Si cada pasajero en un avión de pasajeros se precipitara repentinamente a un extremo del avión, ¿causaría algún obstáculo para el vuelo?

Siempre decimos que un avión mantiene un vuelo nivelado porque Lift equilibra el peso. Esto es cierto, pero no es una explicación perfecta. Para un avión que vuela a una altitud constante y una velocidad constante, Empuje = Arrastrar y Peso = Levantar. Estas fuerzas forman parejas, una pareja de levantamiento de peso y una pareja de empuje-arrastre.

La pareja LW intenta empujar la nariz del avión hacia abajo, mientras que la pareja TD intenta contrarrestar esto levantando la nariz. Sin embargo, la pareja TD no es lo suficientemente fuerte como para enfrentarse a una pareja LW mucho más grande. Entonces, viene otra fuerza para equilibrar esto. Esta fuerza es proporcionada por el estabilizador horizontal. Los pilotos de aviones grandes pueden cambiar el ángulo del plano de cola, asegurando así que sea capaz de crear suficiente fuerza descendente.

Eso es lo básico del vuelo nivelado. El punto donde el elevador actúa sobre el ala se llama Centro de presión. La mayoría de las veces, el CP se mantiene detrás del centro de gravedad para mejorar la estabilidad estática longitudinal del avión. Ahora, respondamos la pregunta. Una avalancha de pasajeros en la parte trasera del avión moverá el CG a popa. El resultado será una disminución en la magnitud de la pareja LW, a medida que se reduzca la distancia entre Lift y CG. Eso significa que el plano de cola debe producir una fuerza descendente más baja para mantener el vuelo nivelado. Esto reduce el arrastre en el avión ya que el plano de cola, que es una superficie que produce elevación, crea un arrastre inducido. La reducción en este levantamiento (fuerza descendente) reducirá la resistencia, aumentando el alcance del avión. La menor fuerza hacia abajo también significa que más bajo es el peso efectivo del avión.

La velocidad de pérdida también se reduce. Esto se debe a que el avión tiene que producir menos elevación para mantener el vuelo nivelado debido al momento de cabeceo bajo. La posición CG también dificulta la estabilidad del avión en el eje lateral, lo que hace que la fuerza de la palanca sea más ligera. Esto puede conducir a un control excesivo del avión.

Lo contrario es el caso si el CG avanza. La velocidad de pérdida aumenta, el rango se reduce y la fuerza de la palanca aumenta debido a la alta estabilidad. Los aviones tienen rangos para moverse alrededor del CG. Es importante cumplir con estos rangos reglamentarios si desea que el vuelo sea lo más seguro posible. Ha habido muchos accidentes a lo largo de los años debido a la mala gestión del centro de gravedad del avión.

Es el trabajo de la tripulación de cabina asegurarse de que los pasajeros estén distribuidos uniformemente en la cabina de pasajeros, por razones de equilibrio.

Para volar con seguridad, una aeronave debe estar “en buen estado”; es decir, el centro de gravedad debe estar entre dos límites especificados en todo momento.

Ascensor equilibra peso. Aquí puede ver que el elevador actúa hacia arriba y se opone al peso, que actúa hacia abajo. Los momentos sobre el centro de gravedad debido a la elevación del ala, la carga aerodinámica de la cola y la pareja de lanzamiento están exactamente en equilibrio.

Pero el punto en el que el peso actúa sobre la aeronave (el CG) suele ser diferente del punto en el que actúa el elevador (el centro del elevador).

Esto crea un momento (par) que lanza el avión hacia arriba o hacia abajo, y este momento es contrarrestado por las superficies horizontales de la cola. En los aviones modernos, los ascensores realizan las correcciones iniciales, pero eventualmente, el estabilizador horizontal móvil (también llamado Estabilizador Horizontal Trimmable o THS) se mueve un poco y hace que el elevador sea neutral nuevamente. Esto reduce la resistencia.

Esto es normal, siempre y cuando el CG esté dentro de los límites.

En aviones grandes, el combustible se transporta en las alas y a medida que se consume combustible, el CG sigue cambiando.

Los ascensores y el THS tienen una autoridad limitada, y siempre que puedan contrarrestar los cambios de tono causados ​​por el cambio de CG, todo está bien.

Pero si todos los pasajeros corren hacia un extremo de la cabina de pasajeros, el CG puede salir de los límites controlables, y el resultado es que los pilotos perderán el control de la aeronave debido a una inclinación excesiva (si todos los pasajeros corren hacia atrás) o excesivos inclinarse hacia abajo (si todos los pasajeros se apresuran al frente).

