Balloon Safety Tips false lift .shear & rotors - FAA-P-8740-39 AF0-800-0582
Fuente: Balloon Safety Tips false lift .shear & rotors - FAA-P-8740-39 AF0-800-0582
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El propósito de esta serie de publicaciones es proporcionar al público de la aviación general información que pueda mejorar las operaciones de las aeronaves y la seguridad operativa. Debido a la creciente actividad con globos y el aumento de accidentes que involucran globos, los consejos de seguridad para pilotos de globos se incluirán en la serie de folletos del Programa de Prevención de Accidentes.
Este artículo, contribuido por la Albuquerque Aerostat Ascension Association, fue escrito por el Sr. Robert L. Ruppenthal, ex Ingeniero Jefe de Diseño e Investigación y Desarrollo para Thunder Hot-Air Balloons y autor de varios artículos sobre seguridad en las operaciones con globos.
BALLOON SAFETY TIPS / CONSEJOS DE SEGURIDAD PARA GLOBOS
Los globos responden a diversas corrientes de aire en mayor grado que otras aeronaves. Excepto por retrasos momentáneos en los que la inercia de la masa del globo resiste la energía de una nueva corriente de aire, la trayectoria de vuelo de un globo en equilibrio refleja exactamente la dirección y velocidad de la corriente de aire en la que está operando. Este simple hecho de la operación de globos es cierto para el movimiento horizontal (el tipo que nos gusta para volar), vertical y corrientes de aire rotatorias (cuando la Madre Naturaleza vuela). Este artículo trata sobre volar con la Madre Naturaleza e incluye algunos consejos sobre qué hacer cuando el vuelo de la Madre Naturaleza se vuelve demasiado emocionante.
FALSE LIFT / FALSE LIFT (SUSTENTACIÓN FALSA)
El False lift (sustentación falsa) es un fenómeno aerodinámico que ocurre durante la aceleración inicial del globo. Un globo parado en el viento actúa como un obstáculo para el flujo de aire normal causando que la velocidad del viento aumente en la superficie del globo. Cambiar la velocidad del viento causa una conversión de presión a presión de velocidad (la presión estática disminuye y la presión de velocidad aumenta), lo que resulta en false lift. Durante el lanzamiento, el false lift se acopla con las fuerzas de sustentación normales del globo para causar que el globo despegue.
El problema con tener false lift es que desaparece cuando el globo alcanza la velocidad del viento. Listo o no, la false lift se disipa rápidamente después del despegue, causando que el piloto tenga que aplicar calor constantemente para ganar real lift (sustentación real) antes de que la aceleración sea completa. En un sentido práctico, el false lift no plantea ningún problema operativo hasta que la velocidad del viento excede aproximadamente las 10 mph.
El false lift es inevitable en un despegue con viento rápido y un desafío para el piloto de globo. Simultáneamente, el piloto debe vigilar la operación del quemador (burner), la tela, controlar a la tripulación, evaluar la preparación física del globo para el vuelo y juzgar la sustentación. La confusión por el ruido del quemador, las demandas de los pasajeros y la tripulación, y la sacudida física causada por la barquilla arrastrándose por el suelo pueden sobrecargar rápidamente a un piloto no preparado.
El piloto debe prepararse, inspeccionar y equipar el globo cuidadosamente antes del inflado para minimizar las tareas requeridas durante el inflado y antes del despegue. Este procedimiento es necesario para asegurar que el globo sea seguro en caso de que el despegue ocurra inesperadamente. El piloto siempre debe asumir que el false lift está presente durante el despegue, que la sustentación de la envuelta es inadecuada y continuar calentando hasta que la aceleración del globo sea completa y se establezca una tasa de ascenso positiva.
Durante el despegue y la aceleración no es posible diferenciar entre sustentación real y false lift. La mejor política es calentar más allá de la temperatura de equilibrio y luego ventilar si es necesario para mantener una tasa de ascenso cómoda. El false lift es más fácil de superar cuando la salida del quemador es alta, por lo tanto, la presión es la mejor información disponible para juzgar la capacidad del globo para superar el false lift.
Los quemadores pequeños en envueltas grandes son obviamente una mala elección de equipo para operaciones con viento rápido. Obviamente, el campo de despegue es importante en operaciones con viento rápido. Las obstrucciones a favor del viento requieren una distancia adicional dependiendo de la velocidad del viento debido a la reducida tasa de ascenso inicial del globo después de perder el false lift.
LAUNCHING WITH FALSE LIFT / LANZAMIENTO CON FALSE LIFT (SUSTENTACIÓN FALSA)
Fase 1: El globo está distorsionado y a bajo volumen. La sustentación falsa es máxima. El quemador debe operar continuamente.
