Fator de carga (aeronáutica) - Load factor (aeronautics)

Na aeronáutica, o fator de carga é a razão entre a sustentação de uma aeronave e seu peso e representa uma medida global da tensão ("carga") a que a estrutura da aeronave está sujeita:

Onde

é o fator de carga,
é o elevador
é o peso.

Como o fator de carga é a razão de duas forças, ele é adimensional. No entanto, suas unidades são tradicionalmente chamadas de g , devido à relação entre o fator de carga e a aparente aceleração da gravidade sentida a bordo da aeronave. Um fator de carga de um, ou 1 g, representa as condições em vôo direto e nivelado, onde a sustentação é igual ao peso. Fatores de carga maiores ou menores que um (ou mesmo negativos) são decorrentes de manobras ou rajadas de vento.

Fator de carga eg

O fato de o fator de carga ser comumente expresso em unidades g não significa que seja dimensionalmente igual à aceleração da gravidade , também indicada com g . O fator de carga é estritamente adimensional.

O uso de unidades g refere-se ao fato de que um observador a bordo de uma aeronave experimentará uma aparente aceleração da gravidade (isto é, em relação ao seu referencial) igual ao fator de carga vezes a aceleração da gravidade. Por exemplo, um observador a bordo de uma aeronave executando uma curva com fator de carga de 2 (ou seja, uma curva de 2 g) verá objetos caindo no chão com o dobro da aceleração normal da gravidade.

Em geral, sempre que o termo fator de carga é usado, é formalmente correto expressá-lo usando apenas números, como em "um fator de carga máximo de 4". Se o termo fator de carga for omitido, g é usado em seu lugar, como em "puxando uma curva de 3 g".

Um fator de carga maior que 1 fará com que a velocidade de estol aumente por um fator igual à raiz quadrada do fator de carga. Por exemplo, se o fator de carga for 2, a velocidade de estol aumentará cerca de 40%.

Fatores de carga positivos e negativos

Variação do fator de carga n com o ângulo de inclinação θ , durante uma curva coordenada. A força rosa é o peso aparente a bordo.

O fator de carga, e em particular seu sinal, depende não só das forças que atuam sobre a aeronave, mas também da orientação de seu eixo vertical.

Durante o vôo direto e nivelado, o fator de carga é +1 se a aeronave voar "da maneira certa para cima", ao passo que se torna -1 se a aeronave voar "de cabeça para baixo" (invertida). Em ambos os casos o vetor de sustentação é o mesmo (visto por um observador no solo), mas neste último o eixo vertical da aeronave aponta para baixo, tornando o sinal do vetor de sustentação negativo.

Em voos de curvas, o fator de carga é normalmente maior do que +1. Por exemplo, em uma curva com um ângulo de inclinação de 60 ° , o fator de carga é +2. Novamente, se a mesma curva for executada com a aeronave invertida, o fator de carga torna-se -2. Em geral, em uma curva equilibrada em que o ângulo do banco é θ , o fator de carga n está relacionado ao cosseno de θ como

Outra maneira de atingir fatores de carga significativamente maiores do que +1 é puxar o controle do profundor na parte inferior de um mergulho, ao passo que empurrar fortemente o manche para frente durante o vôo direto e nivelado provavelmente produzirá fatores de carga negativos, fazendo com que o elevador aja na direção oposta ao normal, ou seja, para baixo.

Fator de carga e elevação

Na definição do fator de carga, a sustentação não é simplesmente aquela gerada pela asa da aeronave , mas sim a soma vetorial da sustentação gerada pela asa, fuselagem e cauda do avião , ou seja, é o componente perpendicular ao o fluxo de ar da soma de todas as forças aerodinâmicas que atuam na aeronave.

A elevação no fator de carga também se destina a ter um sinal, que é positivo se o vetor de sustentação aponta na, ou perto da mesma direção do eixo vertical da aeronave, ou negativo se aponta na, ou perto da direção oposta.

Padrões de design

Fatores de carga excessivos devem ser evitados devido à possibilidade de exceder a resistência estrutural da aeronave.

As autoridades de aviação especificam os limites do fator de carga dentro dos quais diferentes categorias de aeronaves devem operar sem danos. Por exemplo, os Regulamentos da Aviação Federal dos EUA prescrevem os seguintes limites (para o caso mais restritivo):

  • Para aviões da categoria de transporte , de -1 a +2,5 (ou até +3,8 dependendo do peso de decolagem do projeto)
  • Para aviões de categoria normal e categoria suburbana, de -1,52 a +3,8
  • Para aviões de categoria utilitária, de -1,76 a +4,4
  • Para aviões da categoria acrobática, de -3,0 a +6,0
  • Para helicópteros, de -1 a +3,5

No entanto, muitos tipos de aeronaves, em particular aviões acrobáticos , são projetados de modo que possam tolerar fatores de carga muito maiores do que o mínimo exigido. Por exemplo, a família Sukhoi Su-26 tem limites de fator de carga de −10 a +12.

Os fatores de carga máximos, positivos e negativos, aplicáveis ​​a uma aeronave são geralmente especificados no manual de voo da aeronave .

Percepção humana do fator de carga

Quando a taxa de ocupação é +1, todos os ocupantes da aeronave sentem que seu peso é normal. Quando a taxa de ocupação é maior que +1, todos os ocupantes se sentem mais pesados ​​do que o normal. Por exemplo, em uma manobra de 2 g, todos os ocupantes sentem que seu peso é duas vezes normal. Quando o fator de carga é zero ou muito pequeno, todos os ocupantes se sentem sem peso. Quando a taxa de ocupação é negativa, todos os ocupantes sentem que estão de cabeça para baixo.

Os humanos têm capacidade limitada de suportar um fator de carga significativamente maior que 1, tanto positivo quanto negativo. Veículos aéreos não tripulados podem ser projetados para fatores de carga muito maiores, tanto positivos quanto negativos, do que aeronaves convencionais, permitindo que esses veículos sejam usados ​​em manobras que seriam incapacitantes para um piloto humano.

Veja também

  • força g
  • G-LOC Perda de consciência devido a G excessivo (também conhecido como blecaute)
  • Incapacitação cinza devido a G positivo excessivo
  • Incapacitação de Redout devido a G negativo excessivo
  • Peso aparente

Notas

Referências

  • Hurt, HH (1960). Aerodinâmica para Aviadores Navais . Reimpressão da National Flightshop. Flórida.
  • McCormick, Barnes W. (1979). Aerodinâmica, Aeronáutica e Mecânica de Voo . John Wiley & Sons. New York ISBN  0-471-03032-5 .

links externos