Performance de aeronaves en Categoría de Transporte
Las aeronaves de categoría de transporte tienen otras regulaciones. Las normas de certificación de aeronavegabilidad requieren niveles probados de rendimiento y garantizar los márgenes de seguridad para estas aeronaves, independientemente de las regulaciones de operación específicas en las que se emplean.
Principales diferencias en los requisitos de rendimiento entre categoría de transporte contra la categoría que no son de transporte
• Consideración total de la temperatura: todos los gráficos de rendimiento de aeronaves en categoría transporte exigen que la performance de despegue y ascenso sea calculada considerando todos los efectos de la temperatura.
• Performance de ascenso expresada como gradiente de ascenso porcentual: la performance de ascenso de aeronaves en categoría de transporte se expresa como un gradiente de ascenso porcentual en lugar de una cifra calculada en pies por minuto de ascenso.
Este gradiente por ciento es una expresión de rendimiento más práctica ya que es el ángulo de ascenso del avión que es crítico en una situación para evitar obstáculos.
• Cambio en la técnica de despegue: la técnica de despegue en los aviones categoría transporte permite alcanzar V2 (velocidad de despegue seguro) después de que el avión está en el aire. Esto es posible debido a unas excelentes características de aceleración y confiabilidad de los motores de estos aviones y debido a la mayor potencia extra.
• Requerimientos de performance aplicables a todos los segmentos de la aviación: todas las aeronaves certificadas en la categoría de transporte, cualquiera sea el tamaño, debe ser operado de acuerdo con los mismos criterios de performance. Esto se aplica tanto a las operaciones comerciales como no comerciales.
Requerimientos de performance
Los requisitos de rendimiento que debe cumplir la aeronave en categoría transporte son:
Despegue
• Velocidades de despegue
• Pista de despegue requerida
• Ascenso al despegue requerido
• Requerimientos de franqueamiento de obstáculos
Aterrizaje
• Velocidades de aterrizaje
• Pista de aterrizaje requerida
• Descenso para aterrizaje requerido
Planificación del despegue
A continuación se listan las velocidades que afectan el rendimiento de despegue de las aeronaves de categoría transporte.
La tripulación de vuelo debe estar completamente familiarizada con cada una de estas velocidades y cómo se utilizan en la planificación del despegue.
• VS: velocidad de pérdida o la velocidad mínima a la que la aeronave es controlable.
• VMCG: velocidad mínima de control en el suelo, con un motor inoperativo (motor crítico en aviones bimotores), potencia de despegue en otros motores, uso de los controles aerodinámicos sólo para el control direccional (debe ser menor que V1).
• VMCA: velocidad mínima de control en el aire, con un motor inoperativo (motor crítico en aviones bimotor), motores operativos a potencia de despegue, con un máximo de 5º de alabeo hacia el motor operativo.
• V1: velocidad de falla de motor crítico o velocidad de decisión. Daños en el motor por debajo de esta velocidad resultará en un despegue abortado; por encima de esta velocidad la carrera de despegue debe continuar.
• VR: velocidad a la que se inicia la rotación de la aeronave a la actitud del despegue. La velocidad no puede ser inferior a V1 o inferior a 1,05 veces VMC. Con un fallo de motor, también debe permitir la aceleración hasta V2 a una altura de35 pies al final de la pista.
• VLOF: velocidad de despegue. La velocidad a la que, inicialmente, el avión se va al aire.
• V2: velocidad de seguridad al despegue que se debe alcanzar a una altura 35 pies al final de la distancia de pista requerida. Esta es esencialmente la velocidad de mejor ángulo de ascenso con un motor de operativo y se debe mantener hasta después de franquear los obstáculos al despegue, o hasta por lo menos 400 pies por encima del suelo.
• VFS: velocidad del segmento final de ascenso, que se basa en el ascenso con un motor inoperativo, configuración limpia, y máxima potencia continua. Todas las velocidades V deben ser consideradas durante cada despegue.
Las velocidades V1, VR, V2, y VFS deben ser anotadas en forma visible en la cabina de vuelo como referencia durante el despegue.
