En aeronáutica, el factor de carga es la relación entre la sustentación de una aeronave y su peso [1] [2] : § 5.22 y representa una medida global de la tensión ("carga") a la que está sometida la estructura de la aeronave:
dónde
Como el factor de carga es la relación entre dos fuerzas, no tiene dimensiones. Sin embargo, sus unidades se denominan tradicionalmente g , debido a la relación entre el factor de carga y la aceleración aparente de la gravedad que se siente a bordo de la aeronave. Un factor de carga de uno, o 1 g, representa condiciones de vuelo recto y nivelado, donde la sustentación es igual al peso. Los factores de carga mayores o menores que uno (o incluso negativos) son el resultado de maniobras o ráfagas de viento. [3]
El hecho de que el factor de carga se exprese comúnmente en unidades g no significa que sea dimensionalmente igual a la aceleración de la gravedad , también indicada con g . El factor de carga es estrictamente adimensional.
El uso de unidades g se refiere al hecho de que un observador a bordo de una aeronave experimentará una aceleración aparente de la gravedad (es decir, relativa a su marco de referencia) igual al factor de carga multiplicado por la aceleración de la gravedad. Por ejemplo, un observador a bordo de una aeronave que realice un viraje con un factor de carga de 2 (es decir, un viraje de 2 g) verá objetos cayendo al suelo con el doble de la aceleración normal de la gravedad.
En general, siempre que se utiliza el término factor de carga , es formalmente correcto expresarlo utilizando únicamente números, como en "un factor de carga máximo de 4". Si se omite el término factor de carga , se utiliza en su lugar g , como en "dar una vuelta de 3 g". [2] : § 14.3
Un factor de carga mayor que 1 hará que la velocidad de pérdida aumente en un factor igual a la raíz cuadrada del factor de carga. Por ejemplo, si el factor de carga es 2, la velocidad de pérdida aumentará en una proporción de , o aproximadamente 140%. [ cita requerida ]
El factor de carga, y en particular su signo, depende no sólo de las fuerzas que actúan sobre la aeronave, sino también de la orientación de su eje vertical.
Durante un vuelo recto y nivelado, el factor de carga es +1 si el avión vuela "en la dirección correcta", [2] : 90 , mientras que se convierte en -1 si el avión vuela "al revés" (invertido). En ambos casos, el vector de sustentación es el mismo (tal como lo ve un observador en tierra), pero en este último caso el eje vertical del avión apunta hacia abajo, lo que hace que el signo del vector de sustentación sea negativo.
En vuelo con viraje, el factor de carga normalmente es mayor que +1. Por ejemplo, en un viraje con un ángulo de inclinación de 60° , el factor de carga es +2. De nuevo, si el mismo viraje se realiza con la aeronave invertida, el factor de carga se convierte en -2. En general, en un viraje equilibrado en el que el ángulo de inclinación es θ , el factor de carga n está relacionado con el coseno de θ como [1] [2] : 407
Otra forma de lograr factores de carga significativamente mayores que +1 es tirar del control del elevador en la parte inferior de un picado, mientras que empujar con fuerza la palanca hacia adelante durante un vuelo recto y nivelado probablemente produzca factores de carga negativos, al hacer que el elevador actúe en la dirección opuesta a la normal, es decir, hacia abajo.
En la definición de factor de carga, la sustentación no es simplemente la generada por el ala del avión , sino que es la suma vectorial de la sustentación generada por el ala, el fuselaje y el plano de cola , [2] : 395 o en otras palabras es la componente perpendicular al flujo de aire de la suma de todas las fuerzas aerodinámicas que actúan sobre el avión.
La sustentación en el factor de carga también debe tener un signo, que es positivo si el vector de sustentación apunta en la misma dirección o cerca de ella que el eje vertical de la aeronave, o negativo si apunta en la dirección opuesta o cerca de ella. [4]
Se deben evitar factores de carga excesivos debido a la posibilidad de exceder la resistencia estructural de la aeronave.
Las autoridades de aviación civil especifican los límites de factor de carga dentro de los cuales las distintas categorías de aeronaves deben operar sin sufrir daños. Por ejemplo, las Regulaciones Federales de Aviación de los Estados Unidos prescriben los siguientes límites (para el caso más restrictivo):
Sin embargo, muchos tipos de aeronaves, en particular los aviones acrobáticos , están diseñados para que puedan tolerar factores de carga mucho más altos que el mínimo requerido. Por ejemplo, la familia Sukhoi Su-26 tiene límites de factor de carga de -10 a +12. [9]
Los factores de carga máxima, tanto positivos como negativos, aplicables a una aeronave suelen especificarse en el manual de vuelo de la aeronave .
Cuando el factor de carga es +1, todos los ocupantes de la aeronave sienten que su peso es normal. Cuando el factor de carga es mayor que +1, todos los ocupantes se sienten más pesados de lo normal. Por ejemplo, en una maniobra de 2 g, todos los ocupantes sienten que su peso es el doble de lo normal. Cuando el factor de carga es cero, o muy pequeño, todos los ocupantes se sienten ingrávidos. [2] : 398 Cuando el factor de carga es negativo, todos los ocupantes sienten que están boca abajo.
Los seres humanos tienen una capacidad limitada para soportar un factor de carga significativamente mayor que 1, tanto positivo como negativo. Los vehículos aéreos no tripulados pueden diseñarse para factores de carga mucho mayores, tanto positivos como negativos, que los aviones convencionales, lo que permite utilizar estos vehículos en maniobras que serían incapacitantes para un piloto humano.
