¿Cuál es el ángulo de inclinación máximo seguro de un 747?

El ángulo de descenso ayuda a reducir la sustentación que la vela necesita proporcionar, de dos formas. Conduce a la aeronave a un aire de mayor densidad, donde es posible una sustentación más absoluta con el mismo número de Mach. Eso lleva un tiempo, pero un efecto más inmediato proviene de apuntar el morro de la aeronave hacia abajo. Luego, parte de las fuerzas inducidas por la gravedad se pueden contrarrestar con el arrastre (D en el dibujo a continuación). Esto es similar a un planeador, solo que con una eficiencia aerodinámica mucho más baja y ángulos más pronunciados. Terry reduce el empuje y abre los frenos de velocidad para evitar el exceso de velocidad, de modo que pueda sumergirse lo más abruptamente posible, lo que reduce los requisitos de elevación. Ahora se puede emplear más sustentación L del ala para dar la vuelta al avión. Si quiere lograr una tasa de caída constante, todavía tiene que producir suficiente sustentación para equilibrar el peso, pero reducido por el coseno de la trayectoria de planeo en comparación con la condición de vuelo horizontal. A 25 ° de morro hacia abajo, esto es una reducción del 10%.

Ahora le preocupa su ángulo de balanceo. Tenga en cuenta que quiere crear la mayor cantidad posible de componentes laterales de elevación, que se verán como la gravedad para todos a bordo. En un ángulo de balanceo de 60 ° (creo que sus 80 ° son un poco extremos), esto equivale al doble de la aceleración vertical normal, y con la inmersión en realidad solo 1.8 g, por lo que todos sentirán casi el doble de la fuerza de la gravedad normal. Con el balanceo de 80 °, este no será un giro estacionario y no quedará suficiente sustentación para contrarrestar la gravedad, por lo que el avión acelerará hacia abajo durante el giro.De hecho, caerá del cielo. Cuando ya esté en Mach 0.85, sería más cuidadoso que Terry, porque las cosas se ponen feas muy rápidamente cuando Mach sube más.

El término $ m \ cdot \ frac {v ^ 2} {R} $ es la fuerza centrífuga que puede proporcionar el componente horizontal del elevador y que debe ser lo más grande posible para giros cerrados (un radio R más pequeño ayuda). Este es el componente de elevación que Terry necesita para hacer girar la aeronave.

Si nos quedamos con giros estacionarios (sin la parte de «caer del cielo»), el ángulo de inclinación máximo viene dado por la carga máxima factor del 747. A 400 KEAS, esto es sólo 1,5 g, por lo que incluso con la posición de morro hacia abajo de 25 °, el ángulo de inclinación máximo sería de 53 °. Si vuela un poco más lento, el factor de carga pasa a 2 g (equivale a 63 ° en un descenso de 25 °) y alcanza un máximo de 2,5 ga 310 KEAS (68,7 ° en un descenso de 25 °). Volar a Mach 0,85 en 30.000 pies producirá una velocidad aérea equivalente de 306 kt en condiciones atmosféricas normales. El valor exacto varía con la velocidad de vuelo real y el ángulo de inclinación máximo seguro está en la región de 60 ° a 70 °.

Expandí mi respuesta a la pregunta original , y espero que en combinación con esto pueda cubrir sus preguntas. Si no es así, ¡sigue preguntando!

EDITAR: Ya veo, ahora quieres saber el momento de dar la vuelta. Todo lo que puedo hacer es calcularlo bajo el supuesto de que hay suficiente elevación disponible , independientemente de los golpes. En realidad, dudo que incluso la carcasa de 48 ° le proporcione un viaje agradable. Todos los resultados son para el caso de 30.000 pies, porque a 36.000 pies esos ángulos de alabeo más altos no se podrán volar limpiamente debido a los efectos de la compresibilidad.

A 60 ° el avión vuela con 2g y con el morro todavía abajo de 25 ° a 1,8 g. La velocidad de giro sería de 3.77 ° / sy 180 ° se completaría después de 48 s.

A 70 ° vuela con casi 3g, y con 25 ° morro hacia abajo a 2.65 g, que es un poco fuera de los límites g. La velocidad de giro sería de 5.98 ° / sy 180 ° se completarían después de 30 s (más el tiempo para rodar a 70 °, que ahora comienza a ser importante).