Las velocidades de despegue varían con el peso del avión.
Antes de que las velocidades de despegue puedan ser calculadas, el piloto primero debe determinar el peso máximo permitido al despegue.
Los tres ítems que pueden limitar el peso de despegue son los requerimientos de pista, los requisitos de ascenso y los requisitos de franqueamiento de obstáculos.
Requerimientos de pista
Los requerimientos de pista para el despegue son afectados por:
• Altitud de presión
• Temperatura
• Componente de viento de frente
• Gradiente o pendiente de pista
• Peso del Avión
La pista requerida para el despegue debe estar basada en la posible pérdida de un motor en el punto más crítico, que es a V1 (velocidad de decisión).
Por regulación, el peso de despegue de la aeronave tiene que adaptarse a la más larga de las tres distancias:
1. Distancia de aceleración-despegue: la distancia requerida para acelerar a V1 con todos los motores a potencia de despegue, experimentar un fallo de motor a V1 y continuar el despegue con el motor restante.
La pista requerida incluye la distancia necesaria para ascender a 35 pies momento en el cual se debe haber llegado a V2.
2. Distancia de aceleración-parada: distancia requerida para acelerar a V1 con todos los motores a potencia de despegue, experimentar de un fallo de motor a V1, y abortar el despegue y detener el avión utilizando sólo la acción de los frenos (no se considera el uso de la inversión de empuje).
3. Distancia de despegue: distancia requerida para completar un despegue hasta 35 pies de altura con todos los motores operativos.
Debe ser por lo menos 15 por ciento menos que la distancia requerida para un despegue con un motor inoperativo. Esta distancia no es normalmente un factor limitante ya que es generalmente menor que la distancia de despegue con un motor inoperativo.
Estas tres consideraciones de pista requerida para el despegue se muestran en la Figura 10-34.
Longitud de pista compensada
En la mayoría de los casos, el piloto va a trabajar con una tabla de performance para la pista requerida para despegue, lo que dará información de "longitud de pista compensada". Esto significa que la distancia mostrada para el despegue incluirá tanto la distancia de aceleración-despegue como la de aceleración-parada.
Un medio eficaz de presentar los datos de despegue normal se muestra en la tabla de la Figura 10-35.
La tabla de la Figura 10-35 muestra la distancia de pista requerida en condiciones normales y es útil como una tabla de referencia rápida para el despegue normal.
También se muestran las velocidades V para los diferentes pesos y condiciones. Para otras condiciones de despegue no normales, tales como con el anti-hielo de motor, frenos antideslizamiento inoperativos o extremos de temperatura o pendiente de la pista, el piloto debe consultar los gráficos de performance de despegue apropiados en la sección de performance del AFM.
Hay otras ocasiones de muy alto peso y temperatura donde el requerimiento de pista puede estar dictado por los límites máxima energía cinética de frenado que afecta la capacidad de frenado de la aeronave. Bajo estas condiciones, la distancia de aceleración-parada puede ser mayor que la distancia de aceleración despegue.
El procedimiento para llevar la performance de vuelta a una condición de pista de despegue balanceada es limitar la velocidad V1 para que no exceda la velocidad máxima de frenado de energía cinética (a veces llamada VBE).
Este procedimiento también resulta en una reducción del peso de despegue permisible.
Requerimientos de ascenso
Después de que el avión ha alcanzado los 35 pies de altura con un motor inoperativo, hay un requisito de que sea capaz de ascender a un gradiente de ascenso especificado. Esto se conoce como requerimiento de senda de despegue.
La performance de la aeronave debe ser considerada en base a un ascenso con un motor inoperativo hasta 1.500 pies por encima del suelo.
El perfil de la senda de vuelo en despegue con los gradientes de ascenso requeridos para los diferentes segmentos y configuraciones se muestra en la Figura 10-36.
NOTA: el gradiente de ascenso puede ser mejor descripto como una ganancia específica de altura para una determinada distancia horizontal recorrida.
Por ejemplo, un gradiente de 2,4 por ciento significa que se ganan 24 pies de altura por cada 1.000 pies de distancia horizontal recorrida. La siguiente breve explicación del perfil de ascenso con un motor inoperativo puede ser útil para comprender el gráfico de la Figura 10-36.
