Estoy un poco confundido acerca de la definición del factor de carga, n, ya que las definiciones que encontré parecen contradecir su aplicación en el análisis de balance de fuerza y momento de la estructura de una aeronave.
La definición dada en el guión de mi universidad establece que el factor de carga es igual a la relación de todas las fuerzas externas que actúan sobre una aeronave menos su peso, a la magnitud del peso de la aeronave; esto implica que el factor de carga es la relación entre todas las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre una aeronave y la magnitud de su peso.
La definición de Wikipedia del factor de carga establece que el factor de carga es la relación entre la suma total de todas las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre un avión y su peso.
Por lo tanto, mi definición de script coincide con la definición de Wikipedia. Todo bien hasta ahora.
Ahora, sin embargo, también hay una oración en mi guión que establece que el factor de carga es un medio para incluir todas las cargas de inercia y las cargas de gravedad al observar la carga de un avión; esto implica que el peso está incluido en la observación de la carga de un avión: esto tiene más sentido para mí, ya que, al expresar la carga de un avión, sería más fácil decir que el avión ahora se está cargando "estas veces su peso ", en comparación con esta cantidad de newtons; esto, sin embargo, contradice las definiciones anteriores.
Y ahora con respecto al problema del análisis del balance de fuerza y momento, noté que todos los componentes de una aeronave se expresan en términos de su factor de carga, lo cual está bien, pero luego, al realizar el balance, no se considera el peso de los componentes. ¿Cómo se puede ignorar la fuerza del peso que siempre actúa sobre la aeronave cuando el factor de carga (por definición) la excluye? Una confusión adicional es que la sustentación se considera en el balance de momento, con la carga de todos los componentes expresada en términos de factor de carga; cómo se puede incluir la sustentación, cuando ya está incorporada en el factor de carga de los componentes; esto implica que la pieza se carga aún más por encima de su carga actual.
Agradecería si alguien puede aclarar qué significa el factor de carga y cómo se debe aplicar en los cálculos de balance de fuerza y momento.
El factor de carga es la aceleración total que sientes, apuntando hacia abajo. En vuelo recto y nivelado, el factor de carga es 1: solo sientes la aceleración de la gravedad. Entonces, un factor de carga 1 equivale a 9,81 m/s (Si la gravedad fuera mayor, digamos 15 m/s . el factor de carga 1 equivaldría a 15 m/s . Pero esa es otra historia.)
Incline el avión 60° y vuele un giro coordinado, y experimentará una aceleración hacia abajo de 2g. Este es un caso que es fácil de entender ya que es una situación estática con velocidades constantes. Si tenemos una onda sinusoidal dinámica, por ejemplo, el factor de carga sería una función de dónde estamos en el ciclo, si el avión está acelerando hacia arriba o hacia abajo. La aceleración real se suma al vector de gravedad.
El factor de carga no ignora el peso de la aeronave:
Si vuela recto y nivelado, el peso de su avión está en equilibrio con la sustentación y el factor de carga es sustentación/peso = 1.
Imagina que estás volando s/l y, por alguna extraña razón, la intensidad del campo gravitatorio terrestre (generalmente expresado como la aceleración de la gravedad, g) de repente se convierte en 3g. Para seguir volando recto y nivelado, tendrás que aumentar tu velocidad aerodinámica o (prudentemente) aumentar el AoA de las alas. Bajo esas condiciones, sus alas estarán estresadas a 3g. El 'factor de carga' se elevará a 3g.
Como todos sabemos, la intensidad del campo gravitatorio es bastante estable, y nunca te encontrarás volando en las condiciones mencionadas anteriormente, pero si tu avión sigue una trayectoria curva, el peso aparente de tu avión aumentará dicho fuerzas de inercia Si la aceleración (normal al viento relativo) asociada con esas fuerzas de inercia es, por ejemplo, 2g, sus alas estarán estresadas por la carga debido a la gravedad más 2g...
El factor de carga es simplemente la sustentación aerodinámica dividida por el peso de la aeronave, o más correctamente, por la masa inercial de la aeronave normalizada por 1 "G" - (32,2 pies/seg2 o 9,98 m/seg2. - CORRECCIÓN (gracias a @Michael Kjorling: 9,80665 m/ segundo2)
Las unidades no tienen dimensiones (si tanto la elevación como el peso se miden en las mismas unidades), pero comúnmente nos referimos a los factores de carga en "G". Realmente no importa cuál sea el ángulo de inclinación. Incluso si está boca abajo, si las alas producen el doble de sustentación que el peso del avión, tiene un factor de carga de 2G.
