TERMINOS Y DEFINICIONES BRAZO (MOMENT ARM) Es la distancia horizontal en pulgadas, desde la línea de referencia (datum), hasta el centro de gravedad de un objeto. El signo algebraico es positivo (+) si es medido hacia atrás del datum, y negativo (-) si es medido hacia adelante del datum. CENTRO DE GRAVEDAD (C.G.) Es el punto sobre el cual un avión se balancearía si se suspendiera de ese punto. Es el centro de la masa del avión o el punto teórico en el cual se asume que el peso total del avión esta concentrado. Puede ser expresado en pulgadas desde el punto de referencia (datum), o en porcentaje de la línea aerodinámica aerodinámica media (mac). LÍMITES DEL CENTRO DE GRAVEDAD Son los puntos delantero y trasero especificados, dentro de los cuales debe ser localizado el C.G. Durante el vuelo. Estos límites están indicados en las especificaciones pertinentes del avión. DATUM (Plano de Referencia) Es un plano, o línea, vertical imaginario, imaginario, desde el cual se toman todas las las medidas del brazo. El datum es establecido por el fabricante. Una vez que el datum ha sido establecido, todos los momentos del brazo y la extensión del centro de gravedad, son medidos a partir de ese punto. CARGA DE COMBUSTIBLE Es la parte consumible de la carga de combustible del avión. Esta incluye solamente el combustible utilizable, y no el combustible requerido requerido para llenar las líneas o el que permanece atrapado en el fondo de los tanques. (tank sumps). MOMENTO Es el producto del peso de un objeto, multiplicado por su brazo. Los momentos son expresados en libras por pulgada. pulgada. Momento total es el peso del avión multiplicado por la distancia entre el datum y el C.G. INDICE DEL MOMENTO (INDICE) Es el momento dividido por una constante como: 100, 1000, o 10,000. El propósito de usar un índice del momento es simplificar las computaciones de peso y balance de aviones donde objetos muy pesados y brazos largos resultan en números largos e inmanejables. CUERDA AERODINAMICA MEDIA (MAC) Es la distancia promedio desde el borde frontal hasta el borde trasero del ala. PESOS ESTABLECIDOS Son pesos que han sido dispuestos para numerosos objetos involucrados en cálculos de peso y balance. Estos pesos no deben ser usados si se dispone de los pesos reales. ALGUNOS PESOS ESTABLECIDOS SON: Tripulación general y pasajeros 170 lbs. Gasolina 6 lbs. Us. Gal. Aceite 7.5 lbs. Us. Gal Agua 8.35 lbs. Us. Gal. ESTACIÓN Es un lugar dentro del avión que esta identificado por un numero, designando su distancia en pulgadas desde el datum. Por esto el datum es identificado como estación cero. Un objeto ubicado en la estación +50 tendría un brazo de 50 pulgadas. CARGA ÚTIL Es el peso del piloto, copiloto, pasajeros, equipaje, combustible útil y aceite drenable. Es el máximo peso bruto permitido, menos el peso vacío. Éste termino se usa únicamente en aviación general. PESO VACÍO Forman parte de este: 1. El fu fuselaje 2. Los mo motores 3. Todo Todoss los los comp compon onen ente tess del del equi equipo po oper operat ativ ivo o que que tien tienen en una una ubic ubicac ació ión n fija fija y está están n permanentemente instalados dentro del avión. 4. Este incluye equipo opcional y especial, lastre fijo, fluidos hidráulicos, combustible residual, y todo el aceite del motor. 5. Refiérase a los documentos de peso y balance del avión. Altitud de densidad Es el factor más importante que afecta el rendimiento del avión. Tiene una relación directa con la potencia efectiva del motor, eficiencia de la hélice y la fuerza f uerza de sustentación generada por las alas.