Fase 2: El globo tiene una burbuja caliente en la corona. El globo está inhalando aire frío. La sustentación falsa está disminuyendo.
Fase 3: El globo está completamente inflado. El equilibrio ha ocurrido. La sustentación falsa es cero.
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LAUNCHING WITH FALSE LIFT / LANZAMIENTO CON FALSE LIFT (SUSTENTACIÓN FALSA) |
WIND SHEAR / WIND SHEAR (CORTANTE DE VIENTO)
El Wind shear (cortante de viento) es un fenómeno que se asemeja al false lift de muchas maneras. La diferencia principal es que el globo está en el aire y puede estar acelerando o desacelerando. En un sentido práctico, no hay diferencia entre aceleración o desaceleración ya que el globo es simétrico y responde uniformemente al flujo de aire en cualquier dirección. La diferencia real desde el punto de vista de un piloto es la ubicación de la ocurrencia. El false lift ocurre desde una posición conocida seleccionada por el piloto.
Las ubicaciones de la cortante de viento son usualmente desconocidas para el piloto, lo que puede aumentar el peligro. Recuerdo un aterrizaje ventoso que fue terminado expeditamente por una fuerte cortante de viento desacelerante. En ese momento mi globo no estaba equipado con un faldón (skirt). El viento había aumentado inesperadamente a una fuerza de unas 25 a 30 mph. En una aproximación previa golpeé accidentalmente un banco y un árbol causando que la válvula de desinflado se abriera sobre 3 paneles. Francamente, estaba asustado, nervioso y excitado y probablemente no pensando con demasiada claridad.
Estaba volando bajando un valle de río y los sitios de aterrizaje eran típicamente pequeños y rodeados por árboles. Decidí descender a la elevación de la copa de los árboles para estar listo cuando apareciera un sitio de aterrizaje adecuado. No tenía la experiencia suficiente para darme cuenta de que fuertes cortantes están típicamente presentes justo por encima de la línea de árboles. La cortante destruyó la sustentación del globo y descendí a través de los árboles y hacia un pequeño claro. Golpeamos fuerte pero no hubo daño a los ocupantes o al globo. Aprendí 3 grandes lecciones ese día. Primero, las partes superiores de velcro no están garantizadas por la vida de la envuelta. Segundo, las cortantes de viento pueden desinflar el globo lo suficiente como para perder el control. Tercero, que los faldones son una necesidad porque te permiten calentar durante una cortante.
Examinemos qué está sucediendo dinámica y termodinámicamente a la envuelta en una cortante de viento. La reacción inicial de la envuelta a una cortante de viento es distorsionarse y ganar false lift. El false lift ocurre instantáneamente y es momentáneamente beneficioso. La distorsión ocurre un poco más lento y es proporcional al peso bruto del globo, el volumen de la envuelta y la fuerza de la cortante. No hay evidencia que sugiera que un diseño de envuelta sea más resistente a las fuerzas de cortante de viento que otro. El efecto de la distorsión es reducir el volumen de la envuelta causando exhalación a través de la garganta seguida de inhalación de aire frío, ciclo que ocurre varias veces.
Cada ciclo de distorsión hace que la temperatura promedio de la envuelta disminuya debido a la inhalación de aire frío. La tasa de transferencia de calor de la envuelta del globo también se incrementa enormemente. La cortante de viento barre la capa de aire muerto que yace en la superficie de la envuelta. Esta capa de aire muerto, o capa límite (boundary layer), representa un aislamiento significativo para la envuelta. Cuando la capa límite es barrida por una ráfaga, la pérdida de calor de la envuelta casi se duplica. Para ver esto en perspectiva, la pérdida de calor actúa como si hubieras duplicado la carga en lo que a la operación del globo se refiere. El resultado neto es una disminución significativa en la sustentación.
Mencioné que la reacción de la envuelta a la cortante también depende de la presión interna. La presión interna de la envuelta del globo es directamente proporcional a su vida. La presión limitante es una función de la altura de la envuelta. Dada una carga idéntica, una envuelta pequeña tendrá una presión interna más alta que una envuelta más grande. Una envuelta grande, cargada a su peso bruto nominal, tendrá una presión interna más alta que una envuelta pequeña cargada a su peso bruto nominal ¿Qué significa todo esto para un piloto? Simplemente que un globo ligeramente cargado se distorsionará más que un globo pesadamente cargado cuando encuentra una cortante o ráfaga porque la presión interna ofrece la única resistencia a esas fuerzas del viento.
Hay un peligro serio para el vuelo asociado con la cortante de viento que podría pasarse por alto fácilmente. Una ráfaga de cortante pesada puede desplazar el eje vertical del globo. Este desplazamiento de la vertical puede ser extremo, quizás tanto como 30 a 40 grados en turbulencia severa. Si el quemador está operando en el momento en que la envuelta se desplaza, pueden ocurrir daños estructurales severos en la garganta. El daño estructural es la pérdida de tela; la tela no es significativa en el área de la garganta porque no hay presión interna.
