Calculo del Centro de Gravedad (CG)

07 Julio, 2011, 13:54:52

kha29096335

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Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Si desarrolláis aviones sabréis que uno de los puntos y cálculos más importantes es el establecer el Centro de Gravedad, a partir de ahora CG, del avión dentro de los límites adecuados para que el aparato sea lo más estable posible.

Existe cierto margen, dada la geometría alar, en el que se puede establecer con las suficientes garantías. Dentro de ese margen el diseñador puede escoger entre crear un diseño tendente a ser más estable o tendente a que las superficies de control tengan más autoridad sobre el comportamiento del aparato y que éstas necesiten una menor deflexión para imprimir al avión cierta actitud.

Para que un avión sea estable es importante que el CG esté adelantado una cierta cantidad -en unidades lineales- del Punto Neutral, cuanto más adelantado esté, mas estable es, pero esta estabilidad tiene un precio, que a más estabilidad, mas autoridad sobre los elevadores es necesaria para cambiar el angulo de ataque y mantener la altitud. A ese margen se le denomina Margen Estático (ME), y lo ideal es que sea entre un 5% y un 15% de la cuerda media aerodinámica. Cuanto menor es este ME menor es la estabilidad y mayor es la reacción del avión a cambios en las superficies de control de los elevadores, cuanto mayor es el ME, mayor es la estabilidad, pero se requiere deflectar más los elevadores para cambiar / mantener el ángulo de ataque y la actitud.

Todo esto no es ningún problema si estamos diseñando un avión cuyos datos al respecto están publicados, ponemos en Plane Maker el CG en donde el fabricante ha indicado que debería estar y, ya lo tenemos, ¿pero qué ocurre cuando no disponemos de esos datos?, lo que ocurre es que debemos ir probando distintos valores de CG hasta dar con uno que nos dé buenos resultados. Se puede intentar, primero, calcular el centro de gravedad geométrico, y situar el CG en sus alrededores, ese es un buen punto de referencia para empezar, pero normalmente no será el punto adecuado en donde situar el CG y deberemos realizar muchas pruebas hasta afinar.

Recientemente he encontrado en Internet dos herramientas que me han ayudado bastante en esto.

Esta es muy sencilla, partiendo de un dibujo, en vista de planta, en donde se codifican por colores las distintas partes del avión, nos dibuja donde debería estar el CG:
http://www.mh-aerotools.de/airfoils/tools/accalculator.msi

Esta otra es una calculadora on line para el CG y otros valores de interés, mucho más elaborada y más realista y profesional que la anterior, los cálculos se basan en mediciones sobre la geometría alar:
http://adamone.rchomepage.com/cg_calc.htm

Recordad:
- Si al avión le "pesa el morro" es que tenéis el CG demasiado adelantado.
- Si el avión cae plano, el CG esta situado en el punto neutral o extremadamente cerca de él.
- Si el avión entra en pérdida, y lo dejáis que caiga por su propio peso con el motor parado, y cae "de culo", entonces, tenéis el CG demasiado retrasado.

Estos programas os pueden dar la referencia necesaria, si carecéis del dato real, para poder empezar a ir situando con conocimiento el CG en vuestros diseños, y lo que es más importante, os ayudarán a situarlo en diseños de aviones propios, partiendo de la configuración alar de los mismos.

Espero os sean de utilidad. Un saludo.

07 Julio, 2011, 16:00:02

CarlosGarcia

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Gracias Excelente informacion. Muy detallada. Y las herramientas están muy buenas Sonreir

Yo tengo problemas con este 747-8 Intercontinental y creo que el problema es el Centro de gravedad, podrías por favor echarle un vistazo.

http://forums.x-plane.org/index.php?app=downloads&showfile=13122

Gracias

07 Julio, 2011, 17:39:52

kha29096335

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: suministros en 07 Julio, 2011, 16:00:02

Gracias Excelente informacion. Muy detallada. Y las herramientas están muy buenas Sonreir

Le echaré un vistazo, aunque no prometo nada. Me vendría bien un plano de planta del aparato y también los síntomas del problema que le ves.