Cuando la temperatura del aire aumenta, la densidad del aire disminuye. También cuando la altitud aumenta, la densidad del aire disminuye. El término usado para describir la densidad del aire es altitud de densidad. Recuerde que una disminución en la densidad del aire quiere decir una alta altitud de densidad; y un aumento en la densidad del aire quiere decir una altitud de densidad mas baja. La altitud de densidad es determinada encontrando primero la altitud de presión, y luego corriendo esa altitud para las variaciones de temperatura irregulares. Es importante recordar que a medida que la densidad del aire disminuye (altitud de densidad mas alta), el rendimiento del avión disminuye; y a medida que la densidad del aire aumenta (altitud de densidad mas baja), el rendimiento del avión aumenta. Un aumento en la temperatura o la humedad del aire; o una disminución en la presión del aire que resulte en una altitud de densidad mas alta, disminuirá significativamente la potencia efectiva del motor y la eficiencia de la hélice. El problema de operar a alta densidad de altitud se presenta por el hecho de que cuando el aire es menos menos denso, denso, se neces necesita ita mas potencia potencia del motor motor y una mayor mayor efici eficienc encia ia de la hélice hélice para compensar la disminución de la fuerza de sustentación de las alas del avión. Esta potencia y la eficiencia de la hélice hélice adicionales, no se consiguen consiguen en condiciones condiciones de altitudes de alta densidad; densidad; por consiguiente consiguiente el rendimiento rendimiento del avión disminuye considerablemente. considerablemente. PROCEDIMIENTOS PARA CALCULAR EL PESO Y BALANCE DE UN AVIÓN 1. Matemático 2. Grafico 3. Tablas USO DE LAS TABLAS DE RENDIMIENTO La mayoría de los fabricantes de aviones proveen información adecuada, a partir de la cual el piloto puede determinar el rendimiento del avión. Esta información puede ser encontrada en los manuales de vuelo del avión, o en los manuales de operación del piloto. Las tablas de rendimiento son desarrolladas específicamente para cada marca, modelo, y tipo de avión; el piloto al buscar los datos de rendimiento debe asegurarse cuidadosamente de que esta usando la tabla desarrollada para el avión especifico que se va a volar. TABLA DE ALTITUD DE DENSIDAD
CARTAS DE DESPEGUE Con la ayuda de esta tabla el piloto puede determinar: El recorrido en tierra para despegar. La distancia total requerida para sobrepasar un obstáculo de 50 pies, establecida para los diferentes pesos de aviones; vientos de frente; altitudes de presión; y temperaturas. • •
Los formatos de las tablas varían según el fabricante.
TABLAS DE RENDIMIENTO PARA ASCENSO Y CRUCERO El rendimiento del ascenso y crucero están recopilados de pruebas de vuelo reales. Esta información es útil cuando se planean vuelos a campo traviesa. TABLAS DE RENDIMIENTO PARA EL ATERRIZAJE. Variables similares a esas que afectan la distancia de despegue, afectan también las distancias de aterrizajes, aunque generalmente en una extensión menor. Consulte su manual de vuelo del avión, para los datos de distancia del aterrizaje, ajuste recomendable de los flaps, y velocidades de aproximación recomendadas.
PESO, CARGA Y CENTRADO Es de gran importancia operar un avión dentro de sus límites de peso y centrado, según las instrucciones previstas en el manual de vuelo del avión. EL PESO Los pesos máximos estructurales: Todo avión tiene certificado un peso máximo el cual no debe ser sobrepasado y estos están definidos por límites de resistencia estructural. DICHOS PESOS SON: 1. Peso máximo de despegue. 2. Peso máximo de aterrizaje. 3. Peso máximo sin combustible en los depósitos de la alas ( se conoce también como peso máximo con combustible cero). PESO MÁXIMO DE DESPEGUE: Es el peso máximo certificado para iniciar el despegue. Algunos aviones tienen previsto un peso máximo para rodaje o movimientos en tierra este será mayor que el máximo de despegue, pero solo será utilizado para movimientos en tierra. Debemos recordar que este peso está directamente relacionado con la máxima sustentación rodear el ala del avión. PESO MÁXIMO DE ATERRIZAJE: Será el peso máximo en el momento de poner las ruedas en el suelo. Normalmente este ya viene definido por la resistencia estructural del tren de aterrizaje a un impacto fuerte sobre la pista. Si hubiera un problema grave después del despegue, el avión podría volver a aterrizar con el peso máximo de despegue, teniendo especial cuidado para no realizar un desplome sobre la pista.
PESO MÁXIMO SIN COMBUSTIBLE EN LOS DEPÓSITOS EN LAS ALAS: Algunos aviones cuentan con depósitos de combustible en el fuselaje y en las alas. En estos casos, habrá un peso que no debe sobrepasarse si los depósitos de las alas están vacíos.
