Empenaje

Tail section of an aircraft containing stabilizers

El empenaje de un Boeing 747-200

El empenaje ( / ˌ ɑ m p ɪ n ɑ ʒ / o / ɛ m p ɪ n ɪ dʒ / ), también conocida como la cola o cola de ensamblado , es una estructura en la parte trasera de un avión que proporciona estabilidad durante el vuelo , de forma similar a las plumas de una flecha . ^{[1] [2] [3]} El término deriva del verbo empenner del idioma francés que significa " emplumar una flecha".^[4] La mayoría de las aeronaves cuentan con un empenaje que incorpora superficies estabilizadoras verticales y horizontales que estabilizan la dinámica de vuelo de guiñada y cabeceo , ^{[1] [2]} así como superficies de control de la carcasa.

A pesar de las superficies de control efectivas, muchas de las primeras aeronaves que carecían de un empenaje estabilizador eran virtualmente imposibles de volar. Incluso los llamados " aviones sin cola " suelen tener una aleta de cola (normalmente un estabilizador vertical ). Los aviones más pesados ​​que el aire sin ningún tipo de empenaje (como el Northrop B-2 ) son raros y generalmente usan perfiles aerodinámicos de forma especial cuyo borde de salida proporciona estabilidad de cabeceo y alas en flecha hacia atrás , a menudo con diedro para proporcionar la estabilidad de desvío necesaria . En algunas aeronaves con alas en flecha, la sección del perfil aerodinámico o el ángulo de incidencia pueden cambiar radicalmente hacia la punta.

Estructura

Guiñada, cabeceo y balanceo en un avión.

Estructuralmente, el empenaje consta de todo el conjunto de cola, incluida la aleta de cola , el plano de cola y la parte del fuselaje a la que están unidos. ^{[1] [2]} En un avión de pasajeros, estas serían todas las superficies de control y de vuelo detrás del mamparo de presión trasero .

La sección frontal (generalmente fija) del plano de cola se llama estabilizador horizontal y se usa para proporcionar estabilidad de cabeceo. La sección trasera del plano de cola se llama elevador y es un perfil aerodinámico móvil que controla los cambios de cabeceo, el movimiento hacia arriba y hacia abajo del morro de la aeronave. En algunos aviones, el estabilizador horizontal y el elevador son una unidad, y para controlar el tono, la unidad completa se mueve como una sola. Esto se conoce como estabilizador o estabilizador de vuelo completo . ^{[1] [2]}

La estructura de cola vertical tiene una sección frontal fija llamada estabilizador vertical , que se utiliza para controlar la guiñada, que es el movimiento del fuselaje de derecha a izquierda del morro de la aeronave. La sección trasera de la aleta vertical es el timón , un perfil aerodinámico móvil que se utiliza para girar el morro de la aeronave hacia la derecha o hacia la izquierda. Cuando se usa en combinación con los alerones , el resultado es un giro inclinado, un giro coordinado , la característica esencial del movimiento de la aeronave. ^{[1] [2]}

Algunas aeronaves están equipadas con un conjunto de cola que está articulado para pivotar en dos ejes por delante de la aleta y el estabilizador, en una disposición conocida como cola móvil . Todo el empenaje se gira verticalmente para activar el estabilizador horizontal y lateralmente para activar la aleta. ^[5]

El registrador de voz de la cabina del piloto , el registrador de datos de vuelo y el transmisor de localización de emergencia (ELT) a menudo se encuentran en el empenaje, porque la popa del avión proporciona una mejor protección para estos en la mayoría de los choques de aviones.

Recortar

En algunas aeronaves , se proporcionan dispositivos de compensación para eliminar la necesidad de que el piloto mantenga una presión constante sobre los controles del timón o del elevador. ^{[5] [6]}

El dispositivo de recorte puede ser:

• una pestaña de compensación en la parte trasera de los elevadores o timón que actúa para cambiar la carga aerodinámica en la superficie. Generalmente controlado por una rueda de cabina o una manivela. ^{[5] [7]}
• un estabilizador ajustable en el que el estabilizador puede estar articulado en su larguero y levantado de manera ajustable unos pocos grados en incidencia, ya sea hacia arriba o hacia abajo. Generalmente controlado por una manivela de cabina. ^{[5] [8]}
• un sistema de ajuste elástico que utiliza un resorte para proporcionar una precarga ajustable en los controles. Generalmente controlado por una palanca de cabina. ^{[5] [6]}
• una pestaña anti-servo utilizada para recortar algunos elevadores y estabilizadores, así como para aumentar la sensación de fuerza de control. Generalmente controlado por una rueda de cabina o una manivela. ^[5]
• una pestaña de servo que se utiliza para mover la superficie de control principal, así como para actuar como una pestaña de ajuste. Generalmente controlado por una rueda de cabina o una manivela. ^[5]

Las aeronaves multimotor a menudo tienen pestañas de ajuste en el timón para reducir el esfuerzo del piloto requerido para mantener la aeronave recta en situaciones de empuje asimétrico, como las operaciones con un solo motor. ^[7]

Configuraciones de cola

Los diseños de empenajes de las aeronaves pueden clasificarse ampliamente de acuerdo con las configuraciones de las aletas y el plano de cola.

