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
Dado que el factor de carga es la relación de 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 del avión. Un factor de carga de uno, o 1 g, representa condiciones en 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 un avión que realiza un giro con un factor de carga de 2 (es decir, un giro 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 , entonces se utiliza g en su lugar, 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 alrededor del 140%. [ cita necesaria ]
El factor de carga, y en particular su signo, depende no sólo de las fuerzas que actúan sobre el avión, sino también de la orientación de su eje vertical.
Durante el 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 (visto por un observador en tierra), pero en el último caso el eje vertical del avión apunta hacia abajo, lo que hace que el signo del vector de sustentación sea negativo.
En vuelo de giro el factor de carga es normalmente mayor que +1. Por ejemplo, en un giro con un ángulo de inclinación de 60° , el factor de carga es +2. Nuevamente, si se realiza el mismo giro con el avión invertido, el factor de carga pasa a ser −2. En general, en un giro 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 superiores a +1 es tirar del control del elevador en la parte inferior de una inmersión, mientras que empujar fuertemente la palanca hacia adelante durante un vuelo recto y nivelado probablemente produzca factores de carga negativos, al hacer que el elevador actúe. en dirección contraria a la normal, es decir, hacia abajo.
En la definición de factor de carga, la sustentación no es simplemente la generada por el ala de la aeronave , 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 la aeronave.
También se pretende que la sustentación en el factor de carga tenga un signo, que es positivo si el vector de sustentación apunta en o cerca de la misma dirección que el eje vertical de la aeronave, o negativo si apunta en o cerca de la dirección opuesta. [4]
Deben evitarse factores de carga excesivos debido a la posibilidad de exceder la resistencia estructural de la aeronave.
Las autoridades de aviación civil especifican los límites del factor de carga dentro de los cuales las diferentes categorías de aeronaves deben operar sin sufrir daños. Por ejemplo, las Regulaciones Federales de Aviación de EE. UU. 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 mayores 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 máximos, tanto positivos como negativos, aplicables a una aeronave suelen estar especificados 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 superior a +1 todos los ocupantes se sienten más pesados de lo habitual. 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 al revés.
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 que estos vehículos se utilicen en maniobras que serían incapacitantes para un piloto humano.