FACTOR DE CARGA 1. En reposo: 2. Peso 2000 lbs. 3. Fuerzas 2000 lbs.
ASCENSO O DESCENSO UNIFORME 1. Peso 2000 lbs. 2. Fuerzas 2000 lbs.
VUELO NIVELADO 1. Peso 2ooo lbs. 2. Fuerzas 2000 lbs .
Hay situaciones en las que el avión se ve sometido a unas fuerzas que aumentan su factor de carga, estas pueden ser virajes fuertes, vuelo en el aire turbulento, ráfagas de viento, etc.
Cuando una situación de turbulencia se presenta, la velocidad del avión debe reducirse a velocidad de turbulencia, para evitar los riesgos citados.
COMPROBACION DEL PESO Para determinar el peso, el constructor del avión edita unos gráficos y tablas que deben ser consultados. El calculo debe partir del peso en vació del avión. Los gráficos suelen proporcionar la información en libras, por lo que será necesario transformar los kilos y litros a libras de peso.
CONCEPTOS PARA EL CALCULO SON LOS SIGUIENTES 1. 2. 3. 4. 5.
Peso en vació Peso del combustible cargado Peso del aceite cargado Peso del equipo móvil a bordo (extintores de incendios, equipos de oxigeno, balsas) Peso del piloto y pasajeros 6. Peso del equipaje o carga ____________________________ 7. TOTAL (constituye el peso del avión)
DEBEN HACERSE LAS CONSIDERACIONES SIGUIENTES: PESO EN VACÍO Se encuentra en el certificado del avión
PESO DEL COMBUSTIBLE En libras por galón (transformar los litros cargados a galones y multiplicar por seis)
PESO DEL ACEITE En libras por galón
PESO DEL EQUIPO MOVIL Deberá pasarse u obtenerse de sus especificaciones.
PILOTO Y PASAJEROS Si son de constitución normal se calculan 170 Lbs. Por persona. Niños de hasta 12 años se deberán calcular 80 Lbs. En caso de que los pasajeros o el piloto sean de mayor peso, se deberá tener en cuenta.
EQUIPAJE O CARGA Pesarlo
Ejemplo: Supongamos un avión de peso máximo a despegue 2.650 libras, y deseamos realizar un problema con las siguientes características: Peso en vació: Combustible (30 galones) Aceite (3 galones) Piloto Pasajeros (3) Equipaje Total
1.707 libras 180 libras 22.5 libras 170 libras 510 libras 50 libras ______________ 2639.5 libras
Margen: 2.650- 2.639.5 = 10.5 libras. El avión esta cargado dentro de sus límites.
EL CENTRADO Aun cuando un avión este dentro de sus límites de peso, es necesario asegurarse de como a sido cargado, esto es, su centrado.
EL CENTRO DE GRAVEDAD (C.G.) Todo cuerpo tiene un punto de equilibrio que es su centro de gravedad en este punto se considera centrado todo el peso del avión. En el aire, el avión esta sustentado por las alas.
Los límites dentro de los cuales pueden oscilar el C.G., sin que las actuaciones del avión varíen son:
1. Limite Posterior 2. Limite Anterior El C.G. varía en vuelo por el consumo de combustible, movimiento de pasajeros, por lo que debe estar siempre dentro de los límites anterior y posterior. Cuando el avión se encuentra centrado, es perfectamente controlable longitudinalmente, moviendo el timón de profundidad y el compensador.
PELIGRO DE UN C.G. MUY ADELANTADO El avión necesita un gran esfuerzo para levantar el morro. El timón de profundidad no es efectivo mas que a gran velocidad. Es una situación comprometida para el despegue, ya que el avión necesitara mas longitud de pista hasta que el timón de profundidad pueda levantar el avión. En caso de un “motor y al aire” un centrado muy delantero puede comprometer la maniobra.
Acción Recomendada Cuando no se pueda comprobar el centrado del avión, según las tablas previstas en el Manual, NO COLOCAR LOS PASAJEROS Y CARGA MAS PESADA ADELANTE, SITUANDO LOS PASAJERO Y CARGA DETRÁS.
MODO DE EXPRESAR EL C.G. La posición del C.G. se expresa en Pulgadas, a contar desde una línea llamada DATUM. Se dice que el C.G. está a 45,8” del DATUM, (Fig. 6-14).