Primer segmento
Este segmento está incluido en los gráficos de pista requerida en despegue, y se mide desde el punto en que la aeronave pasa al aire hasta que alcanza la altura de 35 pies al final de la distancia de pista requerida. La velocidad inicialmente es VLO y debe ser V2 a la altura de 35 pies.
Segundo segmento
Este es el segmento más crítico del perfil. El segundo segmento es el ascenso desde la altura de 35 pies a 400 pies sobre el suelo. El ascenso se realiza a potencia máxima de despegue con el (o los) motor operativo, a velocidad V2, y con los flaps en configuración de despegue.
El gradiente de ascenso requerido en este segmento es de 2,4 por ciento para aviones de dos motores, 2,7 por ciento para aviones de tres motores, y 3,0 por ciento para aviones de cuatro motores.
Tercer segmento o Aceleración
Durante este segmento, se considera que el avión mantiene los 400 pies por encima del suelo y acelera desde V2 hasta la velocidad VFS antes de continuar el perfil de ascenso.
Los flaps se suben al comienzo del segmento de aceleración y la potencia se mantiene en configuración de despegue el mayor tiempo posible (5 minutos como máximo).
Cuarto segmento o segmento final
Este segmento va desde los 400 pies a 1,500 pies AGL con la potencia a la máxima continua.
El ascenso requerido en este segmento es un gradiente de 1,2 por ciento para aviones de dos motores, 1,55 por ciento para aviones de tres motores, y 1,7 por ciento para aviones de cuatro motores.
Limitaciones del segundo segmento de ascenso
Los requisitos del segundo segmento de ascenso, desde 35 a 400 pies, son las más restrictivas (o más difíciles de cumplir) de los segmentos de ascenso.
El piloto debe determinar que el segundo segmento se cumple para cada despegue.
Para conseguir esta performance a las mayores condiciones de altitud de densidad, puede ser necesario limitar el peso de despegue de la aeronave.
Debe tener en cuenta que, independientemente de la longitud de pista real disponible para el despegue, el peso de despegue debe ajustarse para que se puedan lograr los requisitos del segundo segmento.
El avión puede ser capaz de despegar con un motor inoperativo, pero luego debe ser capaz de ascender y evitar los obstáculos.
Aunque el segundo segmento puede no representar un gran problema en las altitudes más bajas, en los aeropuertos de mayor altitud y mayores temperaturas, se debe consultar el gráfico del segundo segmento para determinar los efectos del peso máximo al despegue antes de calcular la distancia requerida para el despegue.
Requisitos de franqueamiento de obstáculos del transporte aéreo
Las regulaciones requieren que los grandes aviones de categoría transporte impulsados por turbina despeguen con un peso que permita una senda neta de despegue (un motor inoperativo) que evite todos los obstáculos por una altura de al menos 35 pies verticalmente, o por lo menos 200 pies horizontalmente dentro de los límites del aeropuerto y por lo menos 300 pies horizontalmente después de pasar los límites.
Se considera que la senda de despegue comienza 35 pies por encima de la superficie de despegue al final de la distancia de despegue, y se extiende hasta un punto en el despegue en el que la aeronave está 1.500 pies por encima de la superficie de despegue, o a la cual se ha completado la transición desde la configuración de despegue hasta la de crucero.
La senda neta de despegue es la senda de despegue real reducida en cada punto en un 0,8 por ciento para aeronaves de dos motores, 0,9 por ciento para aviones de tres motores, y 1,0 por ciento para los aviones de cuatro motores.
Los pilotos de aviación comercial por lo tanto son responsables no sólo por determinar que hay suficiente pista disponible para el despegue con un motor inoperativo (longitud de campo compensado) y la capacidad de cumplir con el gradiente de ascenso requerido, sino también deben asegurar que la aeronave será capaz de evitar con seguridad cualquier obstáculo que pueda haber en la senda de despegue.
La senda neta de despegue y el franqueamiento de obstáculos requerido se muestra en la Figura 10-37.