07 Julio, 2011, 17:46:44

jorduran

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: kha29096335 en 07 Julio, 2011, 13:54:52

Recordad:
- Si al avión le "pesa el morro" es que tenéis el CG demasiado adelantado.
- Si el avión cae plano, el CG esta situado en el punto neutral o extremadamente cerca de él.
- Si el avión entra en pérdida, y lo dejáis que caiga por su propio peso con el motor parado, y cae "de culo", entonces, tenéis el CG demasiado retrasado.

No se si estoy con demasiado calor o lo entiendo al revés, si le pesa el morro (que así lo hacia en aeromodelismo) es que el centro está atrasado, y así "cae" de morro

Un buen aterrizaje es el que sales andando.
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07 Julio, 2011, 18:18:55

CarlosGarcia

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: kha29096335 en 07 Julio, 2011, 17:39:52

Cita de: suministros en 07 Julio, 2011, 16:00:02

Gracias Excelente informacion. Muy detallada. Y las herramientas están muy buenas Sonreir

Le echaré un vistazo, aunque no prometo nada. Me vendría bien un plano de planta del aparato y también los síntomas del problema que le ves.

Gracias por responder.

El problema esta mas que todo a baja velocidad, es decir en las aproximaciones finales. Por ejemplo si el avión viene a 200 kts y debes bajar a 180 kts, entonces la NARIZ del avión se sube rápidamente y luego baja de igual forma. Si por ejemplo ya esta en el GS te hace que pierdas el GS.

En la aproximación a QUITO Ecuador SEQU, pista 35 el avión debe realizar una vuelta muy cerrada y luego enfilar a la pista 35, si la vuelta la das a muy baja velocidad con este 747 cargado, pues vas a tener problemas, entonces la vuelta la das a 190 a 200 kts y una vez enfilas hacia la pista debes reducir rápidamente la velocidad para interceptar el LOC y el GS, pero el movimiento tan brusco que el avión realiza al momento de disminuir la velocidad lo hace prácticamente incontrolable.

Puedes ver información en Ingles sobre la Aproximación a Quito ecuador, que por cierto deberían intentarla es bastante complicada y es una forma de reto.

Post http://forums.x-plane.org/index.php?showtopic=52750&st=0
Carta de Aproximación : http://www.2shared.com/photo/Ap0E6Vt-/SEQU.html
Carta Completa : http://www.2shared.com/document/nSQKej1q/SEQU.html

Foto del mapa de X plane
http://forums.x-plane.org/index.php?showtopic=23517&view=findpost&p=585798

Gracias

Carlos Garcia

07 Julio, 2011, 18:20:16

kha29096335

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: jorduran en 07 Julio, 2011, 17:46:44

Cita de: kha29096335 en 07 Julio, 2011, 13:54:52

No se si estoy con demasiado calor o lo entiendo al revés, si le pesa el morro (que así lo hacia en aeromodelismo) es que el centro está atrasado, y así "cae" de morro

A lo mejor soy yo el que lo ha explicado dándole la vuelta. Igual entendemos lo contrario por adelantado / retrasado.

Según lo que he visto y podido leer, mucho margen estático hace que los aviones sean pesados de morro, mientras que poco margen estático los hace pesados de cola, bajos margenes dan lugar a posiciones del CG mas cercanas a la cola mientras que altos margenes dan lugar a posiciones del CG mas cercanas al morro. Es decir, CGs adelantados -más cercanos al morro- producen aviones pesados de morro y lo contrario.

Todo eso según la información de la que dispongo y pruebas empíricas.

