Advertencia justa: si cree que tiene plena confianza en su comprensión de la velocidad de maniobra, el artículo que está a punto de leer puede sacudir su mundo.
Cuando se investiga este tema, rápidamente se hace evidente que muchos pilotos creen que tienen una comprensión sólida del concepto, pero cuando se les pide que lo expliquen, la certeza se rompe en los detalles. Incluso una comprensión basada en la documentación de la FAA puede resultar complicada y confusa.
Para comenzar, compartamos las respuestas que la mayoría de nosotros daríamos cuando se nos pidiera definir la velocidad de maniobra:
- La velocidad de maniobra es la velocidad máxima a la que se pueden realizar movimientos completos o bruscos de un solo mando sin provocar fallos estructurales de la aeronave.
- La velocidad de maniobra es la velocidad más rápida a la que su avión se detendrá antes de exceder su factor de carga límite si el ángulo de ataque aumenta repentina y dramáticamente.
- La velocidad de maniobra es la velocidad a la que el ala de la aeronave, operada en el ángulo de ataque crítico, produce un factor de carga igual al factor de carga límite certificado de la aeronave. En otras palabras, tanto el factor de pérdida como el de carga límite se alcanzan en este mismo AOA que se produce a la velocidad de maniobra.
Este es un punto de partida, pero no muestra el panorama completo y resulta que algunas de estas respuestas que nos han enseñado pueden incluso ser peligrosamente engañosas. Abróchate el cinturón, porque estamos a punto de caer en la madriguera del conejo y ampliar nuestra comprensión de la velocidad de maniobra.
¿Qué es la velocidad de maniobra y cómo se calcula?
Para empezar, ¿sabías que existe más de un tipo de velocidad de maniobra? Los dos tipos de velocidad de maniobra que los pilotos del CFR Parte 23 necesitan conocer son la velocidad de maniobra de diseño (Va) y la velocidad máxima de maniobra operativa (Vo). Para los pilotos del CFR Parte 25, Va se utiliza, de manera algo ambigua, para indicar la velocidad de maniobra tanto de diseño como operativa. En este caso, un piloto determinará el significado del término "velocidad de maniobra" en función del contexto de su uso.
Velocidad de maniobra de diseño (Va)
En AC 23-19A , la FAA establece que la velocidad de maniobra de diseño es "un valor elegido por el solicitante" y que "las cargas resultantes de las deflexiones totales de la superficie de control en Va se utilizan para diseñar el empenaje y los alerones".
Esencialmente, el propósito de Va es garantizar que los diseñadores creen superficies de control que puedan manejar las cargas creadas durante la deflexión total a una velocidad elegida. Esta velocidad elegida es Va.
Va no debe ser menor que la velocidad de pérdida (Vs) multiplicada por la raíz cuadrada del factor de carga positivo máximo (n). Escrito matemáticamente, esto dice:
Va ≥
Velocidad máxima de maniobra operativa (Vo)
Vo (velocidad máxima de maniobra operativa) es un factor de carga límite que también lo determina el diseñador de la aeronave. AC 23-19A dice que Vo es "una velocidad a la que el avión se detendrá en una maniobra de cabeceo con el morro hacia arriba antes de exceder los límites estructurales del avión".
El valor máximo para Vo es la velocidad de pérdida (Vs) multiplicada por la raíz cuadrada del factor de carga positivo máximo (n). Escrito matemáticamente, esto dice:
La velocidad máxima de maniobra operativa de su avión variará según el peso. Los carteles de cabina y POH de su avión deben indicar su velocidad de maniobra según el peso máximo. En algunos casos, carteles adicionales enumerarán las velocidades de maniobra basadas en pesos más bajos.
Para calcular su propio Vo en función de su peso actual (inferior al máximo), utilice la siguiente ecuación:
Una manera fácil de estimar su velocidad de maniobra ajustada es reducir su Vo en un 1% por cada 2% de reducción de peso.
Por qué el peso de la aeronave afecta la velocidad máxima de maniobra operativa (Vo)
Intuitivamente tiene sentido que el peso y la velocidad de maniobra estén correlacionados; sin embargo, la naturaleza de la correlación merece una pequeña explicación. La mayoría de los nuevos pilotos inicialmente asumirían que a medida que su peso disminuye, su velocidad máxima de maniobra operativa aumentaría, pero en realidad es todo lo contrario. Un peso menor corresponde a una velocidad de maniobra menor, y he aquí por qué:
Segunda ley del movimiento de Newton
Gracias a la Segunda Ley del Movimiento de Newton, sabemos que cuando una fuerza (en este caso una entrada de control total) actúa sobre un objeto de masa (en este caso un avión), el objeto acelerará en la misma dirección que la fuerza. . Esta relación se expresa en la ecuación matemática:
Como conocemos nuestros valores de fuerza y masa, nos interesa ver qué efecto tiene eso en la aceleración de nuestro avión alrededor del eje de rotación. Por lo tanto, reescribimos la ecuación como:
a = F/m .
