Ergonomia y su aplicación en el diseño de aeronaves

No vendre a hablar aqui de que significa ergonomia o que es confort etc.. solo cosas muy puntuales que le sirva a los diseñadores de aeronaves como un punto de inicio.

1. Hablemos de espaciamiento entre las sillas (Pitch).

Las sillas en los aviones están clasificadas de la siguiente manera:

Sillas de Lujo: 37-42 pulgadas de espaciamiento.

Sillas Normal: 32-36 pulgadas de espaciamiento.

Silla Economica: 28-31 pulgadas de espaciamiento.

Las sillas de lujo, son usadas principalmente para los aviones en la sección de primera clase, mientras que las sillas económicas se usan para los aviones preparados para una densidad mayor de pasajeros.

Sin embargo esto no se cumple siempre. En la matoria de las aerolíneas y aviones de pasajeros de primera clase, nos encontramos con un espaciamiento entre sillas de 19 pulgadas (48 centímetros), sin embargo también se usan para la clase turista en algunos jets que tienen un fuselaje muy ancho.

También es posible usar un espaciamiento normal de asientos para permitir colocar una fila mas de asientos al final aun manteniendo asientos de primera clase.

Las sillas usadas en los aviones que vuelan por mucho tiempo, son un poco mas lujosas; con un efecto bastante notable en el peso de la aeronave (lo incrementan).

Las medidas que se mostraran a continuación, las he sacado del libro de torembeek, y se aplican para casi todos los aviones de transporte pero también aplica para:

a. Aviones pequeños de pasajeros: commuters, third level,acrobáticos, normal, etc. en el que se justifica el uso de un diseño simple con sillas colocadas de forma bastante simple. para estos diseños en especial el espaciamientomiento entre sillas debería estar entre 30-36 pulgadas (76-81) centímetros.

b. Aviones de negocios: estos son normalmente decorados con un estilo bastante notable (bonito) y las dimensiones de las sillas son bastante variadas. así que uno puede encontrarse con asientos de 24 pulgadas de esparcimiento (60cm) y también se encuentran aviones con espaciamientos de hasta 36 pulgadas (86-92cm);

pero cuando una avion de negocios se usa para transporte generalmente se reducen los pasillos a 30 pulgadas (76cm)

c. Aviones Privados: los aviones privados generalmente carecen de un pasillo entre las sillas y no hay mucha distancia entre estas. tomando por ejemplo la distancia de los hombros de un ocupante normal, tenemos 20 pulgadas (51 centímetros) a veces hay que dejar solo cinco centímetros de separación entre los ocupantes. quedando entonces la distancia total entre ellos de 46 pulgadas (117cm). bastante pequeño cierto?

Aqui abajo, para los diseñadores que ya esten incluyendo estas medidas en su diseño, les dejo el peso promedio de las sillas.

Clasificacion de Sillas	Medianas / Grandes (Kg)	Pequeñas (Kg)
Luxe single aisle	21.3	18.1
Luxe double aisle	31.8	27.2
Normal single aisle	13.6	10.0
Normal double aisle	25.4	19.0
Normal Triple aisle	35.4	29.0
Economy Single	10.9	9.1
Economy double	21.3	17.7
Economy Triple	29.9	27.2
Commuter Single	-	7.7
Commuter Double	-	13.2
Lightweight seats	-	6.4
Atteandants seats	8.2	6.4

Las sillas se diseñan normalmente para pesos de pasajeros de 170 libras (77kg) como todos sabemos estas sillas estan sometidas a cargas normales, cortantes, y torsoras. sin embargo en las normas FAR y las Britanicas no encontramos fuerzas de torsion.

En la siguiente tabla esta una recopilacion sacada de las normas Britanicas y las FAR.

