Cálculo de Gradiente de Pista

por Mike Feeney

La historia de este simple gráfico se remonta al año 1981, cuando trabajando para la División de Aviación Civil del Ministerio de Transporte de Nueva Zelandia, diseñe un método “amistoso” para que los pilotos puedan determinar fácilmente en qué medida la pendiente de la pista de aterrizaje aumentó su longitud operativa efectiva. Fue publicado en artículos que escribía para su periódico “Flight Safety” y fue principalmente pensado como una ayuda para pilotos que se encontraban estudiando para su licencia de Aeroaplicador.

A principio de los años 2000, ingresé a Wanganui Aero Work, un gran operador agrícola que cuenta con varios aviones y helicópteros de Parte 135. En mi rol como Asegurador de Calidad y Jefe de Seguridad, estaba involucrado en los estándares de pista, incluyendo el asesoramiento a los granjeros y, en algunas ocasiones, el planeamiento de nuevas pistas. En este entonces, no había estándares para pistas de aterrizaje agrícolas; particularmente para el creciente número de aviones turbohélice pesados ​que no podían operar económicamente desde muchas de las históricas pistas como el Fletcher FU-24, DHC- 2 Beaver, Cessna 188 Agwagon, etc.

Muchos pilotos operan sus aviones desde pistas de aterrizaje rurales con pendiente. Este artículo puede ser de interés para ellos. Si no está seguro de cómo calcular el gradiente de una pista de aterrizaje, existe un método fácil que puede utilizar.

Simplemente anote la lectura de su altímetro en la parte superior e inferior de la pista de aterrizaje (o puede usar su GPS si está viendo varios satélites), luego camine la longitud y use la siguiente fórmula:

Diferencia en altitud dividido la distancia de la pista multiplicado por 100. Ejemplo para una pista típica. Longitud = 1300 pies. Diferencia de altitud = 90 pies = 90/1300 = 6.923...7% para uso práctico. Un ejemplo de una pista con una gran pendiente: 15/800 = 18.75% (5% son cerca de 3 grados).

Cuando se observa la pendiente del 20% en el gráfico, se puede pensar que no es tan empinada. Permítanme asegurarles que cuando se acerquen a una pista de aterrizaje de este tipo, en particular con viento de cola, que es bastante normal durante las operaciones agrícolas, parecerá mucho más corta y no querrán intentarlo sin el entrenamiento de una persona experimentada. He operado desde pistas de aterrizaje con una inclinación superior al 20% y, hasta que uno se acostumbra a ellas, parecen bastante desalentadoras. En mis primeros días con aviones con poca potencia, como los modelos Fletcher FU-24 225 y 240 BHP, tenía que aterrizar bien en la pista y seguir moviéndome para llegar al área de carga, ya que podría resultar muy difícil subir rodando. Recuerdo que tenía que mantener la potencia en el FU-24 para evitar que el avión se cayera sobre su cola, luego girar cuidadosamente para despegar nuevamente y hacer otro vuelo. Pero, era nuevo en el Fletcher y pronto aprendí a ser mucho más “agresivo” y simplemente volar directamente a la pista de aterrizaje, aterrizar y aumentar la potencia con la nariz mirando hacia arriba en el cielo. ¡Lo más emocionante!

Recuerdo cuando estaba entrenando a nuevos pilotos en pistas empinadas, tenía mucho cuidado con los pilotos que eran demasiado ‘tímidos’. Algunos tenían una fuerte tendencia a ‘acechar’ la pista de aterrizaje y bajar demasiado y demasiado lento, terminando usando demasiada potencia solo para llegar al umbral, quedándose así con poca reserva de potencia para ejecutar la transición necesaria para igualar la pendiente de la pista de aterrizaje. durante el flare. Esto fue particularmente pronunciado en las pistas de gran altitud en Papúa Nueva Guinea. ¡La mirada en sus caras cuando querían aplicar más potencia y descubrian que el acelerador ya estaba abierto! (Esto era usando motores sin turboalimentación, la potencia máxima disponible era ser solo del 60% comparada con la potencia disponible al nivel del mar).

Para el despegue, un punto cuidadosamente seleccionado a la distancia, máxima potencia y simplemente sentir como la carga se despega del suelo. Ah, si no usaste el mismo punto a la distancia en cada despegue. El efecto de la gravedad no es lineal y es una función del seno de la pendiente de la pista de aterrizaje. Por ejemplo: pendiente 12 grados = seno 12 = 0.20791 = aproximadamente una quinta parte del peso del avión será el componente vertical. Entonces, si la aeronave pesa 5,000 lbs., Entonces la aceleración será mejorada por el equivalente de 1,000 lbs de empuje. Esto equivale a otros 300 BHP. En el caso de un 400 BHP FU-24, esta es una gran ayuda ya que este avión tiene un empuje estático de aproximadamente 1,500 lbs. Un FU-24-400 sobrecargado puede transportar una tonelada desde una pista de aterrizaje empinada de 250 metros, pero necesita cerca de 450-500 metros si despega desde una superficie de césped nivelada.