Para abordar el problema de la gravedad que complica innecesariamente, debe comprender que solo es necesario considerar la gravedad para determinar el movimiento o la trayectoria de vuelo porque una aeronave en vuelo se mueve en un marco de referencia acelerado. Sería exactamente lo mismo que si su avión estuviera en una enorme caja cerrada, llena de aire, en el espacio exterior, bajo la aceleración de un cohete gigante atado a un lado, que aceleró toda la caja a 32,2 pies/seg2.
Para mantener una "altitud" constante en el marco de referencia acelerado de esta caja gigante, tendría que ajustar la aeronave para que las alas produjeran una sustentación igual al "peso" (masa x 32,2 pies/seg2) de la aeronave. La sustentación en las alas (si es igual al peso, solo produce una aceleración "hacia arriba" de 32 pies/seg2, que coincide con los 32,2 pies/seg2 que acelera la caja, y mantiene la aeronave a la misma distancia sobre el "piso" De la caja.
En la Tierra, estamos en un marco de referencia acelerado idéntico de 32,2 pies/seg2, excepto que está siendo causado por el campo gravitatorio, y no por un cohete externo.
Como indicó otra respuesta, el Factor de carga es simplemente Ascensor aerodinámico dividido por el peso de la aeronave. Tenga en cuenta que si se conoce la sustentación aerodinámica y el peso, NO es necesario saber si la aeronave está acelerando o no para calcular el factor de carga. Si se conoce la sustentación aerodinámica y el peso, no es necesario considerar las cargas de inercia. Si el avión X pesa 5000 libras y el avión genera 5000 libras de sustentación, entonces el factor de carga es 1. También podemos llamar al factor de carga carga G, o al menos el componente de la carga G que medimos en un medidor de G: el componente que actúa en la dirección hacia arriba y hacia abajo en el marco de referencia de la aeronave. De todos modos, si el avión X pesa 5000 libras y genera 5000 libras de sustentación, entonces el factor de carga es 1, independientemente de si la aeronave está en vuelo recto y nivelado, o si está inclinada 45 grados, o si está invertida en la parte superior de un bucle. La aceleración de la aeronave a través del espacio será diferente en todos estos casos, y en todos menos en el primer caso, la trayectoria de vuelo se curvará (acelerará) hacia la tierra, pero el factor de carga será el mismo.
También podemos decir que el factor de carga es la aceleración "sentida", o al menos el componente de la aceleración "sentida" que actúa en la dirección hacia arriba y hacia abajo del marco de referencia de la aeronave. La aceleración total es igual a la suma de la aceleración "sentida" más la atracción hacia abajo de 1-G de la gravedad. Ejemplos: vuelo recto y nivelado: aceleración total 0 G, fuerza de sustentación aerodinámica = 1 G * peso, aceleración "sentida" 1 G, factor de carga = 1. Aeronave invertida en la parte superior del bucle con 1 G en el medidor de G. - aceleración total 2 G hacia abajo, fuerza de sustentación aerodinámica = 1 G * peso, aceleración "sentida" 1 G, factor de carga = 1. Entonces, si SÍ conocemos la aceleración "sentida", o si SÍ sabemos la aceleración total y la actitud de la aeronave en el espacio,
Conocer el factor de carga por sí solo no nos dice cuánto estrés se ejerce sobre, digamos, la conexión entre el ala y el fuselaje. Esto se verá afectado por cómo se distribuye la masa de la aeronave. También se verá afectado por si la cola horizontal genera o no una fuerza de sustentación hacia abajo, lo que requiere que el ala genere más sustentación para lograr un factor de carga determinado. Para obtener más información, consulte esta respuesta a la pregunta relacionada "¿Cómo afecta el peso de un avión al diagrama Vn?" ¿Cómo afecta el peso de un avión al diagrama Vn?
El factor de carga de una aeronave describe la carga de masa de una aeronave como un múltiplo de su peso. La misma definición se aplica si estamos hablando de un componente de aeronave: el factor de carga, aquí llamado factor de carga local, será la carga de masa de ese componente como un múltiplo del peso de ese componente.