	Forward	Rearwards	Upwards	downwards	Sideways
FAR 25.561	9g	-	2g	4.5g	1.5g
BCAR D3-8	9g	1.5g	4.5g	4g	2.25g

En la siguiente tabla coloco una recopliacion extraida del libro de torembeek para las sillas. (Sobre derechos de autor, se que este libro no esta traducido aun al español por lo tanto no afecta en nada el mercado de este libro)

Simbolo	Asiento de Lujo	Asiento Normal	Asiento Economico
a	50 (47 - 53)	43,5 (42,5 - 45)	42 (40 - 43,5)
b dos sillas	120 (117 - 123)	102 (100-105)	99 (47-102)
b tres sillas	-	152 (150-160)	145
L	7	5.5	5
h	107 (104-112)	107 (104-112)	99 (92-104)
k	43	45	45
m	20	22	22
n	81 (61-86)	81 (61-86)	81 (61-86)
p/pmax	71/102	69/95	66/90
a/amax	15/45	15/38	15/38

Ergonomia del piloto.

En aviones livianos, no hay forma de establecer estándares de ergonomia, por que se vería afectado el desempeño de la aeronave. esto aplica mas bien a aviones donde el piloto pasara varias horas sentado.

Uno de los factores mas importantes es la ubicación de los pedales. no solo por que hay que mantenerlos abajo para evitar que el piloto se canse, sino que esta forma de llevar las piernas del piloto causa un área húmeda mayor en la sección transversal del avión (o sea mas drag).

acá abajo les dejo una imagen tomada del libro de torembeek; Syntesys of Subsonic Airplane Design.

Notas:

1. La distancia entre las lineas centrales de los pedales es: 20 centímetros mínimo, y 30 centimetros maximo

2. El piso indicado cono linea de referencia arriba, no necesita estar horizontal. sin embargo se debe mantener la altura relativa de los pedales respecto al suelo.

3. Para algunos aviones livianos la silla no puede darse el lujo de tener reclinamiento ajustable, entonces se recomienda que para sillas fijas, el ángulo se ajuste a 13 grados.

Con respecto a las vistas, el ala puede cegar completamente a los pilotos, no encontré restricciones para ello en las FAR.

El ángulo de visión hacia abajo esta limitado solamente por el panel de instrumentos.

Para aviones de transporte se requiere mucho mas que una localización conveniente de los instrumentos en la cabina, la posición relativa del piloto a las ventanas, la forma de la ventana, el nivel de refleccion de la ventana, el color del vidrio, son factores igualmente importantes. los pilotos de todos los tamaños, deben sentirse muy cómodos en la cabina y deben ser capaces de ver el exterior del avion y a la vez mantenerse relajados en una posición (para vuelos en crucero).

Un factor ergonometrico a tener en cuenta es el punto de referencia visual. esto es un punto en el espacio escogido por el diseñador para el avión que sirve como referencia para definir la vista fuera de la aeronave y la posición de la silla.

Aquí hay algunas normas que nos servirán de punto de diseño para una cabina cómoda.

1. El punto de referencia debe estar colocado a no menos de cinco pulgadas detrás de la posición mas hacia atrás de la columna de control longitudinal. (por ejemplo llevar el elevador a la posicion maxima y separar el punto 5 pulgadas desde ahí)

2. el punto de referencia debe estar colocado entre dos planos verticales y estos deben estar en la posición central de la silla.

(ustedes se preguntaran como es posible dejarlo 5 pulgadas atras y que ademas ese punto este ubicado al centro de la silla)

no lo se... a veces no se pueden cumplir todos los requerimientos.

3. Cualquier persona desde 1.63m hasta 1.91m debe caber en la silla. También debe ser capaz de ajustar la silla, y debe ser posible para ella hacer coincidir el punto de referencia con el punto central localizado entre sus ojos.

4. según la SAE (Society of Automotive Engineers), El cojin donde recae el peso de nuestro cuerpo, debe estar colocado a 31 pulgadas y media de el punto de referencia.