07 Julio, 2011, 19:51:02

jorduran

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: kha29096335 en 07 Julio, 2011, 18:20:16

Cita de: jorduran en 07 Julio, 2011, 17:46:44

Cita de: kha29096335 en 07 Julio, 2011, 13:54:52

No se si estoy con demasiado calor o lo entiendo al revés, si le pesa el morro (que así lo hacia en aeromodelismo) es que el centro está atrasado, y así "cae" de morro

Aplicando "mi" lógica en aeromodelos, si adelantas el dentro de gravedad, el mayor peso recae en la cola, que baja, imaginándo un avión colgado por su teórico centro de gravedad, aproximado 1/3 de la cuerda alar, debe de quedar "ligeramente" caido de morro, con ello se evita que tenga una actitud de llevar el morro elevado, por defecto. Esos calores Girar ojos

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07 Julio, 2011, 20:36:32

kha29096335

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: jorduran en 07 Julio, 2011, 19:51:02

Cita de: kha29096335 en 07 Julio, 2011, 18:20:16

Cita de: jorduran en 07 Julio, 2011, 17:46:44

Cita de: kha29096335 en 07 Julio, 2011, 13:54:52

No se si estoy con demasiado calor o lo entiendo al revés, si le pesa el morro (que así lo hacia en aeromodelismo) es que el centro está atrasado, y así "cae" de morro

Pues puede que me haya hecho un lio y tal... pero con la calculadora esa on line, si pones margenes estáticos altos, te calcula el CG más adelantado del punto neutral que si pones margenes estáticos bajos, para los cuales lo retrasa AFT más cerca del punto neutral.

Y si en Plane Maker adelantas el CG, el avión caera de morro rápidamente y, según donde lo pongas será imposible elevarlo ni con los elevadores a tope. Si lo pones AFT el avión cae "de culo", luego o los conceptos están cambiados en algún sitio o no hablamos de lo mismo, me tiene mosca el asunto.


« Última modificación: 07 Julio, 2011, 21:57:47 por kha29096335 »

08 Julio, 2011, 10:08:55

kha29096335

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: jorduran en 07 Julio, 2011, 19:51:02

A ver si esta explicación resuelve el lio (o lo lía mas, a saber)...

Efectívamente el CG de un modelo es aquél punto en el que, si lo cuelgas de un hilo, dicho modelo permanece en posición de equilibrio horizontal, es decir, físicamente es aquel punto en el que el momento de las fuerzas es cero. Ese es el CG neutral, si lo dejas ahí, no se trata de un avión ni estable ni inestable. Si cuelgas un avión de aeromodelismo de un hilo y cae de morro o de cola, no es que el CG esté adelantado o retrasado, es que no has colocado el hilo en el CG del avión. Solo hay una forma de variar el CG (o centro de masas si el campo gravitatorio es uniforme), se varía lastrando el modelo.

Es incorrecto decir que adelantando el CG el avión cae de cola porque le pesa más (en realidad lo que quieres decir es que el momento es mayor, la cola le pesa lo mismo siempre), el avión cae de cola si adelantas el punto de atadura del hilo con el que lo cuelgas con respecto al CG, que es invariable excepto que lastres el modelo. Lastra el morro y, habiendo colgado el modelo de más adelante, este se equilibrará de nuevo, porque lastrando estas adelantando el CG, de modo que cuando coincida con la atadura del hilo, el modelo estará en equilibrio horizontal.

Lo ideal es que un avión caiga ligeramente de morro desde una posición de reposo y caída libre horizontal, esta situación lo hace más estable, menos sensible a cambios de actitud (pitch). Para conseguir esto lo que se hace es lastrar el morro, lo que conlleva implícitamente adelantar el CG, porque teniendo en cuenta ese lastre, para mantener el avión en equilibrio horizontal, habría que mover el hilo que lo sostiene más hacia adelante, incrementando la distancia entre el CG y el estabilizador de cola, de modo que el momento de fuerzas se equilibre de nuevo teniendo en cuenta el lastre agregado al morro. Mucho lastre en el morro, es decir, un CG muy adelantado (incorrectamente adelantado), hace que el avión entre en una perdida no recuperable, porque la autoridad del elevador será insuficiente para levantar el morro.

Del mismo modo, para hacer un avión menos estable, más sensible a cambios de pitch, lo que hay que hacer es lastrar la cola, de modo que para conseguir el equilibrio horizontal habría que mover el hilo AFT, es decir, retrasar el CG. Aviones con el CG retrasado reaccionan mucho a poca entrada del estabilizador, de modo que son más maniobrables, pero menos estables. Un CG extremadamente retrasado hace que un avión entre en perdida "hacia atrás".

