Un estabilizador de aeronave es una superficie aerodinámica, que típicamente incluye una o más superficies de control móviles , [1] [2] que proporciona estabilidad y control longitudinal (cabeceo) y / o direccional (guiñada). Un estabilizador puede presentar una estructura fija o ajustable sobre la que se articulan las superficies de control móviles, o puede ser en sí mismo una superficie totalmente móvil, como un estabilizador . Dependiendo del contexto, "estabilizador" a veces puede describir solo la parte frontal de la superficie general.
En la configuración de aeronave convencional, los estabilizadores verticales (aletas) y horizontales ( plano de cola ) separados forman un empenaje colocado en la cola de la aeronave. Otras disposiciones del empenaje, como la configuración de cola en V , cuentan con estabilizadores que contribuyen a una combinación de estabilización y control longitudinal y direccional.
La estabilidad y el control longitudinal pueden obtenerse con otras configuraciones de ala, incluidas las aeronaves canard , ala en tándem y sin cola .
Algunos tipos de aeronaves se estabilizan con control de vuelo electrónico ; en este caso, las superficies fijas y móviles ubicadas en cualquier lugar a lo largo de la aeronave pueden servir como amortiguadores o estabilizadores de movimiento activo.
Estabilizadores horizontales [ editar ]
Se utiliza un estabilizador horizontal para mantener la aeronave en equilibrio longitudinal, o compensación : [3] ejerce una fuerza vertical a una distancia de modo que la suma de los momentos de cabeceo alrededor del centro de gravedad es cero. [4] La fuerza vertical ejercida por el estabilizador varía con las condiciones de vuelo, en particular según el coeficiente de sustentación de la aeronave y la deflexión de los flaps, que afectan a la posición del centro de presión y a la posición del centro de gravedad de la aeronave (que cambios con la carga de la aeronave y el consumo de combustible). Transonicel vuelo impone exigencias especiales a los estabilizadores horizontales; cuando la velocidad local del aire sobre el ala alcanza la velocidad del sonido, se produce un movimiento repentino hacia atrás del centro de presión .
Otro papel de un estabilizador horizontal es proporcionar estabilidad estática longitudinal . La estabilidad se puede definir solo cuando el vehículo está en compensación; [5] se refiere a la tendencia de la aeronave a volver a la condición de trimado si es perturbada. [6] Esto mantiene una actitud constante de la aeronave, con un ángulo de cabeceo invariable con respecto a la corriente de aire, sin intervención activa del piloto. Asegurar la estabilidad estática de una aeronave con un ala convencional requiere que el centro de gravedad de la aeronave esté por delante del centro de presión, por lo que un estabilizador colocado en la parte trasera de la aeronave producirá sustentación en la dirección hacia abajo.
El ascensor sirve para controlar el eje de paso; en el caso de una cola completamente móvil , todo el conjunto actúa como una superficie de control.
Interacción ala-estabilizador [ editar ]
La corriente ascendente y descendente asociada con la generación de sustentación es la fuente de interacción aerodinámica entre el ala y el estabilizador, lo que se traduce en un cambio en el ángulo de ataque efectivo para cada superficie. La influencia del ala en una cola es mucho más significativa que el efecto opuesto y puede modelarse utilizando la teoría de la línea de elevación de Prandtl ; sin embargo, una estimación precisa de la interacción entre múltiples superficies requiere simulaciones por computadora o pruebas en túnel de viento . [7]
Configuraciones de estabilizadores horizontales [ editar ]
Plano de cola convencional [ editar ]
En la configuración convencional, el estabilizador horizontal es una pequeña cola o plano de cola horizontal ubicado en la parte trasera de la aeronave. Ésta es la configuración más común.
En muchas aeronaves, el conjunto del plano de cola consta de una superficie fija equipada con una superficie de ascensor en popa con bisagras . Se pueden usar pestañas de compensación para aliviar las fuerzas de entrada del piloto; a la inversa, en algunos casos, como aviones pequeños con estabilizadores en movimiento , se utilizan pestañas anti-servo para aumentar estas fuerzas.
La mayoría de los aviones de pasajeros y de transporte cuentan con un gran plano de cola recortable de movimiento lento que se combina con ascensores de movimiento independiente. Los ascensores son controlados por el piloto o el piloto automático y sirven principalmente para cambiar la actitud de la aeronave, mientras que todo el conjunto se utiliza para compensar (manteniendo el equilibrio estático horizontal) y estabilizar la aeronave en el eje de cabeceo.