No es un buen resultado en absoluto.

Para una aeronave inherentemente estable, el límite absoluto absoluto del movimiento del centro de gravedad está determinado por el momento de equilibrio máximo que puede producir el plano de cola sin perder el control adecuado. El máximo movimiento hacia atrás está limitado por el inicio de la inestabilidad o la respuesta de control excesiva.

En la práctica, a menos que se use un sistema de control automático, podría ser peligroso volar con el centro de gravedad cerca de estos límites, y los requisitos de diseño y aeronavegabilidad imponen un rango más restringido de movimiento de centro de gravedad seguro permitido. Se debe tener mucho cuidado al cargar y alimentar el avión para garantizar que el centro de gravedad se mantenga dentro del rango aceptable durante todo el vuelo.

Gracias por el A2A.

En primer lugar, apoyo firmemente la respuesta de Krishna Kumar Subramanian por brevedad y claridad. Por favor léelo. Si quieres un poco más de techno-balbuceo, para eso estoy aquí.

_________________________

Los llamados errores de “peso y equilibrio” han matado a muchas personas en los aviones con el tiempo, en todo, desde pequeñas aves hasta aviones regionales de turbohélice. El escenario que describe no se ha replicado absolutamente en un avión de reacción que conozco, pero sí sé que ha habido algunos casos de incendios en vuelo que han provocado que las personas se muevan hacia un extremo u otro. Es bastante difícil mover suficiente peso humano en la cabina principal de una aeronave para salir de la caja de carga segura, principalmente porque el diseño de la aeronave en sí tiende a evitar esa posibilidad simplemente haciendo que sea imposible retroceder demasiado.

Por otro lado, se sabe que los aviones se sientan y ruegan cuando el combustible o la carga se han cargado de manera incorrecta:

(Un bombardero B-1 hizo exactamente este truco en la década de 1980, para sorpresa de la gente que lo reparó).

Piense en el centro de gravedad como un punto de apoyo. Cuanto más se aleje un peso de ese punto de apoyo, más larga se volverá la “palanca” (brazo de momento). No importa si está bien adelante o atrás, un poco de peso puede tener un efecto bastante grande. Es por eso que hay tanto espacio vacío e inutilizable detrás de la cola de la mayoría de los aviones.

(Ilustración de AvStop “Number One Online General Aviation News and Magazine, 4-2).

A los miembros de la tripulación del C-5 les gusta señalar que el volumen interior de su cola vertical y el área detrás de su compartimento de la popa es del mismo tamaño que la bodega de carga completa de un C-130. Posiblemente apócrifo, pero el hecho es que poner una gran cantidad de carga demasiado atrás podría abrumar la capacidad de los ascensores para mantener el nivel de la nariz.

La Fuerza Aérea de EE. UU. Solía ​​volar una versión militar del Boeing 727 llamada C-22:

Un día de invierno me llamaron urgentemente a su hangar para que me saludaran al ver un C-22 sentado sobre su cola, que había estado sobresaliendo por una disposición de puerta que se parecía a esto:

La parte circular se cierra alrededor del fuselaje, dejando la parte de popa del avión afuera. Una fuerte acumulación de nieve se había deslizado de alguna manera desde el techo del hangar (que no estaba orientado como el de esta imagen) sobre la cola del avión; Este peso abruptamente agregado en la parte trasera extrema del avión permitió que todo el avión se asentara hacia atrás, girando alrededor de su tren de aterrizaje principal. (Sí, finalmente lo bajamos sin que volviera a caer sobre su tren delantero: inflamos “bolsas de choque” del tipo que generalmente se usa para levantar el avión dañado debajo de la nariz, y luego quitamos el exceso de nieve de la cola. un par de horas, sin embargo)

La blogger Maria Langer escribió una introducción bastante sólida sobre el peso y el equilibrio hace unos años, y definitivamente vale la pena leerla: Peso y equilibrio: una introducción para los pasajeros. Uno de los temas que menciona es cercano y querido para mi corazón como piloto de helicóptero, a saber, los problemas de peso y equilibrio “laterales” (en lugar de “longitudinales” o longitudinales).

En un helicóptero, todo el elevador está asociado con el sistema de rotor principal, lo que en una disposición de rotor único significa que la parte en la que se sienta cuelga debajo de lo que lo eleva por un “mástil”. Poner demasiado peso en un lado u otro puede exceder la capacidad del sistema del rotor para superarlo. Por lo tanto, se desliza incontrolablemente en esa dirección, lo que puede provocar irritación de la piel, incontinencia y muerte ocasional si se encuentra.

