El factor de carga 3ra parte

APLICACIÓN EN LA CONSTRUCCIÓN: ESTRUCTURA

Ahora, mi idea es relacionar todo lo viso con el aspecto constructivo, de otro modo no es posible comprender los alcances prácticos del factor de carga.

No tiene sentido calcular factores de carga para un viraje, un aterrizaje o una restablecida de picada, si antes no he construido la estructura de mi avión con la suficiente robustez como para soportarlo.

Para el conjunto del avión (exceptuando el tren de aterrizaje) se deberá considerar un factor de carga igual a 3,8 (aproximadamente, ya que este valor también debería calcularse, pero casi siempre esta cercano a 3,8). Lo que significa que cada parte evaluada del avión, debe ser capaz de soportar su peso multiplicado por este valor e incluso, también multiplicado por un factor de seguridad igual a 1,5.

Respecto de este factor de seguridad; Específicamente me están diciendo que, por las dudas, debo sobredimensionar la estructura un 50%. Ahora...¿Porque debería sobredimensionar la estructura un 50%?

Mucho en la aeronáutica es experimental, por ejemplo; De un perfil aerodinámico se extraen muchos más datos sometiéndolo al túnel del viento (es decir, por medio de un experimento de laboratorio) y no por métodos empíricos y cálculos.

A la vez, todas las cargas que se calculan para una aeronave son estáticas y no dinámicas y esto también ocasiona que el número final obtenido, sea algo "parcial".

¿Qué significa esto de dinámico o estático?

Cuando coloco bolsas de arena sobre un ala para verificar si soporta toda esa carga, pues justamente las estoy apoyando, de a una a la vez e incluso con cuidado. Esa es una carga estática.

Pero, ¿Qué pasaría si yo tuviera la posibilidad de arrojar todas las bolsas juntas sobre el ala, todas al mismo tiempo y de una sola vez? Probablemente el ala se parta. Eso es una carga dinámica.

Entonces, como se puede ver, es muy distinto hacer pruebas con cargas dinámicas o con cargas estáticas obteniendo también resultados distintos.

Por las dudas entonces, como no siempre 2 + 2 = 4 en la aeronáutica, le multiplicamos ese factor de seguridad de 1,5 como lo indica FAR 23.

Quizás el ejemplo más claro de cómo se aplica el factor de carga en la construcción, es en el cálculo y posterior prueba de un larguero para el ala, lo más crítico que alguien pueda diseñar en una aeronave.

Para calcular un larguero es necesario considerar el peso máximo del avión (MTOW) multiplicado por el factor de carga positivo +3,8 y multiplicado a su vez por el factor de seguridad 1,5. Con esos datos y conociendo la resistencia del material utilizado (puede ser madera o aluminio) y su inercia, dada la sección geométrica del larguero seleccionado (puede ser tubo rectangular, puede ser tipo canal, puede ser tubo redondo, puede ser doble "T", puede ser un rectángulo macizo) se extrae como resultado el momento de la fuerza máximo que soportará y el punto donde este momento se producirá.

Entonces, ese momento máximo de la fuerza que se ha calculado, se utiliza en otra ecuación en donde se obtiene por resultado la demanda en resistencia del material. Finalmente esta resistencia calculada no debe ser superior a la resistencia elástica del material seleccionado para nuestro larguero, dado que de lo contrario, el larguero se deformaría o partiría.

Este cálculo es necesario realizarlo (si se diseña, claro está) para el correcto dimensionado del larguero; por supuesto no puede quedar débil pero tampoco es adecuado su sobredimensionado innecesario ya que esto agregaría peso sin sentido.

No solo con las cargas (bolsas de arena, o lo que uno quiera...hay quien hizo subir a 20 personas sobre un ala) se verifican cálculos, también se verifica el material. Dado que no es lo mismo un aluminio 6061 T6 que un 6063 T5 y no se pueden identificar a simple vista. Es una buena idea, en este caso, extraer un poco del material y llevarlo a analizar a un laboratorio por medio de una absorción atómica, para que determinen la aleación correspondiente que me han vendido antes de verificarlo partiendo el larguero del ala armada.

Como se ve, todo se puede (debe) calcular, pero finalmente todo también se debe verificar por medio experimental.

Si algo se raja/rompe/quiebra, entonces el material utilizado no tuvo la capacidad de soportar el factor de carga, el material no fue correctamente dimensionado o bien el diseño adoleció en lo estructural.

Para el caso del cálculo del factor de carga en el aterrizaje, tiene un todo que ver con la construcción del tren mismo. Ya he expuesto las ecuaciones para seleccionar los resortes, con lo que doy este tema en particular finalizado. Solo indicar que para la selección de los tubos adecuados para armar el tren de aterrizaje, los mismos deben ser dimensionados de acuerdo a un factor de carga que es siempre inferior a 3,8. En general se suele utilizar 2, 2,5 o 3. Dado que se espera que ante un aterrizaje duro, se rompa primero el tren de aterrizaje antes que el fuselaje.

Otro ejemplo que puede parecer algo bobo:

La butaca

¿Estoy seguro que la butaca que armé de madera o la que compré, es capaz de soportar el peso de dos personas más 3,8 G más un factor de seguridad de 1,5?.

No es un detalle a pasar por alto, la butaca tiene que soportar 180 Kg en su "estado basal", si lo multiplico por 3,8 nos vamos a 684 Kg. Y sin aplicar ningún factor de seguridad. Comento como dato de color este tema de la butaca, dado que me ha llamado la atención ver en internet imágenes de quienes suben a su butaca decenas de bolsas de arena hasta completar la carga deseada y verificando si la soporta.

En un accidente, todo aquello que se rompe y que no debió romperse, atenta directamente contra nuestra integridad física.

En síntesis: Si desconozco qué carga máxima debe soportar cada parte del avión, es imposible calcular algo. Como el 99% de lo que hay volando (experimental) es copia de otra cosa, nadie calcula y abundan las bolsas de arena y las pesas del Gym.

Por supuesto, lo dicho, tiene una fuerte carga de humor sin sentido. Este tipos de prueba son obligatorias para la homologación de aviones de categoría tipo. Son los denominados ensayos no destructivos (aunque algunos, sin querer, destruyan varias cosas)

Lo de "copia" tampoco es una crítica, ya he dicho en otros apartados que parte lícita del diseño es seleccionar aviones similares al que yo deseo construir y de esa mezcla nace mi propio diseño. Ya todo ha sido inventado y calculado. Sin embargo, el cálculo, es necesario en muchísimas circunstancias y son fundamentales cuando el diseñador no es fiable o bien si quiero realizar modificaciones, o porque no, si tan solo quiero entender el por qué de las cosas.

Por lo pronto, en verdad, no sé que haré con las 171 bolsas de arena, una vez las haya usado.