La forma de expresarlo es en % de la MAC (Cuenta de aerodinámica media). Así, 15% es: (Fig. 615).
En los aviones pequeños es mas fácil encontrarlo expresado en pulgadas.
PARTE SEGUNDA CALCULO PRÁCTICO DEL PESO Y CENTRADO. Hay tres procedimientos para calcular el peso y entrado de un avión. 1. Matemático 2. Grafico 3. Tablas Normalmente, el constructor proporciona información para el método grafico y tablas. Conviene analizar, no obstante, el método matemático ya que los otros dos salen de él.
MODO MATEMATICO Cada peso que se coloca en un avión esta situado a una distancia de la línea DATUM; esta distancia se llama BRAZO. Multiplicando esta distancia por el peso, obtenemos el MOMENTO del valor real que ha de ser considerado al calcular la situación del centro de gravedad. (Fig. 6-16).
Para el cálculo por el método matemático, proceder como sigue: 1. Hacer una relación con los distintos pesos del avión: gasolina, aceite, Piloto, pasajeros, equipo vario y equipaje, así como su distancia del DATUM. 2. Multiplicar los pesos por sus brazos respectivos, para hallar los MOMENTOS.
3. Sume los pesos para obtener el total. 4. Sumar los MOMENTOS para hallar el momento final.
PELIGRO DE UN C.G. MUY RETRASADO 1. El avión se cae de cola, lo que puede hacer crítica una maniobra de recuperación de una perdida. 2. El avión se hace inestable y de difícil control. 3. La situación de C.G. trasero es mucho mas peligrosa que delantero, puesto que puede hacer al avión entrar en perdida, y posteriormente en barrena, quedando incontrolable. EJEMPLO: *La línea DATUM es el panel de contrafuegos. *El peso en vacío del avión: 1695 lbs. Y su brazo: +35,0 pulg. *Gasolina cargada: 40 galones, brazo= +48´´. *Aceite cargado: 3 galones, brazo= -15´´.
Este brazo es negativo puesto que el aceite Esta cargado del otro lado del DATUM.
*Piloto y pasajero en asiento delantero. Peso Piloto: 165 libras. Peso Pasajero: 120 libras Brazo: 36 pulgadas *Pasajeros en asiento trasero: 290 libras, brazo= +70,0´´ *Equipaje:
95 libras, brazo= +90´´
Los límites del C.G. son: +33,5 delantero y +45,8 trasero. El peso máximo autorizado para el despegue es de 2,700 libras.
Solución: Procediendo en el orden que indicábamos: a) Situar cada uno de los pesos cargados en el avión, frente a su brazo respectivo multiplicando y sumar los resultados parciales.
CARGAS
PESO
Peso en vacío1625 lbs. Gasolina (40x6)
BRAZO + 35.0
240 lbs.
Aceite (3x7,5) 22.5 lbs.
MOMENTO
+ 56.875 + 48.0
- 15.0
+ 11.520 -
337.5
Asientos delanteros: Piloto Pasajero
Asientos traseros Equipaje
TOTAL
165 lbs. 120 lbs.
+ 36 + 36
+ 5.940 + 4.320
290 lbs.
+ 70
+ 20.300
+ 95 ________
+ 8.550
90 lbs.
2.552,5
Dividir el MOMENTO TOTAL por el PESO TOTAL. Esta será la situación del C.G. C.G. = 17.167,5 = 41.99 2.552,5
+ 107.167,5
_________
Comparando el peso máximo con el peso total: 1. Peso máximo: 2700 lbs. 2. Peso total: 2552.5 lbs. 3. Margen 147.5 lbs. EL AVIÓN ESTA BIEN CARGADO.
Comparando la posición del C.G. con los límites anterior y posterior: 1. Limite anterior: +33.5 2. Limite posterior: +45.8 3. Situación de C.G.: +41.99 DENTRO DE LÍMITES. EL AVIÓN ESTA BIEN CARGADO.
METODO GRAFICO El método matemático, no suele ser frecuente encontrarlo en los aviones modernos. Se útilizan los métodos gráficos o de tablas, que evitan multiplicaciones y sumas.