El método usual de calcular la performance de senda neta de despegue es sumar las distancias totales requeridas para cada uno de los segmentos de ascenso y/o usar los gráficos de rendimiento de franqueamiento de obstáculos en el AFM.
Aunque este requisito de franqueamiento de obstáculos es rara vez una limitación en los aeropuertos usados normalmente, es una consideración muy importante en condiciones críticas, tales como gran peso al despegue y/o gran altitud de densidad.
Considere que en un gradiente de ascenso de 2,4 por ciento (2,4 pies de altura por cada 100 pies avanzados) para lograr una ganancia de 1.500 pies de altitud tomaría una distancia horizontal de 10,4 NM.
Resumen de los requerimientos de despegue
Con el fin de establecer el peso de despegue permisible para un avión de categoría de transporte, en cualquier aeródromo, se debe considerar lo siguiente:
• Altitud de presión del aeródromo
• Temperatura
• Componente de viento en contra
• Longitud de pista
• Gradiente o pendiente de la pista
• Obstáculos en la senda de vuelo Una vez que los datos anteriores son conocidos y aplicados a los gráficos de performance adecuados, es posible determinar el peso máximo de despegue permitido.
Este peso será el menor valor de los pesos máximos permitidos por:
• Longitud de pista compensada necesaria
• Capacidad de ascenso con un motor inoperativo (limitado por segundo segmento)
• Requisito de franqueamiento de obstáculo
En la práctica, las restricciones al peso de despegue en los aeropuertos de poca elevación son por lo general debido a limitaciones de la longitud de pista; las limitaciones de ascenso con motor inoperativo son más comunes en los aeropuertos de mayor elevación.
Todas las limitaciones al peso deben ser respetadas.
Puesto que el peso combinado del combustible y la carga en el avión puede ascender a casi la mitad del peso máximo al despegue, por lo general es posible reducir el peso del combustible para satisfacer las limitaciones de despegue.
Si se hace esto, sin embargo, se debe recalcular el plan del vuelo por el combustible y alcance reducidos.
Performance de aterrizaje
Al igual que en la planificación del despegue, ciertas velocidades deben ser consideradas durante el aterrizaje. Estas velocidades se muestra a continuación.
• VSO: velocidad de pérdida o velocidad mínima de vuelo estable en configuración de aterrizaje.
• VREF: 1,3 veces la velocidad de pérdida en configuración de aterrizaje. Esta es la velocidad requerida a 50 pies de altura sobre el umbral de la pista.
• Ascenso en aproximación: la velocidad que proporciona el mejor rendimiento de ascenso en configuración de aproximación con un motor inoperativo, y con la máxima potencia de despegue en el motor operativo (s).
El gradiente de ascenso requerido en esta configuración es de 2,1 por ciento para aviones de dos motores, 2,4 por ciento para aviones de tres motores, y 2,7 por ciento para aviones de cuatro motores.
• Ascenso en aterrizaje: la velocidad que da la mejor performance en configuración de aterrizaje con máxima potencia de despegue en todos los motores. El gradiente de ascenso requerido en esta configuración es 3,2 por ciento.
Planificación del aterrizaje
Al igual que en el despegue, las velocidades de aterrizaje mostradas arriba deben ser pre-calculadas y visibles para ambos pilotos antes del aterrizaje.
La velocidad VREF, o velocidad en el umbral, se utiliza como velocidad de referencia durante todo el circuito de tránsito o aproximación por instrumentos como en el ejemplo siguiente:
VREF + 30K Tramo inicial o viraje de procedimiento
VREF + 20K Tramo Base o curso hacia punto de aproximación final
VREF + 10K Final o curso desde punto final (final ILS)
VREF Velocidad a 50 pies por encima del umbral
Requisitos para aterrizaje
El peso máximo de aterrizaje de un avión puede ser restringido ya sea por los requisitos para ascenso en aproximación o por la pista de aterrizaje disponible.
Requisitos de ascenso en aproximación
El ascenso en configuración de aproximación suele ser más limitante (o más difícil de cumplir) que el ascenso en configuración de aterrizaje, sobre todo porque se basa en la capacidad de ejecutar una aproximación frustrada con un motor inoperativo.