Como podemos ver en esa ecuación, cuando aplicamos la misma fuerza de control, pero disminuimos la masa del avión, la aceleración resultante experimentada por el avión aumentará. Una mayor aceleración significa una mayor tensión o carga en la estructura del avión y, eventualmente, esa carga superará las limitaciones de diseño y conducirá a una falla estructural si no modificamos otra variable.
Suponiendo que no estemos añadiendo más peso y suponiendo que aún queramos poder soportar la fuerza de un movimiento con control total, la variable que debemos modificar es nuestra velocidad de maniobra. Entonces, ahí lo tienes: un avión de menor peso requiere una velocidad máxima de maniobra operativa más baja.
Ángulo de ataque y factor de carga límite
Otra forma de entender la relación entre el peso de la aeronave y la velocidad de maniobra es hablar de ángulo de ataque y factor de carga límite. Cuanto más ligero sea un avión, menos sustentación necesitará para lograr un vuelo recto y nivelado, como lo muestra la ecuación:
Un menor requisito de sustentación significa la capacidad de volar con un ángulo de ataque menor. Si la velocidad de un avión permanece igual, pero su peso disminuye, el ángulo de ataque requerido disminuirá.
El problema es que en un ángulo de ataque más pequeño, es posible que una ráfaga de viento o una deflexión total del control del elevador aumente la fuerza G más allá del factor de carga límite de la aeronave (+3,8 G para aeronaves con clasificación normal) sin dejar de permanecer por debajo. el AoA crítico necesario para que las alas entren en pérdida.
Por ejemplo, si la aeronave está experimentando 1G en un AoA de 3°, un aumento repentino en la sustentación con un AoA correspondiente de 18° resultaría en 6G de fuerza porque el AoA inicial de 3° ha aumentado en un factor de 6. Antes de que las alas alcancen En el ángulo crítico de ataque y pérdida, la aeronave habrá excedido su límite de carga y podría sufrir daños estructurales o fallas.
Tome ese mismo avión, con el mismo peso bruto más ligero que el máximo, y ahora compense disminuyendo la velocidad para que el AoA inicial aumente a 4,5°. Con este AoA aumentado, cuando las alas alcancen su AoA crítico de 18°, la aeronave todavía estará justo por debajo de su factor de carga límite. Se detendrá antes de experimentar daños o fallas estructurales.
En resumen, para compensar un peso menor, debemos disminuir nuestra velocidad para que nuestro ángulo de ataque permanezca lo suficientemente alto como para que un aumento en la fuerza G no nos haga exceder nuestro factor de carga límite antes de entrar en pérdida.
Este concepto puede resultar un poco confuso, por lo que resulta útil ver una demostración gráfica como la de Rod Machado ¿Cómo se determina la velocidad de maniobra? y por qué la velocidad de maniobra cambia con el peso .
Relación entre la velocidad de maniobra de diseño (Va) y la velocidad máxima de maniobra de operación (Vo)
Eche otro vistazo a las ecuaciones anteriores tanto para Va como para Vo. Observe que la única manera de que las velocidades de maniobra sean iguales es si el diseñador selecciona un valor de para ambas.
Si Vo es igual a Va, entonces es probable que la aeronave se detenga antes de una falla estructural durante una sola entrada de control ejecutada en Va o por debajo de ella. El problema es que el fabricante no tiene que hacer que Va = Vo. Va no puede ser más lento que Vo, pero puede ser tan rápido como Vc (velocidad de crucero de diseño).
Por lo general, Va es igual a Vo, sin embargo, si Va para su avión es mayor que Vo, la comprensión estándar de Va como la velocidad a la que su avión se detendrá antes de experimentar una falla estructural se pierde. Podrá superar el factor de carga límite de su avión (Vo) mientras sigue volando por debajo de Va.
En la Circular Asesora 23-19A , una guía de fuselaje para la certificación de aeronaves Parte 23, la FAA confirma:
“La VA no debe interpretarse como una velocidad que permitiría al piloto un movimiento de control de vuelo sin restricciones sin exceder los límites estructurales del avión, ni debe interpretarse como una velocidad de penetración de ráfagas. Sólo si VA = Vs √n el avión entrará en pérdida en una maniobra de cabeceo con el morro hacia arriba en el factor de carga límite o cerca de él. Para aviones donde VA>VS√n, el piloto tendría que comprobar la maniobra; de lo contrario, el avión excedería el factor de carga límite”.