La información necesaria será: 1. -Grafico de carga. 2. -Hoja de pesos y momentos. 3. -Grafico de centrado. GRAFICO DE CARGA Permite calcular directamente el momento de cada uno de los pesos cargados en el avión, es decir es una simple tabla de multiplicar. En grafico figuran una serie de líneas que representan cada uno de los objetos cargados. El uso consiste en localizar el peso en el margen izquierdo, ir horizontalmente hasta cortar la línea del peso, y bajando en vertical encontramos el momento.
HOJA DE PESOS Y MOMENTOS Consiste en una simple relación de pesos, por distintos conceptos, enfrentados a los momentos que se calculan.
CARGAS 1. 2. 3. 4.
PESOS Peso en vació Gasolina Aceite Piloto y pasajeros delante
MOMENTOS
5. 6. 7. 8.
Carga zona “b” Carga zona “c” _________ ____________ Total Se calcula así el total de los pesos y momentos.
GRAFICO DE CARGA Y CENTRADO Su objeto es comprobar que el centrado del avión esta dentro de los límites previstos. Su utilización es muy simple. Localizar el peso total en el eje vertical. Trazar una línea horizontal.
TABLA DE LÍMITES DE MOMENTO Relacionada, según el peso del avión, los límites anteriores y posteriores del centro de gravedad.
EJEMPLO: Usando el método de tablas, calcular si esta bien cargado el avión que sigue: 1.- Peso en vació 1,889 libras. Momento = 148,200 (libras-pulgadas). Estos datos se obtienen del certificado de aeronavegabilidad. 2.- Aceite = 10 cuartos. 3.- Piloto = 170 libras. 4.- pasajeros asientos delanteros = 150 libras. 5.- Pasajeros asientos traseros = 200 libras. 6.- Pasajeros asientos traseros = 190 libras. 7.- Equipaje = 80 libras. 8.- Gasolina (depósitos Principales) = 49 Galones. 9.- gasolina (depósitos auxiliares) = 0 galones. Solución. USO DE LA TABLA DE PESOS Y MOMENTOS. De ella es posible obtener los momentos de todos los elementos que han sido cargados en el avión (fig. 6-26). USO DE LA HOJA DE PESOS Y MOMENTOS. Preparar los pesos y momentos en la hoja igual que se hacia en el método grafico. CONCEPTO PESO 1.Peso del avión en vació 2.Aceite 3.Piloto 4.Pasajeros en asiento delantero
1,889. 19. 170. 150.
MOMENTO + 148,200. + 500. +14,500. + 12,800.
5.6.7.8.9.-
Pasajeros en asiento trasero 200. Pasajeros en asiento trasero 190. Equipaje Deposito principal Deposito auxiliar
TOTAL
80. 294. 0. ----------2,992.
+ 23,400. + 22,200. + 11,200. + 22,100. + ----------------254,900.
0.
EL PESO TOTAL DEL AVIÓN ES DE 2,992 LIBRAS, Y SU MOMENTO ES DE 254,900 (LIBRAS PULGADAS).
USO DE LA TABAL DE LÍMITES DE MOMENTOS En la tabal deberá comprobarse, tomando como Referencia el peso total hallado para el avión si su Momento esta comprendido entre los límites Previstos. (fig. 6-24). En este caso tomando 3,000 libras como referencia:
PESO MOMENTO MÍNIMO 3,000
MOMENTO MÁXIMO
2,463
2,601
EL AVIÓN ESTA CARGADO CON PRÁCTICAMENTE SU PESO MÁXIMO AUTORIZADO, Y SU CENTRADO ES CORRECTO.
DETERMINACION DEL CENTRO DE GRAVEDAD Es el punto en le cual todo el peso de un objeto se puede considerar centrado; de igual manera el control de gravedad de un avión es el punto en que el avión, se balancearía, se suspendería en ese punto. Esto se reduce considerablemente cuando la carga que se va a transportar no esta distribuida correctamente pudiendo darse el caso de que el avión quede imposibilitado para efectuar el despegue en situaciones muy criticas durante el vuelo.
EFECTOS DEL MAL PESO Y BALANCE La importancia que tiene el control exacto del peso y la distribución correcta del mismo hace que un avión sea mas potente si se considera que las características del vuelo como techo régimen ascensional, velocidad, maniobrabilidad, etc.