Muchos aviones supersónicos cuentan con un conjunto de cola en movimiento, también llamado estabilizador , donde toda la superficie es ajustable. [8]
Las variantes de la configuración convencional incluyen la T-cola , cola cruciforme , Doble cola y Twin-auge montado cola .
Avión de tres superficies [ editar ]
Aviones de tres superficies como el Piaggio P.180 Avanti o los Scaled Composites Triumph y Catbird , el tailplane es un estabilizador como en los aviones convencionales; el plano frontal, llamado plano frontal o canard, proporciona elevación y sirve como superficie de equilibrio.
Algunos aviones anteriores de tres superficies, como el Curtiss AEA June Bug o el biplano Voisin 1907 , tenían un diseño convencional con una superficie de control de cabeceo frontal adicional que se llamaba "ascensor" o, a veces, "estabilizador". [9] Al carecer de ascensores, los planos de cola de estos aviones no eran lo que ahora se llama estabilizadores convencionales. Por ejemplo, el Voisin tenía un diseño de elevación en tándem (alerón principal y alerón trasero) con un plano delantero que no se estabilizaba ni se elevaba principalmente; se llamaba " équilibreur " ("equilibrador"), [10] y se utilizaba como control de tono y superficie de ajuste.
Avión Canard [ editar ]
En la configuración canard , un ala pequeña, o plano frontal , se encuentra en frente del ala principal. Algunos autores lo llaman estabilizador [11] [12] [13] [14] o le dan al plano delantero solo un papel estabilizador, [15] aunque en lo que respecta a la estabilidad de cabeceo , un plano delantero se describe generalmente como una superficie desestabilizadora, [16] el ala principal proporciona el momento estabilizador en el cabeceo.[17] [18] [19]
En aeronaves naturalmente inestables, las superficies de canard pueden usarse como parte activa del sistema de estabilidad artificial y, a veces, se denominan estabilizadores horizontales. [20]
Avión sin cola [ editar ]
Los aviones sin cola carecen de un estabilizador horizontal separado. En un avión sin cola, la superficie estabilizadora horizontal es parte del ala principal. [21] [22] La estabilidad longitudinal en aviones sin cola se logra diseñando el avión de modo que su centro aerodinámico esté detrás del centro de gravedad. Por lo general, esto se hace modificando el diseño del ala, por ejemplo, variando el ángulo de incidencia en la dirección del tramo (ala rotura o torsión ), o mediante el uso de perfiles aerodinámicos de curvatura reflejada .
Estabilizadores verticales [ editar ]
Un estabilizador vertical proporciona estabilidad direccional (o de guiñada ) y generalmente comprende una aleta fija y un timón de control móvil con bisagras en su borde trasero. [23] Con menos frecuencia, no hay bisagras y toda la superficie de la aleta pivota tanto para la estabilidad como para el control. [24]
Cuando una aeronave encuentra una ráfaga de viento horizontal, la estabilidad de guiñada hace que la aeronave gire hacia el viento, en lugar de girar en la misma dirección. [25]
La geometría del fuselaje, las góndolas del motor y las hélices giratorias influyen en la estabilidad estática lateral y afectan el tamaño requerido del estabilizador. [26]
No todos los aviones tienen estabilizador vertical. En cambio, el barrido del ala y el diedro pueden proporcionar un grado similar de estabilidad direccional, mientras que el control direccional a menudo se efectúa agregando resistencia al costado de la aeronave hacia la que se debe girar la aeronave, ya sea en forma de spoilers o alerones divididos.
Estabilización y control direccional sin cola [ editar ]
Aunque el uso de un estabilizador vertical es más común, es posible obtener estabilidad direccional sin un estabilizador vertical discreto. Esto ocurre cuando el ala se desplaza hacia atrás y, en algunos casos, como por ejemplo en el ala Rogallo que se usa a menudo para ala delta , significa que no se necesita ninguna aleta.
- Estabilización. Cuando un ala barrida se gira en guiñada, el barrido del ala exterior se reduce, por lo que aumenta la resistencia, mientras que el barrido del ala interior aumenta, reduciendo la resistencia. Este cambio en la distribución de arrastre crea un momento de restauración.