Miremos a un ejemplo extremadamente ridículo. Digamos que una pista tiene una pendiente de 80 grados; virtualmente vertical. El seno de 80 grados es 0.98481…. cerca de uno. Por lo tanto la fuerza de aceleración será el peso del avión más el empuje de la hélice. Eso serían 32 pies por segundo, más el empuje (ignorando la resistencia). La velocidad de despegue se alcanzaría en pocos segundos, ¿pero es realmente la distancia de despegue casi cero?. Todo depende de cómo definamos despegue. Para pistas con pendiente, yo lo defino como la distancia requerida para alcanzar una velocidad que le permita al avión mantener el vuelo nivelado fuera del efecto suelo.

A partir de que comenzamos a caer del extremo de una pista empinada, nuestra tasa de descenso es cada vez mayor hasta que podamos ejecutar el intercambio de energía requerido para alcanzar un vuelo nivelado. Esto consume distancia con un avión pesado. En el caso de la pista de aterrizaje casi vertical, la distancia real de despegue será considerable, a menos que desee seguir cayendo. No hay nada gratis. Incluso en pendientes moderadas, el avión vuela muy por debajo de la altitud de tu punto de partida debido a la compensación. Si necesita ascender nuevamente al área de trabajo, ¡quemará mucho más combustible para compensar el descenso de la pista’!

Ejemplos: Una pista de 450 metros con un gradiente de 10% pendiente abajo tiene un equivalente de 550 metros (Encuentre 450 en la línea “nivel”. Siga la línea de los 450 hacia abajo hasta la intersección con la línea de 10%. Siga la línea curvada nuevamente hacía arriba y lea 550 metros). Una pista de 350 metros con un gradiente de 20% de pendiente abajo tiene un equivalente a 510 metros (Encuentre 350 en la línea “nivel”. Siga la línea de los 350 hacia abajo hasta la intersección con la línea de 20%. Siga la línea curvada nuevamente hacía arriba y lea 510 metros).

Por supuesto, muchas pistas de aterrizaje tienen una pendiente variable; generalmente más empinada en la parte superior y cada vez más nivelada hacia el final. Algunas incluso pueden subir un poco y luego caer. Entonces, lo que estamos considerando es la pendiente “media” o promedio. Aquí hay algunas variables en las que no me aventuraré ahora. Sin embargo, para fines prácticos, solo recuerde que si hay una diferencia de altura favorable entre el punto donde comienza a rodar y el punto donde despega, entonces se beneficiará de esa diferencia en forma de energía potencial.

Otra cuestión compleja es el efecto que tiene la superficie en la distancia de carrera de despegue. Los principales factores determinantes son la presión de los neumáticos, el perfil y la carga de las ruedas. La mayoría de las pistas de aterrizaje con superficie de pasto de Nueva Zelanda están en realidad en un estado ‘plástico’ y se deforman bajo la fuerza ejercida por los neumáticos. Durante la primera etapa de la carrera de despegue, se crea una especie de ‘calza’ en movimiento frente al neumático.

El efecto disminuye a medida que aumenta la elevación del ala hasta que la aeronave comienza a “cabalgar” sobre el césped.

El piloto experimentado puede obtener una idea bastante razonable de la plasticidad de la pista de aterrizaje y la resistencia a la rodadura esperada simplemente caminando por la pista de aterrizaje y de vez en cuando cavando el talón de la bota en la superficie. De alguna manera, se sabe lo lento que será el avión durante la primera parte del despegue ... es algo que se siente.

Cuando media el rendimiento de despegue de un avión agrícola en superficies blandas, me bajaba al suelo inmediatamente después de que el avión había pasado para medir la deformación de la superficie y observarla lentamente retomando su forma original. Algunos conductores de camiones de carga y agricultores deben haberme considerado al menos un poco excéntrico si no hubiera explicado lo que estaba haciendo. Oh bueno, ¡quizás tenían razón!

El gráfico de este artículo no es un elemento “legal” de datos de rendimiento. Es solo una guía. Ha sido utilizado por muchos pilotos agrícolas, ninguno ha advertido que tenga un error significativo. Como dije antes, es el resultado de una gran cantidad de despegues observados directamente por aviones sobrecargados y de mi propia experiencia de vuelo.