada por la sustentación que actúa principalmente en el medio (más o menos) del fuselaje, mientras que el peso del fuselaje y otras fuerzas sobre él se distribuyen a lo largo.

Entonces, en general, el 757 se encuentra en el límite entre los aviones más livianos y de fuselaje estrecho y los más grandes y de fuselaje ancho. Cualquier cosa más pequeña que pesa menos estresa menos el cuerpo estrecho. Cualquier cosa más grande tiene un fuselaje más grande y más fuerte.

En primer lugar, no se ve ninguna flexión del fuselaje en la película vinculada. Lo que podría parecer una flexión son en realidad los asientos y los paneles interiores que se mueven debido a las fuerzas de inercia. En tiempo turbulento, las ráfagas sacuden la aeronave y esto provoca el movimiento entre los asientos y los paneles.

En segundo lugar, en la imagen, los flaps están despegando, desplazando el centro de sustentación hacia atrás, y la cola empuja el morro hacia arriba, por lo que necesita crear una carga aerodinámica considerable. Esto se transfiere a través del fuselaje trasero para recortar los momentos de sustentación y peso del ala, que ataca en el centro de gravedad. Vea el boceto a continuación; el azul son las fuerzas aerodinámicas y el rojo las tensiones en el fuselaje.

Su imagen ampliada muestra el pandeo de los paneles inferiores del fuselaje trasero. Este es un comportamiento normal bajo estrés y les permite soportar cargas más altas. Cuando una placa se estresa, primero se deforma en el plano, pero cuando las cargas de compresión superan un valor crítico, la placa responde pandeándose fuera del plano . El siguiente esquema muestra la relación general entre tensión y deformación.

Para el 757 que se flexiona más que otros aviones: tal vez esto tenga que ver con el fuselaje delantero delgado. Esto conduce a una mayor flexión con la misma tensión en los paneles de aluminio. El fuselaje trasero es más alto para acomodar más equipaje. Durante el desarrollo, los ingenieros de Boeing temían que la estabilidad direccional pudiera ser insuficiente con un fuselaje delantero más alto, por lo que la sección transversal se restringió a la de un Boeing 737. Pero hay aviones con fuselajes aún más delgados como el MD-90 (ver más abajo). Deberían flexionarse al menos tanto como el 757.

Cualquier parte de un avión se flexionará cuando se someta a tensiones, y el fuselaje no es una excepción. Especialmente la parte delantera creará una fuerza de sustentación y lateral durante el vuelo, su propia masa hará que se doble hacia abajo cuanto más te alejes de las alas, especialmente cuando esté sujeta a fuerzas G, y las desviaciones de la superficie de control montada en la cola agregarán más estrés y doblado, como en tu foto. La flexión del fuselaje es en realidad lo suficientemente grave como para que, en la prueba de vuelo, el fuselaje lleve sensores de inercia en varios lugares para recopilar suficientes datos.