Las formas generales de las superficies de la cola individuales (formas en planta del plano de la cola, perfiles de aletas) son similares a las formas en planta de las alas .

Tailplanes

Artículo principal: plano de cola

El plano de cola comprende el estabilizador horizontal fijo montado en la cola y el elevador móvil. Además de su forma en planta , se caracteriza por:

• Número de planos de cola: de 0 ( sin cola o canard ) a 3 ( triplano de Roe )
• Ubicación del plano de cola: montado alto, medio o bajo en el fuselaje, las aletas o los brazos de cola.
• Estabilizador fijo y superficies elevadoras móviles, o un solo estabilizador combinado o cola volante . ^[9] ( General Dynamics F-111 Aardvark )

A algunas ubicaciones se les han dado nombres especiales:

• Cola cruciforme : los estabilizadores horizontales se colocan a la mitad del estabilizador vertical, dando la apariencia de una cruz cuando se ve desde el frente. Cruciformes colas se utilizan a menudo para mantener los estabilizadores horizontales de la estela del motor, evitando al mismo tiempo muchas de las desventajas de una T-cola . Los ejemplos incluyen Hawker Sea Hawk y Douglas A-4 Skyhawk .
• Cola en T : el estabilizador horizontal está montado en la parte superior de la aleta, creando una forma de "T" cuando se ve desde el frente. Las colas en T mantienen a los estabilizadores fuera de la estela del motor y brindan un mejor control de cabeceo. Las colas en T tienen una buena relación de planeo y son más eficientes en aviones de baja velocidad. Sin embargo, la cola en T tiene varias desventajas. Es más probable que entre en pérdida profunda y es más difícil recuperarse de un giro. Por esta razón,se puede instalarun pequeño estabilizador secundario o un estabilizador de cola más abajo, donde estará al aire libre cuando la aeronave esté en pérdida. ^[10] Una cola en T debe ser más fuerte y, por lo tanto, más pesada que una cola convencional. Las colas en T también tienden a tener una sección transversal de radar más grande. Los ejemplos incluyen Gloster Javelin y McDonnell Douglas DC-9 .

Fuselaje montado

En forma de cruz

Cola en T

Avión de cola volador

Aletas

La aleta comprende el estabilizador vertical fijo y el timón. Además de su perfil , se caracteriza por:

• Número de aletas: generalmente una o dos.
• Ubicación de las aletas: en el fuselaje (arriba o abajo), plano de cola, brazos de cola o alas

Las aletas gemelas se pueden montar en varios puntos:

• Cola gemela Una cola gemela, también llamada cola en H , consta de dos pequeños estabilizadores verticales a cada lado del estabilizador horizontal. Los ejemplos incluyen el Antonov An-225 Mriya , B-25 Mitchell , Avro Lancaster y ERCO Ercoupe .
• Brazo doble Un brazo doble tiene dos fuselajes o brazos, con un estabilizador vertical en cada uno y un estabilizador horizontal entre ellos. Los ejemplos incluyen el P-38 Lightning , de Havilland Vampire , Sadler Vampire y Edgley Optica .
• Ala central montada como en el F7U Cutlass o en las puntas de las alas como en Handley Page Manx y Rutan Long-EZ

Montaje en plano de cola

Pluma de cola gemela

Ala montado

Las configuraciones de aletas inusuales incluyen:

• Sin aleta , como en el McDonnell Douglas X-36 . Esta configuración a veces se denomina incorrectamente "sin cola".
• Múltiples aletas : los ejemplos incluyen Lockheed Constellation (tres), Bellanca 14-13 (tres) y Northrop Grumman E-2 Hawkeye (cuatro).
• Aleta ventral : debajo del fuselaje. A menudo se utiliza además de una aleta convencional como en el ( North American X-15 y Dornier Do 335 ).