Continúa explicando,
“La Enmienda 23-45 agregó la velocidad de maniobra operativa, VO, en § 23.1507. VO se establece no mayor que VS√n, y es una velocidad a la que el avión entrará en pérdida en una maniobra de cabeceo con el morro hacia arriba antes de exceder los límites estructurales del avión”.
Lo que esto significa para nosotros es que para los aviones de la Parte 23, la comprensión que teníamos de Va es en realidad una descripción más precisa de Vo.
Esto nos lleva a otra conversación muy importante sobre qué es y qué no es la velocidad máxima de maniobra operativa.
El error más común [peligroso] sobre la velocidad de maniobra
Hasta 2001, había un consenso común entre los pilotos de que volar por debajo de la velocidad máxima de maniobra operativa ofrecía casi un 100% de protección contra los peligros de fallas estructurales y/o de la superficie de control. La creencia era que si volabas a Vo o por debajo de él, tu avión se detendría antes de experimentar daños o fallas estructurales, sin importar los movimientos de control que hicieras. Al final resultó que, se trataba de una peligrosa simplificación excesiva de la física de la velocidad de maniobra, como lo demostraron fatalmente los pilotos del vuelo 587 de American Airlines.
Tras el desastre del vuelo 587 de American Airlines, la FAA publicó el Boletín de información especial de aeronavegabilidad CE-11-17 . La audiencia son principalmente pilotos de la Parte 25, por lo que hace referencia a Va, en lugar de Vo ya que, como recordará, la Parte 25 usa Va para describir las velocidades de maniobra operativas y de diseño. Aún así, el boletín aclara que su mensaje también se aplica a los pilotos de la Parte 23.
La conclusión de CE-11-17 es que su velocidad máxima de maniobra operativa (Va para la Parte 25 y Vo para la Parte 23) es:
"La velocidad por debajo de la cual se puede mover un solo control de vuelo, una vez, hasta su deflexión completa, para un solo eje de rotación del avión (cabeceo, alabeo o guiñada), en aire suave, sin riesgo de dañar el avión".
El boletín continúa señalando que los fabricantes no están obligados a construir aviones que sean capaces de realizar múltiples entradas de control total simultáneas o entradas de control total secuenciales. Este fue el error fatal cometido por el primer oficial del AA 587 que realizó movimientos repetitivos y secuenciales del pedal del timón que provocaron una “separación en vuelo del estabilizador vertical”.
La línea de fondo
Empiece a profundizar en el concepto de velocidad de maniobra y encontrará Internet inundado de interpretaciones y entendimientos contradictorios sobre qué es esta velocidad v y qué significa para usted. Haga su propia lectura e investigación para completar su comprensión de la velocidad de maniobra.
A modo de resumen, los puntos clave son:
- La FAA ha designado dos velocidades de maniobra (Va y Vo) para los pilotos de la Parte 23.
- Va significa velocidad de maniobra de diseño y Vo es la velocidad máxima de maniobra operativa.
- Los pilotos de la Parte 25 utilizan Va para describir tanto la velocidad de maniobra de diseño como la velocidad máxima de maniobra operativa.
- La velocidad de maniobra de diseño (Va) es un valor establecido por el diseñador de la aeronave. Las cargas resultantes de las deflexiones de la superficie de control total en Va se utilizan para diseñar el empenaje y los alerones.
- La velocidad máxima de maniobra operativa (Vo) es una velocidad a la que el avión entrará en pérdida en una maniobra de cabeceo con el morro hacia arriba antes de exceder los límites estructurales del avión.
- Vo disminuye a medida que disminuye el peso de su avión.
- Va es a menudo, pero no siempre, igual a Vo. Si Va es mayor que Vo, podría exceder el factor de carga límite de la aeronave antes de entrar en pérdida.
- Estar en Vo o por debajo de él significa que puede mover un solo control de vuelo, una vez, hasta su deflexión completa, para un solo eje de rotación del avión (cabeceo, balanceo o guiñada), en aire suave, sin riesgo de dañar el avión. Múltiples desviaciones completas secuenciales o simultáneas pueden provocar fallas estructurales incluso si vuela por debajo de Vo.
¿Quieres aprender más sobre velocidades aéreas y pérdidas?
¡Consulta estas guías que te ayudarán a convertirte en un piloto más competente!
-
Entrada en pérdida del avión de cola: la aerodinámica y cómo recuperarse
-
¿Qué es una pérdida de control cruzado? (Todo lo que necesitas saber)
-
Conquista curvas pronunciadas y domina los cielos (paso a paso)
¿Le ha resultado útil este artículo?
¿Crees que nos perdimos algo importante? ¡Háganos saber en los comentarios a continuación!
