¿Cómo afecta el peso de un avión al diagrama Vn?

Bueno, respondiendo a tu primera pregunta, el peso del avión realmente no afecta el diagrama Vn porque este diagrama se desarrolla conociendo las fuerzas estructurales que el avión puede soportar sin dañarse.

Respondiendo a su pregunta sobre la relación entre la maniobrabilidad y el peso del avión, la relación es solo un problema de física "simple". Solo necesita conocer las características del avión como el centro de gravedad, los diferentes factores aerodinámicos y el efecto de deflexión de las superficies de control. Cuando resuelves las seis ecuaciones con seis variables del sistema diferencial puedes encontrar cómo cualquier característica del avión afecta su maniobrabilidad.

Finalmente, como dices, cuando el peso es bajo, la sustentación necesaria es menor, pero esto no afecta el diagrama Vn porque n se mantiene más o menos constante porque:$n=\frac{L}{W}$. Este diagrama simplemente nos muestra cuál es la relación entre las fuerzas aerodinámicas y el peso. Todos sabemos que el peso es uno de los problemas de un avión pero también ayuda a paliar el momento flector en la raíz del ala, por eso los últimos depósitos de combustible que se vacían en un avión son los que están más alejados del fuselaje.

Cuando un avión es más pesado (por ejemplo, tanques de ala o tanques de fuselaje llenos de combustible), una determinada cantidad de libras de fuerza generada por las alas da como resultado una carga G más baja y, por lo tanto, menos fuerza sobre los componentes de peso fijo, como la batería o el motor. (s). Por lo tanto, los soportes que sujetan estas partes de la aeronave en su lugar están sujetos a menos tensión. Por lo tanto, la cantidad máxima de fuerza que se puede permitir que ejerza el ala, medida en libras o Newtons, no en G, se puede aumentar, suponiendo nuevamente que es la tensión en cosas como los soportes del motor, etc. lo que nos preocupa. - y es por eso que la velocidad de maniobra (Va) en muchas aeronaves aumenta a medida que aumenta el peso de la aeronave. (Por debajo de la velocidad de maniobra, el ala entrará en pérdida antes de generar una cantidad crítica de fuerza que el diseñador ha considerado demasiada.

Una forma más sencilla de decir esto es que si estamos configurando la velocidad de maniobra para proteger los montajes de elementos de peso fijo, entonces todo lo que importa es la carga G máxima que permitimos que desarrolle la aeronave. Cuando la aeronave es más pesada, para cualquier carga G dada, la velocidad de pérdida ocurrirá a una velocidad aérea más alta. La velocidad de maniobra es la velocidad a la que la aeronave entrará en pérdida antes de ejercer tanta fuerza que dañe la estructura. Entonces, si estamos configurando la velocidad de maniobra para proteger los montajes de elementos de peso fijo al no permitir que la aeronave exceda una determinada carga G, entonces podemos aumentar la velocidad de maniobra a medida que aumentamos el peso de la aeronave.

Por otro lado, si nos preocupara arrancar las alas del fuselaje, si ese fuera el factor limitante al establecer nuestra velocidad límite, entonces no tendría ningún sentido aumentar nuestra velocidad límite a medida que aumentamos el peso de la aeronave, en menos si todo el aumento de peso iba al fuselaje. En un caso simplificado donde el peso del ala es insignificante en comparación con el peso del fuselaje, cuando el ala genera X libras de sustentación, lo mismola cantidad de fuerza se transfiere del ala al fuselaje, independientemente de cuán pesado sea el fuselaje y, por lo tanto, cuál sea la carga G. Si el peso del ala no es insignificante en comparación con el peso del fuselaje, agregar peso al fuselaje significa que el ala misma "absorberá" un porcentaje más bajo de la fuerza de sustentación del ala, y para X libras de sustentación dadas La fuerza generada por el ala, la fuerza ejercida por el ala sobre el fuselaje y la tensión en la conexión ala-fuselaje aumentarán a medida que aumentamos el peso del avión. En tal caso, si la conexión ala-fuselaje es nuestra principal preocupación, entonces tendría sentido que la velocidad de maniobra disminuyera.a medida que aumenta el peso de la aeronave. Por otro lado, si el peso adicional va hacia el ala (combustible, depósitos externos colgados de las alas), entonces para X libras de sustentación generadas por el ala, parte de la fuerza de sustentación del ala será "absorbida" por este peso. y la carga G total en cualquier situación dada será menor y habrá menos fuerza transferida del ala al fuselaje y menos tensión en el montaje del ala al fuselaje, por lo que nuevamente tendría sentido aumentar la velocidad de maniobra como aumentamos el peso de la aeronave, si áreas como el montaje del ala al fuselaje son la preocupación crítica.