- Control. Una forma de controlar la guiñada es utilizar el freno de aire diferencial para afectar directamente la resistencia. Esta técnica se adapta a los controles de vuelo electrónicos , como en el ala volante Northrop Grumman B-2 . [27]
Estabilizadores longitudinales y direccionales combinados [ editar ]
En algunos aviones, los estabilizadores horizontales y verticales se combinan en un par de superficies llamadas V-tail . En esta disposición, dos estabilizadores (aletas y timones) están montados a 90 - 120 ° entre sí, [nota 1] dando un área proyectada horizontal más grande que la vertical como en la mayoría de las colas convencionales. Las superficies de control móviles se denominan entonces timones . [28] [nota 2] La cola en V actúa como estabilizador de inclinación y guiñada.
Aunque puede parecer que la configuración de la cola en V puede resultar en una reducción significativa del área mojada de la cola , sufre un aumento en la complejidad del control-actuación, [28] así como una interacción aerodinámica compleja y perjudicial entre las dos superficies. [29] Esto a menudo resulta en un aumento de tamaño en el área total que reduce o niega el beneficio original. [28] El avión ligero Beechcraft Bonanza fue diseñado originalmente con una cola en V.
Existen otros diseños combinados. El avión no tripulado General Atomics MQ-1 Predator tiene una cola en V invertida . Las superficies de la cola del Lockheed XFV podrían describirse como una cola en V con superficies que se extendían a través del fuselaje hasta el lado opuesto. El Lear Fan LearAvia tenía una Y-cola . Todos los arreglos de cola gemela con un ángulo diedro de cola proporcionarán una combinación de estabilización longitudinal y direccional.
Notas [ editar ]
- ^ F-117 Nighthawk , 90 ° - Fouga Magister , 105 ° - Beech Bonanza , 116 °
- ^ Un acrónimo de timón y elevador
Referencias [ editar ]
- ^ Empennage - D. Stinton El diseño del avión , Estabilidad longitudinal - Elevación dinámica de fluidos Hoerner- Ilan Kroo, Diseño de aviones . En consideraciones de estabilidad (tamaño de la cola, área de la cola, coeficiente de volumen del estabilizador), los autores siempre tratan con la unidad completa, que incluye los elevadores. Los términos "cola horizontal" o "cola" se utilizan generalmente en lugar de "estabilizador".
- ^ Roskam, enero (2002). Diseño de avión: Pt. 3 . Lawrence: DARcorporation. pag. 287. ISBN 1-884885-56-X. Consultado el 30 de julio de 2015 .
- ^ Daroll Stinton, El diseño del avión , "Equilibrio longitudinal (ajuste)".
- ^ Phillips, Warren F. (2010). "4.1 Fundamentos del equilibrio estático y la estabilidad". Mecánica de vuelo (2ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley & Sons. pag. 377. ISBN 978-0-470-53975-0.
Cuando los controles se establecen de modo que las fuerzas resultantes y los momentos alrededor del centro de gravedad sean todos cero, se dice que la aeronave está en compensación , lo que simplemente significa equilibrio estático.
- ^ WH Phillips, Una carrera en el Centro de Investigación Langley de la NASA , Capítulo 4, Cualidades de vuelo
- ^ Phillips, Warren F. (2010). "4.2 Estabilidad de cabeceo de un ala curvada". Mecánica de vuelo (2ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley & Sons. pag. 381. ISBN 978-0-470-53975-0.
Para que un avión sea estáticamente estable en rotación, cualquier perturbación en el balanceo, cabeceo o guiñada debe resultar en la producción de un momento de restauración que devolverá al avión al estado de equilibrio original.
- ^ Phillips, Warren F. (2010). "4.3 Análisis simplificado de estabilidad de cabeceo para una combinación de ala-cola". Mecánica de vuelo (2ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley & Sons. pag. 391. ISBN 978-0-470-53975-0.
- ^ "Estabilizador horizontal - elevador" , Guía para principiantes de aeronáutica , Centro de investigación Glenn de la NASA, 13 de septiembre de 2010
- ↑ Gérard Hartmann (12 de mayo de 2003), "Les hydros Farman" (PDF) , Dossiers historiques et técnica aéronautique française ,
le stabilisateur avant sera suprimé en cours d'année ("el estabilizador frontal se quitará durante el año")
- ^ Gabriel Voisin, Mes 10.000 cerfs-volants (Mis 10.000 cometas), página 166: "et je m'apprêtais à tirer sur mon équilibreur ... puis il braqua son équilibreur vers la montée".