LOS EFECTOS PRINCIPALES QUE PRODUCEN LA SOBRECARGA O MALA DISTRIBUCION DE PESO DE UN AVIÓN SOBRE LAS CARACTERISTICAS DEL VUELO SON LA SIGUIENTES 1. Avión sobrecargado 2. Avión pesado de nariz 3. Avión pesado de cola
AVIÓN SOBRECARGADO 1. 2. 3. 4. 5.
Aumento de velocidad de desplome o stall. Reducción de la maniobrabilidad. Aumento de la distancia requerida para el despegue. Disminución del régimen ascensional para una potencia dada. Menor techo.
6. Mayor consumo de combustible para conservar una cierta velocidad. 7. Reducción de la vida de llantas y tren de aterrizaje.
AVIÓN PESADO DE NARIZ 1. Mayor consumo de combustible. 2. Mayor potencia para conservar una velocidad determinada. 3. Disminución de la estabilidad longitudinal del avión, dificultandose considerablemente. 4. Mayor, dificultad para controlar la nariz en los aviones que la tengan. 5. Trabajo excesivo para la rueda de nariz en los aviones que la tengan.
el
control
AVIÓN PESADO DE COLA 1. El mayor consumo de combustible. (menor radio de acción). 2. Necesidad de mayor potencia para conservar una velocidad determinada. 3. Disminución de estabilidad longitudinal del avión. 4. Aumento de la tendencia del avión a desplome.
DEFINICIONES DE PESO Todas las aeronaves tiene ciertas restricciones de peso determinadas por el fabricante, la cuales deben ser respetadas por los usuarios cuando se efectúan los balances de las aeronaves.
PERFORMANCE Es la capacidad que tienen los motores para desarrollar la potencia necesaria para levantar cierto peso de una pista determinada.
PESO Fuerza activa a la que esta sujeto un cuerpo en razón de la atracción terrestre. El peso siempre actúa en dirección hacia el centro de la tierra. Por el gran radio de la esfera terrestre, el peso de un cuerpo es considerado vertical para cualquier plano en que se encuentre sobre la superficie de la tierra.
PESO BASICO Peso de la aeronave vacía que incluye el peso del combustible y otros fluidos inutilizables, estructura de Galley, equipos electrónicos, extintores y equipo de oxigeno.
PESO OPERACIÓN SECO (DRY OPERATING WEIGHT) Peso básico de la aeronave mas el peso de tripulantes, equipaje de tripulantes, catering y repuestos.
PESO OPERATIVO Es el peso operativo seco, mas el peso de combustible total abordo sin contar el combustible de taxeo.
PESO MÁXIMO CERO COMBUSTIBLE (MAX ZERO FUEL WEIGHT) Peso máximo estructural cero combustible, se obtiene sumando el peso básico seco de operación mas la carga útil (pasajeros, carga, equipaje y correo).
PESO MÁXIMO DE TAXEO (MAXIMUN TAXI WEIGHT) El peso máximo permitido para que la aeronave pueda ser desplazada en tierra por sus propios medios o por un remolcador.
PESO MÁXIMO DE DESPEGUE (MAXIMUN TAKE OFF WEIGHT) Es el máximo peso permitido al comenzar la carrera de despegue que aseguran que una aeronave cargada pueda cumplir con seguridad la trayectoria de despegue. Es la sumatoria del peso vacío y de la carrera útil.
PESO MÁXIMO DE ATERRIZAJE (MAX LANDING WEIGHT) Peso máximo permitido al cual la aeronave puede aterrizar, para ello es necesario que el tren de aterrizaje pueda soportar el impacto y que impida que excesivas cargas dañen la estructura.
CARGA ÚTIL DISPONIBLE Peso destinado para pasajeros, equipaje, carga.
PAYLOAD Depende este peso del peso regulado de despegue y de la cantidad de combustible requerido para el vuelo.
HAY 4 RAZONES PRINCIPALES QUE PUEDEN ORIGINAR EL MOVIMIENTO DE LA CARGA. 1. Aceleración. 2. Guiñado, ocurre en condiciones de turbulencia requiere que las cargas estén aseguradas en ambos costados. 3. Desaceleración, las cargas tienden a moverse hacia delante. 4. Caídas verticales, experimentadas en condiciones de turbulencia y las cargas tienden a elevarse del piso.