De manera similar, si se distribuye una mayor parte del peso a lo largo de la envergadura, la tensión de flexión en los largueros del ala será menor, para una fuerza total dada en libras generada por el ala. Entonces, si los largueros del ala son el componente crítico de preocupación que rige nuestra elección de velocidad de maniobra, entonces si aumentamos el peso al agregarlo al ala, la velocidad de maniobra debería aumentar , pero si aumentamos el peso al agregarlo al fuselaje, la velocidad de maniobra debe disminuir .

Entonces, es complicado. El caso más simple es cuando la preocupación limitante es la tensión en los montajes de elementos de peso fijo, como soportes de motor, soportes de batería, etc., como se describe al comienzo de esta respuesta. Tengo entendido que ese es, de hecho, el caso más común y explica por qué en el diagrama Vn, la velocidad de maniobra generalmente aumenta a medida que aumenta el peso de la aeronave. Nuevamente, en este caso simplemente estamos configurando una carga G máxima permitida .

La "velocidad de maniobra" no se muestra explícitamente en la figura vinculada en la pregunta , pero generalmente ocurre en el punto donde la línea que representa la carga G máxima permitida se encuentra con el borde izquierdo curvo del sobre que representa la pérdida, con algo de seguridad adicional margen añadido. La discusión anterior sobre si la velocidad de maniobra Va debe aumentar o disminuir a medida que agregamos peso a la aeronave, dependiendo de dónde agreguemos el peso, es exactamente equivalente a una discusión sobre si debemos aumentar o disminuir la carga G límite. o ninguno, ya que agregamos peso a la aeronave. Tenga en cuenta que en el diagrama Vn, agregar peso a la aeronave desplazará el borde izquierdo curvo de la envolvente que representa la pérdida más hacia la derecha. Puedes ver cómo, sinuestro objetivo es simplemente establecer la velocidad de maniobra de una manera que impida que la aeronave exceda una carga G máxima permitida fija , luego un aumento en el peso cambiará automáticamente el diagrama Vn de una manera que aumente la velocidad de maniobra en proporción al cuadrado raíz del aumento en el peso. Sin embargo, si el objetivo es limitar la tensión en los largueros del ala o la conexión entre el ala y el fuselaje, entonces la situación puede ser completamente diferente, dependiendo de dónde agreguemos el peso.

(El diagrama vinculado en la respuesta no muestra esto, porque no muestra la velocidad de pérdida para diferentes pesos. Más bien, muestra un cambio en la velocidad de pérdida de IAS con la altitud , que probablemente esté relacionado con los efectos de Mach, y no algo que tenemos que preocuparnos en aviones de menor rendimiento.)

Preguntas y respuestas relacionadas con ASE:

P: ¿Qué es Vg en este diagrama VG?

A: ¿Qué es Vg en este diagrama VG?" -- en este caso, a la aeronave (planeador) se le asignó una Vg más alta, la velocidad máxima permitida en condiciones de ráfagas, así como una Vne más alta, cuando llevaba menos peso. lo contrario de lo que vemos a menudo con respecto a la velocidad de maniobra, Va, en aviones ligeros. Entonces, como se indica en la presente respuesta, " es complicado ".