5. es por esto que en la mayoría de aviones de transporte, la silla es capaz de ajustarse horizontal y verticalmente mientras que el espaldar de la silla debe seguir teniendo cualidades reclinables.

los pilotos también deben reclinarla a 13 grados cuando es hora de despegue o aterrizaje.

también deben reclinarla a su mínimo ángulo cuando desactivan el piloto automático.

Visibilidad desde la cabina.

Durante el vuelo por referencia visual, los pilotos deben tener una vista clara de una parte determinada del espacio donde vuelan, esta vista debe proporcionarles información adecuada para controlar la trayectoria del vuelo, evitar colisiones con otros aviones u obstáculos.

Para propósitos de diseño, este requerimiento general puede ser evaluado teniendo en cuenta los ángulos mínimos de visión durante crucero, vuelo, despegue, aterrizaje y taxeo. (menos mal torembeek ya hizo esto por nosotros, y F. Maccabee ya lo hizo por el en su libro: Light Aircraft Design HandBook.)

a. Angulos de Vision para Vuelo Horizontal.

Para definir las áreas de visión binocular y azimuthal del piloto, se asumen unos movimientos en la cabeza en un radio aproximado de la mitad del diámetro de una cabeza promedio. estas áreas de visión se miden desde la posición de los ojos con el avión en posición horizontal. por ejemplo en un vuelo recto y nivelado con el piloto mirando hacia el frente, debe ser posible mirar mas de 17 grados hacia abajo y al menos 20 hacia arriba.

Los estándares para las diferentes categorías de aviones, deben asegurar a los pilotos áreas de visión durante despegues, aterrizajes, y el ángulo para ver delante y detrás de la cabecera de la pista debe ser suficiente para permitir al piloto ver la linea de luces sobre una distancia cubierta durante 3 segundos a la velocidad de aterrizaje de la aeronave.

Todo esto debe ser posible cuando el avión va a:

1. 24º de senda de planeo

2. Cuando la altura de decisión sea mínima o 100 pies sobre el suelo.

3. Con un angulo de cabeceo (yaw) de + - 10º

4. Haciendo una aproximación con 1200 metros de pista de forma visual.

5. Cargado con el máximo peso y la posición del centro de gravedad mas desfavorable.

Todo lo anterior era para la FAR 25.

en los requerimientos ingleses BCAR Apéndice numero 2. D4-2 se tienen requerimientos adicionales por ejemplo:

1. Cuando el piloto este en taxeo, debe ser capaz de mirar el suelo a máximo 130 pies de la aeronave pero preferiblemente la distancia debe ser de 50 pies o menos!!! (ni en un carro que estuviese a la altura de la cabina de un avion seria posible)

2. cuando el piloto se encuentra en ascenso, debe ser capaz de ver al menos 10 grados debajo del horizonte. preferiblemente 20 grados. (eso tampoco es posible en un automóvil)

3. Cuando el piloto este aterrizando, debe ser capaz de mirar bajo el horizonte cuando el avión este en la fase mas critica, o sea tocando el suelo.

4. Otra característica deseable seria que el piloto pueda ver la punta del ala de su avión en su ventana lateral.

Cuando se tienen en cuenta todos estos aspectos, el diseñador realmente tiene que ser un "mago" para incorporar esta cantidad de normas de ergonomicas en su diseño, si es el caso de un avión de alta velocidad, con una cabina presurizada, corre el riesgo de encontrar deformaciones considerables en el fuselaje. también si se cumple con todos estos requerimientos el avión tiene una desventaja por el drag. y si aun el diseñador ha encontrado soluciones a todo esto (drag, presurizacion, deformidades). finalmente habrán niveles de ruido inaceptable.

Por lo tanto la mayoría de los aviones de transporte no cumplen con todos estos requerimientos, sin embargo se puede usar estos requerimientos como un punto inicial para el diseño enfocado en ergonomia de su aeronave.