- ^ Guarnición, P; " Compañía de Tres "; Flying 129 (12), diciembre de 2002, págs. 85-86: "el estabilizador en la parte delantera" ... "Esta es la función del estabilizador. Si está en la parte trasera, normalmente empuja hacia abajo, y si está en la parte delantera se eleva hacia arriba ".
- ^ Benson, T (Ed): "Partes y funciones del avión" , Guía para principiantes de aeronáutica , Centro de investigación Glenn de la NASA,
En el primer avión del hermano Wright, el estabilizador horizontal se colocó delante de las alas.
- ^ Patente de EE. UU. US 6064923 A , Aeronave con carga de estructura de ala reducida : "... un estabilizador delantero, generalmente conocido como estabilizador de canard",
- ^ "Partes del avión" , Guía para principiantes de aeronáutica , Centro de investigación Glenn de la NASA
- ^ Estabilizador horizontal: elevador , NASA.
En algunas aeronaves, la estabilidad y el control del cabeceo son proporcionados por una superficie horizontal colocada delante del centro de gravedad.
- ^ Por ejemplo, en AIR International, mayo de 1999, p.311, Hoerner y Borst, Fluid Dynamic Lift , páginas 11-29, y páginas 11-33 Delta canard , NASA TM 88354, Una mirada a las cualidades de manejo de las configuraciones canard , p. 14 y Kundu, Aircraft Design , página 92,
- ^ Phillips, Warren F. (2010). "4.6 Análisis simplificado de estabilidad de tono para una combinación Wing-Canard". Mecánica de vuelo (2ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley & Sons. pag. 425. ISBN 978-0-470-53975-0.
... es el ala principal y no el canard lo que proporciona estabilidad para la configuración ala-canard.
- ^ Reunión de diseño, sistemas y operaciones de aeronaves de AIAA / AHS / ASEE: ... - Volumen 2 - Página 309, "Los resultados del momento de cabeceo muestran el efecto estabilizador del ala y el efecto desestabilizador del canard".
- ^ FH Nichols, Los efectos de la ubicación vertical del ala y la disposición de la cola vertical en las características de estabilidad de las configuraciones de los aviones Canard , página 9, "El cuerpo también produce un componente desestabilizador sustancial que está adecuadamente equilibrado por el gran efecto estabilizador del ala".
- ^ El X-29 ... mientras que sus canards (estabilizadores horizontales para controlar el tono) estaban delante de las alas en lugar de en la cola " [1]
- ^ Teoría y práctica del uso de alas voladoras, componentes de Apogee
- ^ Notas sobre la estabilidad y el control de aviones sin cola, Jones, Robert, naca-tn-837, 1941
- ^ Daroll Stinton , El diseño del avión , estabilidad lateral y direccional y giro
- ^ Barnard, RH; Philpott, DR (2010). "10. Control de aeronaves". Vuelo en avión (4ª ed.). Harlow, Inglaterra: Prentice Hall. pag. 271 . ISBN 978-0-273-73098-9.
- ^ Barber, Horatio , "Capítulo II - Estabilidad y control" , The Airplane Speaks , Centro de texto electrónico, Biblioteca de la Universidad de Virginia
- ^ Phillips, Warren F. (2010). "5 Ajuste y estabilidad estática lateral". Mecánica de vuelo (2ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-53975-0.
- ^ Sweetman, Bill (2005). Lockheed Stealth . North Branch, Minnesota: Zenith Imprint. pag. 73. ISBN 0-7603-1940-5.
- ↑ a b c Raymer, Daniel P. (1999). "4.5 Disposición y geometría de la cola". Diseño de aeronaves: un enfoque conceptual (3ª ed.). Reston, Virginia: Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. pag. 78 . ISBN 1-56347-281-3.
- ^ Phillips, Warren F. (2010). "5.5 Efectos de la cola diedro sobre la estabilidad de la guiñada". Mecánica de vuelo (2ª ed.). Hoboken, Nueva Jersey: Wiley & Sons. pag. 533. ISBN 978-0-470-53975-0.
Enlaces externos [ editar ]
- Terminología relacionada con las aeronaves
- Talay, Theodore A. (27 de enero de 2005). "Introducción a la Aerodinámica del Vuelo - Estabilidad y Control" . División de Historia de la NASA . Centro de Investigación de Langley . Consultado el 21 de abril de 2013 .
- "Estabilidad dinámica longitudinal, direccional y lateral" , Centennial of Flight , Centennial of Flight Comisión de EE. UU.
