Motor crítico

Cuando falla un motor, se desarrolla un momento de guiñada , que aplica una fuerza de rotación a la aeronave que tiende a girarla hacia el ala que lleva el motor averiado. También puede desarrollarse un momento de alabeo, debido a la asimetría de la sustentación en cada ala, con una mayor sustentación generada por el ala con el motor en funcionamiento. Los momentos de guiñada y alabeo aplican fuerzas de rotación que tienden a guiñar y alabear la aeronave hacia el motor averiado. Esta tendencia se contrarresta mediante el uso de los controles de vuelo por parte del piloto , que incluyen el timón de dirección y los alerones . Debido al factor P , una hélice derecha que gira en sentido horario en el ala derecha generalmente desarrolla su vector de empuje resultante a una mayor distancia lateral del centro de gravedad de la aeronave que la hélice izquierda que gira en sentido horario (Figura  1). La falla del motor izquierdo resultará en un mayor momento de guiñada por parte del motor derecho en funcionamiento, en lugar de lo contrario. Dado que el motor derecho en funcionamiento produce un momento de guiñada mayor, el piloto deberá realizar mayores desviaciones en los controles de vuelo o alcanzar una mayor velocidad para mantener el control de la aeronave. Por lo tanto, la falla del motor izquierdo tiene un mayor impacto que la falla del motor derecho, y el motor izquierdo se denomina motor crítico. En aeronaves con hélices que giran en sentido contrario a las agujas del reloj, como el de Havilland Dove , el motor derecho sería el motor crítico.

La mayoría de las aeronaves con hélices contrarrotatorias no tienen un motor crítico definido por el mecanismo anterior, ya que ambas hélices giran hacia adentro desde la parte superior del arco; ambos motores son críticos. Algunas aeronaves, como el Lockheed P-38 Lightning , tienen hélices que giran hacia afuera desde la parte superior del arco para reducir la turbulencia descendente del aire, conocida como corriente descendente, en el estabilizador horizontal central , lo que facilita el disparo de las ametralladoras desde la aeronave. Estos motores son críticos, pero más críticos que las hélices que giran hacia adentro. ^{[ 3 ]}

Las aeronaves con hélices en configuración de empuje-tracción , como el Cessna 337 , pueden tener un motor crítico si la falla de uno de ellos afecta negativamente el control o el rendimiento de ascenso de la aeronave más que la falla del otro. Por lo general, la falla de un motor crítico en una aeronave con hélices en configuración de empuje-tracción no genera grandes momentos de guiñada o alabeo.

Las normas y certificaciones que especifican la aeronavegabilidad requieren que el fabricante determine una velocidad mínima de control (VMC ₎ a la cual un piloto puede mantener el control de la aeronave después de una falla del motor crítico, y publique esta velocidad en la sección del manual de vuelo del avión sobre limitaciones. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Las velocidades mínimas de control (VMC) publicadas _de la aeronave se miden cuando el motor crítico falla o está inoperativo, por lo que el efecto de la falla del motor crítico está incluido en las VMC publicadas _. Cuando cualquiera de los otros motores falla o está inoperativo, la VMC real _que experimenta el piloto en vuelo será ligeramente menor, lo cual es más seguro, pero esta diferencia no está documentada en el manual. El motor crítico es uno de los factores que influyen en las VMC _{de la aeronave. Las VMC} publicadas son seguras independientemente de qué motor falle o esté inoperativo, y los pilotos no necesitan saber qué motor es crítico para volar de forma segura. El motor crítico se define en la normativa aeronáutica para el diseño de la cola y para que los pilotos de pruebas experimentales midan la velocidad máxima de crucero (VMC ₎ en vuelo. Otros factores, como el ángulo de alabeo y el empuje, influyen mucho más en la VMC _que la diferencia entre un motor crítico y uno no crítico.

El Airbus A400M tiene un diseño atípico, ya que cuenta con hélices contrarrotatorias en ambas alas. Las hélices de un ala giran en direcciones opuestas: desde la parte superior del arco hacia abajo, una hacia la otra. Si ambos motores de un ala están operativos, el desplazamiento del vector de empuje con el aumento del ángulo de ataque siempre se dirige hacia el otro motor de la misma ala. Esto significa que el vector de empuje resultante de ambos motores de la misma ala no varía al aumentar el ángulo de ataque del avión, siempre que ambos motores estén en funcionamiento. No existe un factor P total, y la falla de cualquiera de los motores exteriores (es decir, los motores 1 o 4) no produce ninguna diferencia en la magnitud de los momentos de guiñada del empuje restante con el aumento del ángulo de ataque, solo en la dirección izquierda o derecha. La velocidad mínima de control durante el despegue ( VMC ) y durante el vuelo ( VMCA ) tras la falla de cualquiera de los motores exteriores será la misma _, a menos que los sistemas de refuerzo necesarios para el control del avión estén instalados únicamente en uno de los motores exteriores _. Ambos motores fueraborda serían fundamentales.

Si falla un motor externo, como el motor  1 que se muestra en la Figura  2, el brazo de palanca del vector del empuje restante en esa ala se desplaza desde entre los motores hasta un poco fuera del motor interno restante. El vector en sí es el 50% del vector de empuje opuesto. El momento de guiñada del empuje resultante es mucho menor en este caso que para la rotación convencional de la hélice. El momento de guiñada máximo del timón para contrarrestar el empuje asimétrico puede ser menor y, en consecuencia, el tamaño de la cola vertical puede ser menor. El sistema de embanderamiento de las grandes  hélices de arrastre de 8 palas y 5,33 m (17,5 pies) de diámetro debe ser automático, muy rápido y sin fallos, para garantizar la menor resistencia de la hélice posible tras un mal funcionamiento del sistema de propulsión. De lo contrario, un fallo del sistema de embanderamiento de un motor externo aumentará la resistencia de la hélice, lo que a su vez aumenta considerablemente el momento de guiñada del empuje, aumentando así la V _MC(A) real . La potencia de control generada únicamente por la pequeña cola vertical y el timón es baja debido al pequeño diseño. Solo una reducción drástica del empuje del motor opuesto o un aumento de la velocidad aerodinámica pueden restablecer la potencia de control necesaria para mantener el vuelo recto tras el fallo del sistema de banderas. Diseñar y homologar el sistema de banderas para este avión supone un reto tanto para los ingenieros de diseño como para las autoridades de certificación.

En los aviones con motores muy potentes, el problema del empuje asimétrico se resuelve aplicando una compensación automática de la asimetría del empuje, pero esto tiene consecuencias para el rendimiento en el despegue.