Velocidades mínimas de control

La velocidad mínima de control ( VMC ) de una aeronave multimotor (específicamente un avión ) es una velocidad V que especifica la velocidad aerodinámica calibrada por debajo de la cual ya no se puede mantener _el control direccional o lateral de la aeronave, tras la falla de uno o más motores. La VMC _solo se aplica si al menos un motor sigue operativo y dependerá de la fase del vuelo. De hecho, se deben calcular varias VMC _para el aterrizaje, el vuelo y el desplazamiento en tierra, y hay aún más para aeronaves con cuatro o más motores. Todas estas se incluyen en el manual de vuelo de todas las aeronaves multimotor . Cuando los ingenieros de diseño dimensionan la cola vertical y las superficies de control de vuelo de un avión , deben tener en cuenta el efecto que esto tendrá en las velocidades mínimas de control de la aeronave.

Las velocidades mínimas de control se establecen normalmente mediante pruebas de vuelo ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} como parte del proceso de certificación de una aeronave. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Proporcionan una guía al piloto para la operación segura de la aeronave.

Cuando falla un motor en una aeronave multimotor, la distribución del empuje en la aeronave se vuelve asimétrica , lo que produce un momento de guiñada en la dirección del motor averiado. ^{[ 6 ]} Se desarrolla un deslizamiento lateral , lo que provoca un aumento considerable de la resistencia total de la aeronave, lo que resulta en una disminución de la velocidad de ascenso de la aeronave . ^{[ 7 ]} El timón de dirección , y en cierta medida los alerones mediante el uso del ángulo de alabeo, son los únicos controles aerodinámicos disponibles para el piloto para contrarrestar el momento de guiñada del empuje asimétrico .

Cuanto mayor sea la velocidad de la aeronave, más fácil será contrarrestar el momento de guiñada mediante los controles. ^{[ 8 ]} La velocidad mínima de control es la velocidad aerodinámica por debajo de la cual la fuerza que el timón o los alerones pueden aplicar a la aeronave no es suficiente para contrarrestar el empuje asimétrico con la máxima potencia. Por encima de esta velocidad, debería ser posible mantener el control de la aeronave y el vuelo recto con empuje asimétrico. ^{[ 4 ]}

La pérdida de potencia del motor en aeronaves con hélices montadas en las alas y aeronaves de sustentación soplada afecta la distribución de sustentación sobre el ala, causando un alabeo hacia el motor inoperativo. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 3 ]} En algunas aeronaves, la autoridad de alabeo es más limitante que la autoridad del timón para determinar V _MC s. ^{[ 11 ]}

Las regulaciones de aviación (como FAR y EASA ) ^{[ 4 ] [ 5 ]} definen varias VMC diferentes _y requieren que los ingenieros de diseño dimensionen la cola vertical y los controles de vuelo aerodinámicos de la aeronave para cumplir con estas regulaciones. La velocidad mínima de control en el aire (VMCA ₎ es la velocidad mínima de control más importante de una aeronave multimotor, razón por la cual VMCA _se enumera simplemente como VMC _en muchas regulaciones de aviación y manuales de vuelo de aeronaves . ^{[ 4 ] [ 5 ]} En el indicador de velocidad aerodinámica de una aeronave bimotor de menos de 6000  lbs (2722  kg), la VMCA _se indica mediante una línea radial roja, según lo estandarizado por FAR 23. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La mayoría de las escuelas de pilotos de prueba utilizan múltiples velocidades mínimas de control más específicas, ya que la VMC _varía según la fase del vuelo. Otras VMC definidas _incluyen la velocidad mínima de control en tierra ( _VMCG ) y la velocidad mínima de control durante la aproximación y el aterrizaje (VMCL ₎ . Además, en aeronaves con cuatro o más motores, existen VMC _para casos en los que uno o dos motores no funcionan en la misma ala. La Figura 1 ilustra las VMC _definidas en las regulaciones de aviación civil pertinentes ^{[ 4 ] [ 5 ]} y en las especificaciones militares. ^{[ 12 ]}

El estabilizador vertical de una aeronave multimotor desempeña un papel crucial en el mantenimiento del control direccional cuando un motor falla o está inoperativo. Cuanto mayor sea el estabilizador, mayor será su capacidad para proporcionar la fuerza necesaria para contrarrestar el momento de guiñada asimétrico. Esto significa que cuanto menor sea el estabilizador, mayor será la V MCA _. Sin embargo, un estabilizador más grande es más costoso y difícil de instalar, y conlleva otros problemas aerodinámicos, como una mayor prevalencia de corrientes de turbulencia . Los ingenieros que diseñan el estabilizador vertical deben tomar una decisión basada, entre otros factores, en su presupuesto, el peso de la aeronave y el ángulo de alabeo máximo de 5° (alejándose del motor inoperativo), según lo establecido por FAR . ^{[ 4 ] [ 5 ]}

V _MCA también se utiliza para calcular la velocidad mínima de seguridad de despegue . ^{[ 4 ] [ 5 ]} Por lo tanto, una V _MCA alta da como resultado velocidades de despegue más altas, y por lo tanto se requieren pistas más largas, lo cual es indeseable para los operadores de aeropuertos.

Cualquier factor que influya en el equilibrio de fuerzas y en los momentos de guiñada y alabeo tras un fallo del motor también podría afectar a los VMC _. Al diseñar la cola vertical y medir el VMCA _, se tiene en cuenta el peor escenario posible para todos los factores. Esto garantiza que los VMC _publicados en los manuales de vuelo sean seguros.

Las aeronaves más pesadas son más estables y más resistentes a los momentos de guiñada, y por lo tanto tienen V _MCA más bajas . ^{[ 13 ] : 13} El centro de gravedad longitudinal también afecta a la V _MCA : cuanto más lejos de la cola esté, menor será la velocidad mínima de control, porque el timón podrá proporcionar un momento de guiñada mayor, y por lo tanto es más fácil contrarrestar el desequilibrio en el empuje. ^{[ 13 ] : 17} El centro de gravedad lateral también tiene un efecto: cuanto más cerca del motor inoperativo esté, mayor será el momento del motor en funcionamiento, y por lo tanto más fuerza tendrá que aplicar el timón. Esto significa que si el centro de gravedad lateral se desplaza hacia el motor inoperativo, la V _MCA de la aeronave aumentará. ^{[ 13 ] : 17} El empuje de la mayoría de los motores depende de la altitud y la temperatura; el aumento de la altitud y las temperaturas más altas disminuyen el empuje. Esto significa que si la temperatura del aire es más alta y la aeronave se encuentra a mayor altitud, la fuerza del motor operativo será menor, el timón tendrá que proporcionar menos fuerza de contrapeso y, por lo tanto, la V _MCA será menor. ^{[ 13 ] : 16} El ángulo de alabeo también influye en la velocidad mínima de control. Se requiere un pequeño ángulo de alabeo en dirección opuesta al motor inoperativo para lograr el menor deslizamiento lateral posible y, por lo tanto, una V _MCA menor . Finalmente, si el factor P del motor en funcionamiento aumenta, entonces su momento de guiñada aumenta y, como resultado, la V _{MCA de la aeronave también aumenta.} ^{[ 13 ] : 15}