Un CG no esta mal establecido si está adelantado o retrasado, el que esté bien establecido o no depende de si está dentro de un margen de seguridad denominado margen estático. Siempre y cuando nos movamos dentro de ese margen el que el CG esté bien o mal depende más de la opinión y gustos del piloto o del rol que vaya a desempeñar el avión.

Típicamente, aviones de entrenamiento, entrenadores y de aprendizaje tienen el CG adelantado, para que sea más fácil recuperarse de pérdidas al no tender a caer hacia atrás y al amortiguar errores en el manejo de los controles del pitch. Aviones de combate, competición, acrobáticos, etc, tienden a tener el CG retrasado para tener un control muy sensible sobre el pitch.

Edito para aclarar una cosilla que me he dejado:
Yo, cuando me refiero a que al avión le "pesa el morro" a lo que me refiero es que "le pesa el morro" desde el punto de vista del pilotaje, es decir, cuando hay que aplicar bastante autoridad a los elevadores para aumentar el pitch. Eso ocurre si diseñamos el avión con la intención de que sea estable y nos pasamos de rosca adelantando el CG -lastramos en demasía el morro-.


« Última modificación: 08 Julio, 2011, 11:13:09 por kha29096335 »

08 Julio, 2011, 18:07:15

jorduran

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Vale, conceptos distintos (palabras) pero el resultado es "parejo".

Si lastro el morro, evidentemente en C.G. se adelanta respecto al CG "teórico" Giñar

Un buen aterrizaje es el que sales andando.
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09 Julio, 2011, 17:31:31

#10

kha29096335

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: suministros en 07 Julio, 2011, 18:18:55

El problema esta mas que todo a baja velocidad, es decir en las aproximaciones finales. Por ejemplo si el avión viene a 200 kts y debes bajar a 180 kts, entonces la NARIZ del avión se sube rápidamente y luego baja de igual forma. Si por ejemplo ya esta en el GS te hace que pierdas el GS.

He estado probando ese avión un tiempo. El CG creo que lo tiene bien establecido en principio. Yo todavía no he experimentando esos cambios bruscos de pitch al decelerar, pero tengo que probarlo más. Lo que si tiene es una grán capacidad de sustentación, y sube a nada que abramos gases, de modo que es muy sensible a cambios de thrust.

10 Julio, 2011, 01:32:34

#11

CarlosGarcia

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: kha29096335 en 09 Julio, 2011, 17:31:31

Cita de: suministros en 07 Julio, 2011, 18:18:55

Gracias por tu ayuda... si ya he estado investigando un poco y creo que el problema es la sensibilidad del thrust... Donde le puedo cambiar eso en el Plane Maker

De antemando gracias por tu tiempo y ayuda.

Carlos

10 Julio, 2011, 10:07:22

#12

kha29096335

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Re: Calculo del Centro de Gravedad (CG)

Cita de: suministros en 10 Julio, 2011, 01:32:34

Pues lo cierto es que es muy, muy complicado, porque no hay una sola cosa que afecte, si no la combinación de varias. Puedes probar lo siguiente o una combinación de esto y probar y probar y volver a probar, dado que se va a tratar más de un proceso de prueba y error que cualquier otra cosa.

-Reducir la potencia de los motores.
-Establecer los parámetros de un posible FADEC.
-Variar el ángulo de ataque de las alas.
-Configurar en Expert->Special Stability->Autopilot los parámetros respecto al empuje y a la predicción de la velocidad.

La última opción no te corregirá el efecto cuando pilotes en manual.

Pero, claro, todo esto solo si el avión real no se comporta así. Pensemos que nosotros, cuando usamos el simulador, como su propio nombre indica, estamos simulando la realidad, no se trata de hacer que un avión se comporte de otra manera que nos guste más, se trata de conseguir que el modelo virtual se comporte como el real o lo más parecido posible y que ello nos obligue a pilotarlo lo más similar posible a como un piloto real lo pilota.

Saludos.

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