El daño estructural es la pérdida de cintas de carga o cuerdas. La gravedad de este problema no se visualiza fácilmente. El escenario involucra la pérdida de sustentación y por lo tanto presión en la envuelta y la pérdida de dos o más cintas de carga o cuerdas. Cuando los elementos de carga se queman liberan la tela de esa porción de la envuelta ya no soportada. Si la garganta de la envuelta es baja o negativa la presión de la tela se reposiciona dentro de la garganta del globo bloqueando el quemador de la envuelta. A medida que comienza el vuelo descendente del globo, la presión de velocidad creada por la tela soportada causando que cierre la garganta aún más.
En este punto, probablemente sobre 1500 pies/min, la fuerza sobre la tela se vuelve tan grande que la tela se desgarra. Este enorme colgajo interno de tela efectivamente divide el globo desde el interior. Este es un fallo conocido que ha contribuido a al menos un accidente fatal de globo. ¿Consejo? No use quemadores montados en consola en aire turbulento o vientos fuertes porque tiene demasiado impulso residual. En turbulencia y cortantes esté listo para apagar el quemador inmediatamente. Cuando esté en altitud es rara vez urgente mantener el equilibrio; por lo tanto, no hay razón particular para operar el quemador cuando una distorsión de envuelta pesada está presente. Tenga en cuenta que las altas presiones del quemador pueden causar que la llama alcance la tela distorsionada en el lado de la envuelta y resulte en daño mayor.
WIND SHEAR HAZARD AT LANDING / PELIGRO DE CORTANTE DE VIENTO EN EL ATERRIZAJE
Datos de pérdida de calor:
Interior (Aire quieto): "R1" = 1.60
Tela de la envuelta: "R2" = 0
Exterior (Aire quieto): "R3" = 1.60 o 0.25 a 7 1/2 MPH
Cálculo en aire quieto (R1 + R2 + R3) = 3.20 BTU/Hr, Ft²
Cálculo con viento de 7 1/2 MPH (R1 + R2 + R3) = 1.85
Pérdida de calor total a 0 viento: 4,250,000 BTU/HR
Pérdida de calor total a 7 1/2 MPH viento: 7,351,000 BTU/HR
Efecto terminal de la cortante de viento: Casi el doble de pérdida de calor.
ROTOR / ROTOR
Los vientos de rotor están asociados con terreno montañoso y fuertes vientos en altura. Los vuelos en montaña deben anticipar vientos de rotor y, en particular, cuando los pronósticos de viento en altura (winds aloft) exceden los 15 nudos en la altitud del pico de la montaña. La predicción de vientos de rotor no es una ciencia bien desarrollada. Típicamente un viento de rotor tendrá fuerzas que exceden el rendimiento del globo. El flujo de aire descendente por lo tanto llevará al globo al suelo incluso con la envuelta a temperatura de línea roja (red line). Además, es difícil escapar de un rotor. El único escape aparente es subiendo a través de la parte superior.
El segmento vertical del rotor mejora el rendimiento del globo. Una buena tasa de ascenso en la parte superior del rotor forzará al globo a salir por la parte superior por inercia. Una vez que el área del rotor está definida, el área puede evitarse limpiándola a gran altitud. Una altitud segura aproximada es de 3 a 4 mil pies por encima del terreno más alto. Sorprendentemente, los vientos de rotor pueden estar completamente libres de turbulencia; sin embargo, esto no siempre es cierto. Afortunadamente, el vuelo en globo sobre montañas no es el vuelo típico. Aquellos que eligen volar en montañas deben darse cuenta de que hay serios peligros que pueden superar el paisaje; los rotores son solo uno de esos peligros.
BALLOON FLIGHT IN ROTOR WIND / VUELO DE GLOBO EN VIENTO DE ROTOR
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| BALLOON FLIGHT IN ROTOR WIND / VUELO DE GLOBO EN VIENTO DE ROTOR |
Sustentación mecánica: El aire sube por la montaña.
Posible calma: En la cima o justo después.
Zona turbulenta: Donde el aire se rompe tras la cima.
Escape: Trayectoria ascendente fuerte para salir.
Zona de cortante: Interacción entre el aire del rotor y el viento predominante.
Calor para ascender (Heat to climb): Necesario para escapar.
Temperatura de equilibrio: Estado normal antes de la crisis.
Calor a línea roja (Heat to redline): Intento máximo de ascenso en la zona descendente del rotor.
Zona de Rotor: El área de circulación peligrosa.
Línea roja de montaña: Límite térmico o de seguridad en este entorno.