El caso de 80 ° se vuelve realmente hipotético , porque incluso con la posición de morro hacia abajo de 25 °, el factor de carga será de 5,2 g si se vuela sin deslizamiento lateral y suficiente elevación para evitar el exceso de velocidad. El 747 estará cerca de romperse, pero tal vez una futura versión acrobática pueda volar esta maniobra de manera segura. Dará como resultado una velocidad de giro de 12,35 ° y necesitará 14,6 s para un giro de 180 °. Agregaría al menos 4 segundos para inclinarse a 80 °, pero el giro se puede completar en 20 s. Hipotéticamente.

Lo que Terry insinuó cuando dijo que se inclinaría a 80 ° no son los giros limpios que estoy calculando aquí, sino una inmersión dinámica en la que el avión acelera porque no queda suficiente sustentación para evitarlo. descendente. Para calcular esto, necesitaría más datos aerodinámicos en el 747 y necesitaría emplear al menos un algoritmo de diferencia finita o mucho papel y lápices.

Eso es, si el 747 se enrolla a 80 ° pero el piloto tira solo tantos g como el avión puede sostener (debido a los golpes dudo que sean posibles incluso 2,5 g), la sustentación servirá casi exclusivamente para volar un giro cerrado, pero no quedará suficiente para contrarrestar la gravedad. Por lo tanto, la aeronave se deslizará hacia los lados y la estabilidad direccional hará girar el morro hacia abajo. Esto llevará un tiempo (supongo que quizás 12 segundos, en realidad una suposición), pero el avión aumentará la velocidad desde el comienzo de la maniobra. Tengo un poco más de miedo de volar más rápido que Mach 0,85 que Terry, y los diversos informes de 747 subiendo a Mach 0,98 apoyan su opinión de que un poco de exceso de velocidad está bien. Es difícil para mí adivinar cuánto tiempo se necesita para volverse incómodamente rápido, y luego se necesitará mucha elevación para salir de la inmersión. En cambio, cuando el avión está en picada, lo único que necesita es un balanceo y un pull-out para salir a 180 ° del rumbo anterior. La extracción se realizará a una altitud mucho menor, y crear el gs no habrá problema.

Comentarios

• Dices que a 5.2 g » el 747 ciertamente se romperá » pero eso ‘ s cuánto China 006 tiró. Es cierto que se rompió parcialmente, pero se mantuvo en condiciones de volar. ¿En qué se diferencia esto?
• @ raptortech97: El factor de carga de diseño máximo del 747 es 3.8, el factor de seguridad es 1.5. Si está diseñado correctamente, el avión debería romperse a 5.7 si todo está funcionando como fue diseñado. El factor de seguridad está ahí por una razón, y exageré un poco. Edité la sección.

Alguna información adicional a las excelentes respuestas ya dadas:

Primero , digamos que la necesidad del viraje de emergencia ocurrió justo después de nivelar desde una subida escalonada típica de 2,000 pies, lo que probablemente significaría que solo tenía una protección de límite de buffet de aproximadamente 1,3 g, aunque en buenas condiciones a menudo subíamos cuando solo teníamos 1.2g. Dada la ley de Murphy, digamos que estamos en 1.2.

Ahora llega la necesidad del turno. Durante los primeros segundos, no nos atrevemos a superar los 1,2 g para no entrar en una región de posible incontrolable. Necesitamos perder al menos un par de miles de pies lo más rápido posible para llegar a donde podamos comenzar a pedir más al ala. Al mismo tiempo, queremos utilizar lo que la vela puede proporcionar de forma segura para girar. Cuanto más pronunciado sea el giro, más será y más rápido caeremos. Ambos buenos por muy poco tiempo. Mi base de la suposición de los pantalones es que rodaríamos hasta el extremo con el que nos sintiéramos cómodos, y luego, casi de inmediato, comenzaríamos a disminuir la inclinación a un ritmo y en un grado dictado por nuestra velocidad y qué tan rápido estaba aumentando.

El clacker de sobrevelocidad debería sonar alrededor de Mach 0.92, aunque en vuelos de prueba de mantenimiento he visto que no comienza hasta casi 0.94. En cualquier momento en el que suene, «querríamos comenzar a reducir el banco, y nosotros» Quisiera reemplazar la fuerza de giro perdida y abordar el exceso de velocidad aumentando el ángulo de ataque a lo que el ala podría hacer de manera segura en forma de golpe. Para cuando caímos, digamos 4000 pies, la velocidad de golpe ya no sería un factor, y podríamos sacar con seguridad algo como 1.8g (o más si es necesario).