El gradiente de ascenso requerido puede ser afectado por la altitud de presión y temperatura y, como en el segundo segmento de ascenso, el peso de la aeronave debe ser limitado según sea necesario con el fin de cumplir con este requisito de ascenso.
Pista de aterrizaje requerida
La distancia de pista necesaria para el aterrizaje puede ser afectado por lo siguiente:
• Altitud de presión
• Temperatura
• Componente de viento en contra
• Gradiente o pendiente de la pista
• Peso del avión
En el cálculo de la distancia de aterrizaje requerida, algunos fabricantes no incluyen todos los ítems anteriores en sus gráficos, ya que las regulaciones establecen que solamente deben ser considerados la altitud de presión, el viento y el peso del avión.
Los gráficos se proveen para condiciones con antideslizante activado o desactivado, pero el uso de inversores de empuje no se utiliza en el cálculo de distancias requeridas para el aterrizaje.
La distancia de aterrizaje, como lo exigen las regulaciones, es la distancia necesaria para aterrizar y llegar a una parada completa desde un punto a 50 pies por encima del umbral de la pista.
Incluye la distancia recorrida desde los 50 pies hasta tocar (que puede consumir 300 metros de distancia de pista), más la distancia de frenado, sin margen de sobra.
Esto es todo lo requerido por las regulaciones, y todo lo que se muestra en algunos gráficos de distancia de aterrizaje requerida.
Para los transportes aéreos y otros operadores comerciales, se aplica un conjunto diferente de reglas que indican que la distancia de aterrizaje requerida desde los 50 pies no puede superar el 60 por ciento de la longitud de pista disponible real.
En todos los casos, la velocidad mínima permitida en la altura a 50 pies de altura no debe ser inferior a 1,3 veces la velocidad de pérdida del avión en configuración de aterrizaje.
Esta velocidad se denomina comúnmente VREF y varía con el peso de aterrizaje.
La Figura 10-38 es un diagrama para estos requerimientos de pista de aterrizaje.
Resumen de los requisitos de aterrizaje
A fin de determinar el peso de aterrizaje permitido para un avión de categoría de transporte, deben ser considerados los siguientes detalles:
• Altitud de presión del aeródromo
• Temperatura
• Componente de viento en contra
• Longitud de pista • Gradiente o pendiente de pista
• Condición de la superficie de la pista
Con estos datos, es posible establecer el peso máximo de aterrizaje permitido, que será el menor de los pesos según lo dictado por:
• Requisitos de pista de aterrizaje
• Requisitos de ascenso en aproximación
En la práctica, las limitaciones de ascenso en aproximación (capacidad de ascender en configuración de aproximación con un motor inoperativo) rara vez se producen porque los pesos de aterrizaje al arribar al aeropuerto de destino son generalmente más bajos.
Sin embargo, como en los requisitos del segundo segmento de ascenso al despegue, este gradiente de ascenso en aproximación debe cumplirse y los pesos de aterrizaje deben ser restringidos si es necesario.
Las condiciones más probables que harían que el ascenso en aproximación sea más crítico son los aterrizajes con grandes pesos y grandes altitudes de presión y temperaturas, que podrían surgir si se requiere un aterrizaje poco después de despegar.
Los requisitos para las pistas de aterrizaje pueden limitar con más frecuencia el peso de aterrizaje permitido de un avión que las limitaciones del ascenso en aproximación.
Una vez más, sin embargo, a menos que la pista sea particularmente corta, esto rara vez es problemático ya que el peso promedio de aterrizaje en destino rara vez se acerca al peso máximo de aterrizaje debido al combustible consumido.
Resumen del capítulo
Las características de performance y las capacidades varían mucho entre las aeronaves. Por otra parte, el peso del avión, las condiciones atmosféricas y los factores ambientales externos pueden afectar significativamente el rendimiento del avión. Es esencial que un piloto esté íntimamente familiarizado con las características de rendimiento y las capacidades de la aeronave a volar.