Aletas triples

Aleta ventral

Colas V, Y y X

Una alternativa al enfoque fin-y-tailplane es proporcionado por los cola en V y X-cola diseños. Aquí, las superficies de la cola se establecen en ángulos diagonales, y cada superficie contribuye tanto al cabeceo como a la guiñada. Las superficies de control, a veces llamadas timones , actúan de forma diferencial para proporcionar control de guiñada (en lugar del timón) y actúan juntas para proporcionar control de cabeceo (en lugar del elevador). ^[1]

• Cola en V: una cola en V puede ser más ligera que una cola convencional en algunas situaciones y producir menos resistencia, como en el entrenador Fouga Magister , Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk RPV y la nave espacial X-37 . Una cola en V también puede tener una firma de radar más pequeña. Otros aviones con cola en V incluyen el Beechcraft Model 35 Bonanza y el Davis DA-2 . Se puede encontrar una ligera modificación de la cola en V en Waiex y Monnett Moni llamada cola en Y.
• Cola en V invertida: el Predator no tripulado usa una cola en V invertida al igual que el Lazair y el Mini-IMP .
• Cola en Y : una cola en V con una aleta vertical inferior agregada (generalmente utilizada para proteger una hélice de popa), como LearAvia Lear Fan
• X cola: El Lockheed XFV y Convair XFY Pogo tanto contó con colas "X", que se reforzaron y equipado con una rueda en cada superficie de manera que la embarcación podría sentarse en la cola y despegar y aterrizar verticalmente.

Cola en V

Cola en V invertida

X-cola

Cola exterior

SpaceShipOne en el Museo Nacional del Aire y el Espacio de EE. UU.

Una cola exterior se divide en dos, con cada mitad montada en un brazo corto justo detrás y fuera de la punta de cada ala. Comprende estabilizadores horizontales externos (OHS) y puede incluir o no estabilizadores verticales adicionales montados en la pluma (aletas). En esta posición, las superficies de la cola interactúan de manera constructiva con los vórtices de la punta del ala y, con un diseño cuidadoso, pueden reducir significativamente la resistencia para mejorar la eficiencia, sin aumentar indebidamente las cargas estructurales en el ala. ^[11]

La configuración fue desarrollada por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial por Richard Vogt y George Haag en Blohm & Voss . El Skoda-Kauba SL6 probó el sistema de control propuesto en 1944 y, tras varias propuestas de diseño, se recibió un pedido para el Blohm & Voss P 215 pocas semanas antes de que terminara la guerra. ^{[12] [13]} La cola externa reapareció en el Scaled Composites SpaceShipOne en 2003 y SpaceShipTwo en 2010. ^[14]

Avión sin cola

Artículo principal: avión sin cola

La golondrina DH108

Un avión sin cola (a menudo sin cola ) tradicionalmente tiene todas sus superficies de control horizontales en la superficie de su ala principal. No tiene ningún estabilizador horizontal - ya sea plano de cola o canard foreplane (ni tiene una segunda ala en tándem disposición). Un tipo 'sin cola' generalmente todavía tiene una aleta estabilizadora vertical ( estabilizador vertical ) y una superficie de control ( timón ). Sin embargo, la NASA adoptó la descripción 'sin cola' para el novedoso avión de investigación X-36, que tiene un plano delantero canard pero no una aleta vertical. ^{[ cita requerida ]}

The most successful tailless configuration has been the tailless delta, especially for combat aircraft.^{[citation needed]}

See also

• Trijet
• S-duct
• Tail-sitter

References

1. Crane, Dale: Dictionary of Aeronautical Terms, third edition, p. 194. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
2. Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up, p. 10 (27th revised edition) ISBN 0-9690054-9-0
3. Air Transport Association (10 November 2011). "ATA Airline Handbook Chapter 5: How Aircraft Fly". Archived from the original on 10 November 2011. Retrieved 5 March 2013.
4. "Empennage". Oxford Dictionaries Online. Oxford Dictionaries. Retrieved 5 March 2013.
5. Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up, p. 14 (27th revised edition) ISBN 0-9690054-9-0
6. Reichmann, Helmet: Flying Sailplanes, p. 26. Thompson Publications, 1980.
7. Transport Canada: Flight Training Manual 4th Edition, p. 12. Gage Educational Publishing Company, 1994. ISBN 0-7715-5115-0
8. Crane, Dale: Dictionary of Aeronautical Terms, third edition, p. 524. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
9. Anderson, John D., Introduction to Flight, 5th ed, p. 517
10. Ralph D. Kimberlin, Flight Testing of Fixed Wing Aircraft, AIAA 2003, p.380.
11. Kurt W. Muller; "Analysis of a Semi-Tailless Aircraft Design" (Master's thesis), Naval Postgraduate School, US, 2002.[1]
12. Zdenek Titz and Jaroslav Zazvonil; "Kauba's Dwarfs", Flying Review International, Nov 1965, pp.169-172.
13. Pohlmann, Hermann. Chronik Eines Flugzeugwerkes 1932-1945. B&V - Blohm & Voss Hamburg - HFB Hamburger Flugzeugbau (in German). Motor Buch Verlag, 1979 ISBN 3-87943-624-X.
14. Benjamin Darrenougue; "Aircraft Configurations With Outboard Horizontal Stabilizers" (Final year project report), Queens University Belfast, 14 May 2004.[2]