Sería una cuestión de jugar nuestro banco y ángulo de ataque para obtener lo que queremos. Al pensar en este escenario, estoy informado (o al menos creo que lo estoy) de dos cosas.

Primero está el incidente del 12 de diciembre de 1991 descrito en este informe de NTSB (PDF) y en este artículo . Yo era capitán en Evergreen en ese momento (de hecho, había volado tan avión unas semanas antes y había notado la anomalía del piloto automático que más tarde causaría el incidente), y yo sabía y hablé con la tripulación (al igual que todos en la compañía).

Pertinente a esta discusión es la El hecho de que la tripulación no se dio cuenta de lo que estaba sucediendo hasta que los giroscopios INS cayeron (antiguo sistema de carrusel con giroscopios reales), lo que sucedió cuando el avión alcanzó 90 grados de inclinación, según recuerdo. El ángulo de inclinación máximo antes del inicio de la recuperación era de 95 grados. Además, los motores estaban en crucero hasta el inicio de la recuperación. Existe controversia sobre la velocidad máxima alcanzada; las estimaciones oscilaron entre 0,98 y 1,09 mach (un informe de 1,25 mach era falso). La nariz hacia abajo máxima era de 35 grados. La pérdida de altitud fue de aproximadamente 10,000 pies.

Después de leer las respuestas anteriores, me siento un poco menos cómodo con el escenario de 80 grados, pero no creo que signifique un desastre. Las plataformas INS aún estarían activas. Creo que la velocidad sería manejable dado que vamos a ir al ralentí justo al principio, y los frenos de velocidad ayudarían en eso. Sin embargo, la diferencia entre usar 70 grados y 80 grados probablemente sería bastante pequeña. en el primer enlace se habla de otro 747 que va a 71 grados, según recuerdo.

En segundo lugar, tuvimos un ejercicio de simulador en el que a veces superamos los 60 grados de inclinación, aunque no puedo decir con seguridad que Alguna vez llegué a 80 grados. El escenario comenzaría con el control de salida diciendo: «Tienes una bomba a bordo programada para explotar en 5 minutos. Autorizada para aterrizar en cualquier pista». El instructor de simulación, por supuesto, lo habría puesto en lo que él sintió que era una situación tan difícil pero factible como fuera posible. Entonces, lo que hiciste fue apagar, comenzar a tirar todo el arrastre que pudiste (al diablo con las limitaciones de velocidad) y rodar hasta el grado de inclinación que haría que te alinearas. El ejercicio siempre comenzaba desde una altitud relativamente baja, por lo que la velocidad del buffet no fue un problema.

Me hace llorar al pensar en momentos divertidos del pasado.

Comentarios

• Esta es una historia muy interesante. Como no piloto que hace esta pregunta, ¿podría explicar por qué una inclinación de 90 grados pasaría desapercibida para los miembros de la tripulación? Parece que en ese caso todos se caerían a la pared, pero ‘ estoy seguro de que debe haber otros factores en juego.
• @borrrden: Lift es la fuerza principal sobre el avión y, dado que es perpendicular al suelo, nunca se siente empujado hacia los lados (mucho) en un avión, solo hacia el suelo o posiblemente hacia arriba. Esto se explica mejor con una imagen, que ‘ no se puede incluir en un comentario. Consulta la respuesta de Peter K ä mpf ‘ o haz nuevas preguntas para obtener una explicación detallada.
• @Terry, ¿Podría incluso extender los frenos de velocidad cuando solo tiene 1,2 g de elevación disponible?Hasta donde yo sé, B747 usa una extensión parcial de spoilers como frenos de velocidad y estos reducen la sustentación. Entonces, ¿no sería ‘ t eso ir en contra de lo que ‘ necesitaría allí o incluso sería inseguro (al principio; luego, ‘ tendría suficiente sustentación, por supuesto)?
• @JanHudec Lo que supongo que es la pregunta es si con el despliegue de los frenos de velocidad, habría cambiado la forma del ala lo suficiente como para Ya no tenía una protección de 1,2 gy que incluso usando solo 1,0 g (que al principio sería mi objetivo) podría ponerme en la región de un buffet de alta velocidad. Tengo que admitir que no lo había pensado desde ese punto de vista, y realmente no ‘ sé la respuesta. Dado eso, ‘ diría ahora que no usaría los frenos de velocidad hasta que haya caído unos miles de pies. ¡Buena captura!
• @ Notts90 Sí, aunque la escalada típica comenzó en FL290 (29,000) a FL310 y continuó desde allí en intervalos de 2,000 pies. Los 747-100 y los 200 anteriores solo podían llegar inicialmente a FL290 cuando despegaban con el peso bruto máximo. En aquel entonces, el sistema de vías respiratorias a gran altitud estaba organizado en intervalos de 2,000 pies en miles impares. Generalmente no se disponía de una separación de mil pies. Según recuerdo, el sistema de vías del Atlántico Norte fue el primero en cambiar de separación de 2000 a 1000, pero no ‘ recuerdo el año.

