¿Volar un avión puede doblarlo lo suficientemente fuerte? que es sobre estresarse

Empujar una aeronave más allá de su capacidad de carga aceptable en múltiplos de la fuerza G provoca daños en el fuselaje y también se conoce como sobreesfuerzo.

Las películas nos dan mucho por qué vivir. Los fandoms existen solo para discutir y debatir incluso los fragmentos de diálogo, escenarios y teorías de conspiración más mundanos. Si bien muchas películas son solo eso, aparece una película ocasional que está impregnada de precisión científica, lo que te obliga a buscar hechos.

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Volar un avión lo suficientemente fuerte puede hacer que se sobrecargue, lo que resulta en daños estructurales temporales o permanentes. (Crédito de la foto: Mike Mareen/Shutterstock)

Top Gun: Maverick es una de esas películas. Además de ser una descripción precisa de la Fuerza Aérea, hace algunas afirmaciones bastante descabelladas. Tomemos, por ejemplo, Tom Cruise mencionando doblar un fuselaje. Se refiere a los pilotos que vuelan su avión con tanta fuerza que se deforma.

¿Pueden los descendientes de los simios realmente doblar un montón de metal bien diseñado mientras están sentados en él? ¡Resulta que pueden!

¿Realmente puedes doblar un avión si vuelas lo suficientemente fuerte?

De hecho, es posible doblar su avión si vuela lo suficientemente fuerte. Esto puede ir desde algo tan simple como una visita de mantenimiento, hasta algo tan serio como la pérdida total de un activo. El daño a una aeronave resultante de este tipo de vuelo duro se conoce como sobreesfuerzo. Antes de continuar, es importante comprender las fuerzas que actúan sobre un avión en vuelo.

Fuerzas que actúan sobre una aeronave.

Un avión en vuelo experimenta varios esfuerzos en varias medidas, debido a las cuatro fuerzas que lo mantienen en vuelo. Estas fuerzas son:

  1. Ascensor (generado por el ala actuando hacia arriba),
  2. Peso (debido al propio peso de la aeronave, actuando hacia abajo)
  3. Empuje (generado por los motores, empujando el avión hacia adelante)
  4. Arrastre (generado por el flujo de aire sobre el cuerpo, impidiendo que avance).

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Fuerzas que actúan sobre un avión (Crédito de la foto: AC Drone/Shutterstock)

Los aviones son capaces de moverse en las tres dimensiones. En consecuencia, la aeronave se estresará en las 3 dimensiones. Estas cargas se pueden clasificar en cualquiera de los 5 tipos:

  1. Tensión (estrés de elongación)
  2. Compresión (tensión de aplastamiento)
  3. Torsión (tensión de torsión)
  4. Cortante (esfuerzo de separación)
  5. Flexión (tensión deformante)

Una aeronave está clasificada para todas estas tensiones que actúan sobre ella. En otras palabras, existe un límite de carga máxima permisible; si excede eso, los componentes mostrarán signos de falla. Esta condición se conoce como sobrecargando.

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El fuselaje de un avión, compuesto por miembros estructurales que pueden sufrir daños debido a la sobrecarga (Crédito de la foto: Mario Hagen/Shutterstock)

Sin embargo, el estrés no actúa de forma aislada. Para daños estructurales debido al vuelo, las aeronaves se clasifican en múltiplos de fuerza G. Esta clasificación se correlaciona con las fuerzas que actúan sobre la aeronave en múltiplos de 9,8 m/s2 (aceleración debida a la gravedad al nivel medio del mar).

¿Cuándo se sobrecarga un avión?

Los aviones tienen un centro de gravedad (CG) dinámico, que puede cambiar tanto lateral como longitudinalmente a medida que el avión se mueve. Para que la estructura de una aeronave se sobrecargue, debe estar sujeta a condiciones de vuelo que provoquen que el centro de gravedad se desplace fuera del rango determinado por el fabricante.

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Correlación de la velocidad de giro y las fuerzas G en una aeronave (Crédito de la foto: Servicio de seguridad de la aviación)

Por ejemplo, un avión con una mala distribución del peso puede hacer que el centro de gravedad se desplace hacia el lado más pesado. Para corregir esto, el piloto debe hacer ajustes que interrumpan la ruta de vuelo aerodinámica normal. A altas velocidades, esto pone un nivel anormal de estrés en varias superficies de control. Si los límites de tensión anormales exceden los valores de umbral, puede resultar en deformación.

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Inclinar un avión en ángulos extremos para ejecutar giros hace que los fuselajes se sobrecarguen (Crédito de la foto: Konstantin Yolshin/Shutterstock)

De manera similar, la estructura de un avión también se ve sometida a esfuerzos cuando toma un giro. Para virar, una aeronave debe inclinarse hacia un lado y virar dentro del límite de velocidad permisible disponible para ese ángulo de inclinación. Las velocidades más altas requieren ángulos de alabeo más altos, pero esto ejerce una gran presión sobre el bastidor de la aeronave. ¡Esta es la razón por la que los aviones más antiguos no pueden realizar maniobras extremas tan bien como los aviones más nuevos!

Para aplicaciones militares, como vuelos a baja altura, es esencial adaptarse a los contornos de la superficie terrestre. Esto a menudo puede resultar en que los pilotos se sumerjan y se quemen en ángulos extremos, lo que genera una gran tensión en la aeronave.

Modos de falla por sobreesfuerzo

Las indicaciones comunes de sobreesfuerzo incluyen grietas por estrés, fracturas finas, remaches cortados y fuselajes deformados. A medida que más fabricantes utilizan materiales compuestos sobre metales, es más difícil detectar el sobreesfuerzo. Esto aumenta el riesgo de falla debido a la fluencia (períodos prolongados de estrés en un componente) o fatiga (esfuerzo cíclico de un componente).

¿Todas las aeronaves se sobrecargan con los mismos valores de G?

Los aviones modernos pueden soportar altas fuerzas G para evitar que los pilotos sobrecarguen el avión sin darse cuenta. Sin embargo, algunos trabajos requieren que las aeronaves vuelen al límite, donde pueden experimentar fuerzas capaces de causar daños estructurales significativos.

Los radares de seguimiento del terreno se adelantan a los terrenos y ayudan a desarrollar un plan de vuelo para mantener una altitud de vuelo baja

Los vuelos a baja altitud involucran aeronaves que vuelan muy cerca de los contornos de la tierra, ejerciendo una enorme presión sobre las superficies de las aeronaves.

Mientras que los aviones comerciales están clasificados para fuerzas G menores, los aviones militares y de acrobacias están clasificados para cargas G mucho más altas. Esto se debe a que tienen que cambiar abruptamente de dirección, lo que los expone a condiciones de equilibrio adversas con más frecuencia que sus contrapartes comerciales.

Conclusión

Quizás se esté preguntando… ¿por qué realizar maniobras a velocidades que provocan que los fuselajes se doblen? Si bien no se cuestionan los peligros involucrados, hay otra perspectiva para esto.

Los fabricantes siempre buscarán esa ventaja que hace que sus máquinas fallen, y mejorarán ese límite en la próxima iteración. Por lo tanto, cada iteración empuja este sobre, lo que resulta en el desarrollo continuo de aeronaves que son muy confiables y capaces de moverse a velocidades alucinantes, ¡incluso varias veces la velocidad del sonido!

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