Estou bastante confuso com a definição do fator de carga e como ele se aplica às estruturas das asas de uma aeronave.
Por exemplo, você possui uma aeronave sujeita a um fator de carga de 2 e cuja massa total é 5000kg e asas + massa de combustível é 1500kg, e é solicitado que você calcule o carregamento por inércia das referidas asas.
Você multiplicaria o peso das asas por 2? Ou o fator de carga afeta apenas o elevador e não o peso?
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Load_factor
Como ponto de partida para uma aeronave, o fator de carga é a proporção do total elevador para Peso total
Uma maneira fácil de imaginar esse conceito é entender a ideia de que, quando a aeronave está voando em alta velocidade durante o cruzeiro com um pequeno ângulo de ataque, o fator de carga está muito próximo ao 1, isso corresponde ao primeiro caso à esquerda da imagem aqui abaixo
Agora, o que é sustentação, a figura abaixo é auto-explicativa; portanto, é importante entender que a sustentação nem sempre é uma força vertical ascendente; quando a aeronave está sob um ângulo coordenado do banco, o elevador tem dois componentes; horizontal e vertical.
Agora, para simplificar, consideraremos que a sustentação é totalmente produzida pelas asas, enquanto que em voo real é o resultado da asa, do corpo e da cauda.
Como a aeronave está sujeita a um fator de carga de 2, isso significa que a aeronave, como um corpo completo, está sujeita a um levantamento total (não vertical) igual ao dobro do peso total da aeronave
O elevador produzido é, portanto: $ 2 \ cdot (5000 + 1500) \, \ mathrm {kg} \ cdot g = 13000 \, \ mathrm {kg} \ cdot g = 128 \, \ mathrm {kN} $
Se considerarmos que estamos na curva íngreme indicada à direita da figura acima:
O peso do corpo da aeronave sem as asas é uma força descendente na raiz das asas
Também as asas têm seus próprios pesos distribuídos, que produzem um torque na raiz das asas
Além disso, o combustível distribuído nas asas produz um torque nas raízes das asas
Além disso, cada asa está sujeita a um elevador distribuído de $ \ 6500 \, \ mathrm {kg} \ cdot g = 63.8 \, \ mathrm {kN} $
A computação exata é difícil porque
não sabemos o peso da asa nem o centro de gravidade da asa
não sabemos a distribuição do combustível na asa; portanto, não sabemos o centro de gravidade do combustível de cada asa.
Portanto, é impossível calcular as forças de cisalhamento e os torques nas raízes das asas.
No entanto, imagino que a questão principal esteja relacionada à relação entre sustentação e fator de carga. E aqui o ponto mais importante é entender que a sustentação nem sempre é uma força vertical
O fator de carga é não a força de elevação. É o vetor de força total na aeronave + eixo Z (apontando para baixo), em unidades [força da gravidade da terra]. Uma foto usada anteriormente em esta resposta:
Em uma curva horizontal constante de 60 °, o vetor resultante de gravidade e força centrífuga tem magnitude 2 * força de gravidade normal. Portanto, devido a alguma circunstância física, todos os elementos do avião experimentam uma força duas vezes maior que a da gravidade. A asa e o combustível também.
Para manter a curva constante, o levantamento também deve ser o dobro do vôo regular normal. Portanto, a carga inercial é o dobro da gravidade e a carga de elevação é o dobro do vôo constante.
For example, you have an Aircraft being subjected to a Load Factor of 2 and whose total mass is 5000kg and wings + fuel mass is 1500kg, and are asked to calculate the Inertia Loading of Said wings.
Would you multiply the weight of the wings by 2?
Sim.
Observe que, estritamente falando, kg não é uma medida de peso. Você precisaria multiplicar o peso das asas por dois.
Em mais detalhes:
Nos termos mais gerais, pode-se dizer que "fator de carga" é igual à força aerodinâmica total dividida por peso. A convenção usual é usar "fator de carga" para significar a força de elevação dividida por peso. A diferença entre os dois resultados pode ser muito significativa em uma subida íngreme em estado estacionário ou em um deslizamento lateral.