¿Cuál es el máximo safe ángulo de inclinación lateral de un 747?

Eso podría depender de quién haciendo la evaluación de seguridad y cuáles son las alternativas. Puede haber circunstancias en las que un piloto pueda sentir que ser el primer piloto en inclinar un 747 a 70 ° sería más seguro que chocar con una montaña u otro avión, o ser derribado.

La FAA recopila «Datos estadísticos para el avión Boeing-747-400 en Operaciones « . Por ejemplo:

I creo que la FAA descarta de los datos cualquier ángulo de inclinación superior a 40. Supongo que las aerolíneas y / o los pilotos consideran que los ángulos mayores que los que se muestran en este gráfico no son seguros (¿en esa etapa del vuelo?)

Estos datos parecen estar relacionados con touchdowns. Quizás los ángulos más grandes se utilizan con seguridad a gran altitud.

JA8119, un 747 SR-100, después de una descompresión explosiva y la pérdida del estabilizador vertical parece haber sobrevivido brevemente a un giro de 80 ° sin el Aviones destrozados. En el informe de accidente se encuentra este registro del registrador de datos de vuelo.

Este avión era esencialmente incontrolable, experimentaba ciclos phugoid y rollos holandeses y se estrelló trágicamente poco después. Sin embargo, tal vez sugiera que un 747 sin daños podría sobrevivir a ángulos de inclinación bastante altos (asumiendo que RLL en el informe significa ángulo de inclinación). Como señaló Peter Kämpf en un comentario, puede que no sea seguro sacar conclusiones sobre las características de vuelo de los 747 sin daños a partir de estos datos.

Comentarios

• ¡Excelente información que encontró allí! ¡Así que parece posible al menos!
• Creo que este es en realidad el desastre aéreo del que estaba hablando por cierto.
• El banco 80 ° no necesita ser una maniobra coordinada en vuelo nivelado. Si el piloto tira hacia arriba y luego rueda mientras empuja el morro hacia abajo, se necesita poco componente de elevación vertical y es posible ° balanceo 80 con un factor de carga más pequeño que en vuelo nivelado. Dado que el avión en cuestión había perdido la mayor parte de su cola vertical, la dinámica de vuelo es difícil de comparar con un 747 normal.
• @Peter: gracias, yo ‘ ve editó la pregunta para aclarar que JA8119 era una aeronave muy dañada en ese momento.

Funcionamiento normal, el 747 no supera los 25 grados de inclinación.

Las inclinaciones más pronunciadas se realizan generalmente solo en el simulador y serán de hasta 45 grados de inclinación.

Si se va a reducir el radio de giro, reduzca la velocidad. Dependiendo del peso, la altitud y la temperatura, esto puede ser posible o no. El ángulo de inclinación que se puede lograr variará con la altitud. A 10,000 «, se puede hacer una inclinación de 45 grados; a 41,000 esto sería imprudente.

10 grados de morro hacia abajo es excesivo en el 747. 25 grados de morro hacia abajo es ridículo. Especialmente al girar.

La velocidad es la clave para reducir el radio; solo hay un margen limitado que uno podrá lograr en el 747. No es como volar un Cessna.Si es necesaria una reducción en la velocidad según la publicación original, para lograr un radio de giro mínimo, sería necesario un giro ascendente, en lugar de un giro descendente.

No se producirán giros de más de 70 grados en el 747.

Si el deseo es alejarse de un límite político de un rumbo dado, un giro de 360 grados no lo hará. sea productivo.