____________________________________

Lo sé, todo esto es fascinante, pero ¿por qué sería tan difícil para los pasajeros de un avión jet superar el límite de popa?

Echa un vistazo a esta captura de pantalla:

Proviene del sitio web de un entusiasta del simulador de vuelo, Raven Aircraft Loader, que reproduce las condiciones de peso y equilibrio con un alto grado de fidelidad. ¿Ves dónde se detiene el área azul en la parte trasera de la aeronave? Ahí es donde se encuentra el mamparo que mantiene el avión presurizado en vuelo. Es físicamente imposible ir más atrás que eso. ¿Ves dónde se detiene al frente? Esa es la pared entre la cabina y la cubierta de vuelo. No puedes avanzar más que eso.

El diseño básico de la aeronave no permite que demasiado peso avance demasiado hacia adelante o hacia atrás del punto medio: el “centro de elevación”. Incluso si un montón de personas se asustaran o jugaran a la vez, sería realmente difícil acumular en un extremo u otro para superar la capacidad de los controles de vuelo para compensar … probablemente afectaría la configuración del ajuste de tono , pero no mucho más. Los aviones más grandes tienden a tener los límites más amplios del centro de gravedad.

Finalmente, no olvide que no todo el peso en el avión consiste en pasajeros. Debajo del piso de la cabina hay mucho peso de carga que no se moverá incluso si la gente de arriba sí; eso tiende a moderar los efectos de un cambio importante de peso del pasajero también de manera bastante efectiva.

Depende de lo que quieras decir “avión comercial”. Crecí en el Ártico, donde el avión omnipresente era el DeHaviland Twin Otter (también conocido como el avión más grande del mundo).

La Nutria Gemela se desarrolló directamente a partir de la Nutria Única, que se muestra aquí. Tenga en cuenta que es un taildragger:

¡Un detalle técnico menor, el Twin Otter tiene equipo de triciclo! Pero originalmente fue diseñado para ser pesado en la cola. ¿Qué hacer? Bueno, no es muy elegante, pero hay una publicación que el piloto saca y se pega en la parte posterior del avión, se puede ver a continuación, es la publicación roja en la parte trasera de la puerta:

Esto evita que el avión se vuelque hacia atrás cuando se está cargando.

A veces, cuando tienes una carga particularmente pesada y a granel como un par de skidoos, el piloto hará que todos los pasajeros se sienten en las primeras filas, ¡para que el avión no se voltee cuando esté rodando!

Personalmente, he experimentado esto a solo unos cientos de kilómetros de donde se tomó la foto, fuimos a pescar una noche y atrapamos tantos peces que ni siquiera pudimos sacar el puesto sin todos los pasajeros agrupados en la cabina. De alguna manera, no creo que Transport Canada lo hubiera aprobado.

Dependería del tipo de avión. Los jets regionales más pequeños de <50 asientos pedirán comúnmente a algunos pasajeros que se reubiquen si es necesario ajustar el equilibrio de peso. Esto sucede en la puerta antes de retroceder. El centro de operaciones de la aerolínea obtendrá un recuento de la cantidad de maletas cargadas en el área de carga y sabrá qué asientos están asignados. Usando pesos promedio históricos, un programa de computadora luego recomienda un cambio para obtener el saldo estimado correcto. En los aviones más grandes> 75 asientos no importa.

La siguiente pregunta sería, en un avión regional, ¿pueden suficientes personas moverse a un punto antes o detrás del centro de elevación del avión para marcar la diferencia teniendo en cuenta el espacio limitado para pararse en el pasillo? Y, ¿podrían hacerlo lo suficientemente rápido como para que el piloto no pueda compensarlo? Lo dudo.

Esto depende mucho de qué tipo de avión comercial y cuántos pasajeros está configurado para transportar y también de la distribución del peso de la carga y el equipaje a bordo. Como la respuesta de Scott Welch muestra que esto es completamente posible causar un gran problema para algunos aviones.

Como ejemplo de la gravedad del obstáculo que pueden causar los problemas de peso y equilibrio, eche un vistazo a este video de un (carga) 747 cuya carga se ha desplazado durante el despegue:

Este accidente fue causado por una carga mal asegurada que se movía hacia atrás. Si mover pasajeros podría causar este nivel de desequilibrio es una cuestión para alguien más listo para hacer los cálculos …

Podría, pero probablemente no podrán llegar lo suficientemente rápido como para causar un malestar peligroso. No en fase de crucero.

Podría resultar peligroso en la fase de despegue o aterrizaje.