Para o restante desta resposta, "fator de carga" será usado para significar a força de elevação dividida pelo peso.
Como outras respostas observaram, apenas conhecer o "fator de carga" não é suficiente para prever as tensões e deformações na raiz da asa etc. - a distribuição de carga também é importante.
Pode ser útil observar o seguinte:
A "força centrífuga" não é uma força real, no sentido em que é frequentemente aplicada a uma análise do voo de uma aeronave em rotação.
A força gravitacional (peso) atua com uma força igual por unidade de massa em cada partícula da aeronave e, portanto, não exerce tensões ou tensões na estrutura da aeronave.
No entanto, não é incomum ouvir a "carga inercial" atuando na aeronave como um todo sendo descrita como a soma vetorial combinada de "força centrífuga" e força gravitacional. Se isso é verdadeiramente "preciso" ou "impreciso" pode, até certo ponto, ser uma questão de opinião ou quadro de referência; de qualquer forma, o resultado líquido é sempre exatamente igual em magnitude (mas oposta em direção) à força aerodinâmica líquida sendo gerada pela aeronave. No caso mais restrito, onde todas as forças aerodinâmicas, exceto a elevação, somam zero, a soma da "força centrífuga" e da força gravitacional será igual em magnitude e oposta à direção do vetor de elevação. Em outras palavras, no caso em que a força aerodinâmica líquida é igual ao vetor de sustentação, a "carga inercial" que atua na aeronave como um todo é exatamente igual em magnitude ao vetor de sustentação, que é exatamente igual em magnitude ao " fator de carga "vezes o peso da aeronave.
(Observe que essa concepção de "carga inercial" é um pouco limitada - ela considera efeitos relacionados ao giro, mas não efeitos relacionados à rotação - a diferença raramente será significativa, exceto em casos incomuns, como um giro plano com uma alta taxa de rotação - essas nuances se aplicam apenas a uma discussão sobre a carga inercial que atua em um determinado elemento da aeronave, e não na aeronave como um todo.)
Parece que a pergunta original está usando a frase "carregamento inercial das asas" para descrever a parte da força de sustentação da asa que é absorvida pela aceleração da massa de cada asa e, portanto, não contribui para o momento de flexão para cima agindo em a raiz da asa. Isso seria igual ao peso de cada asa, multiplicado pelo "fator de carga", sendo o "fator de carga" definido como força total de elevação dividida pelo peso total.
Como não sabemos que o centro de sustentação de cada asa é igual ao centro de massa de cada asa, é apenas uma aproximação aproximada dizer que a sustentação "absorvida" pelo "carregamento inercial" de cada asa, calculada como dissemos acima, não contribui para o momento fletor nas raízes da asa.
Como ponto de partida para uma aeronave, o fator de carga é a razão entre a elevação total e o peso total
Uma vez que o aeronave está sujeito a um fator de carga de 2, isso significa que a aeronave, como um corpo completo, está sujeita a um levantamento total igual ao dobro do peso total da aeronave
O elevador produzido é, portanto, 2x (5000 + 1500) = 13000kg
A força descendente que se opõe ao levantamento é o peso total da aeronave que é 6500kg
A força ascendente líquida nas asas é 13000-6500 = 6500kg
Para avaliar intuitivamente o que é fator de carga, observe que, quando o fator de carga é igual a «1», a aeronave não está sujeita a nenhuma aceleração vertical, seu vario é constante
Uma maneira fácil de imaginar esse conceito é entender a ideia de que, quando a aeronave está parada na pista ou estacionada, seu valor de fator de carga é 1.
Nota: Para completar, observe que a resposta está lidando com forças, portanto, todas as unidades acima de Kg referem-se a quilograma-força, caso contrário, você pode multiplicar todos os resultados por «g» para obter Newton.
Por outro lado, a noção de fator de carga também se aplica aos satélites, portanto, «g» deve ser teoricamente considerado uma função variável da altitude.