Primero debemos entender qué es la carga masiva. La carga de masa de una aeronave son las cargas de inercia, como resultado de la aceleración de la aeronave y el peso de la aeronave, como resultado de la aceleración de la gravedad. Dado que las cargas de inercia siempre actúan en sentido contrario a la aceleración de la aeronave, su signo vectorial es negativo. La gravedad, como siempre apunta hacia abajo, está sincronizada con nuestro sistema de coordenadas que define la dirección hacia abajo como positiva; por tanto, tendrá signo vectorial positivo. La suma de los dos vectores nos dará la carga de masa total de la aeronave. Dividir esta carga total por el peso propio de la aeronave nos dará una idea de cuánto más de su propio peso está cargando actualmente la aeronave por la maniobra que está realizando, y por eso, qué tan estructuralmente fuerte es o necesita ser .
Bueno.
Un montón de buenas respuestas allí.
Después de revisarlos todos, había una pregunta que aún permanecía en mi mente. ¿Por qué despreciamos la componente vertical de la sustentación al considerar el factor de carga? Además, ¿por qué se debe considerar el peso, ya que de todos modos se compensa con el componente vertical de la fuerza de elevación? La respuesta a esa pregunta simplemente radica en la forma en que definimos el factor de carga. Examinando detenidamente la definición de factor de carga entendemos que es la fuerza neta que tienen que proporcionar las alas de una aeronavepara realizar cierto tipo de maniobra. Dado que las alas proporcionan esta cantidad de fuerza, también experimentan una cantidad igual de carga y esto es a lo que nos referimos como el factor de carga. En términos más simples, la cantidad de fuerza que se supone que deben proporcionar las alas es simplemente la cantidad de fuerza que terminan soportando. Considere lo mismo en un giro coordinado. Mantenga a un lado las fuerzas de sustentación y examine las otras fuerzas que se requieren para la maniobra junto con el peso (que es algo que la estructura de la aeronave debe soportar). Esto incluye la fuerza centrípeta y el peso de un simple giro inclinado de un avión. Así, la fuerza neta requerida para el giro es la suma vectorial del peso y la fuerza centrípeta. Esto (dibujando el diagrama de cuerpo libre de la aeronave) simplemente resulta ser la fuerza de sustentación neta que actúa sobre la aeronave. Divídalo por el peso de la aeronave y obtendrá el factor de carga. Si el ángulo de inclinación es
entonces el factor de carga resulta ser sec
. Y eso explica el gráfico que tiende al infinito cuando el ángulo de inclinación lateral se acerca a los 90 grados.
Otro caso donde las definiciones y el lenguaje generan una discusión muy interesante. Entonces, comenzaremos con el vector de fuerza universal e invariable, la gravedad, y cómo carga el avión en reposo (estacionado en la pista).
¡Abróchate el cinturón y vamos arriba! G "sentido" por piloto=1. Carga aerodinámica en el ala=0. Carga de gravedad en el ala= 1 Carga total= 1
Vaya a un vuelo de crucero de nivel recto constante. G "sentido" = 1 Carga aerodinámica = -1 (es un ala voladora, ya que esto es más fácil por ahora) Carga de gravedad = 1 Carga total = 0. La elevación y la gravedad se cancelan.
Parte superior del bucle 1G. G "sentido"=1. Carga aerodinámica=-2 (para crear 1G invertida para piloto) Carga de gravedad=1 Carga total = -1G (+1G WRT piloto y avión invertidos).
Ahora, en la parte superior del ciclo, vaya a Immelmann y nivele invertido. G "sentido"= -1 (piloto y avión invertidos) Carga aerodinámica=-1.
Carga de gravedad=1. Carga total=0.
Ruede hasta el nivel y aterrice.
La tensión estructural de la aeronave es la suma de las cargas gravitatoria y aerodinámica. Este es el concepto importante ya que la orientación de la aeronave en el campo gravitatorio puede cambiar.
Los libros pueden ser confusos, acercarse desde la realidad puede facilitar un poco la comprensión.
La respuesta se modificó para usar un vector de gravedad positivo según lo escrito por @Guha.Gubin y los comentarios de @quiet flyer.
¡Invite comentarios de aviadores acrobáticos!
pr1268
Carlos Bretana
terry