Cola exterior

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

Una cola exterior es un tipo de cola de avión o empenaje que 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). Los diseños de OHS a veces se describen como una forma de avión sin cola .

Las superficies exteriores de la cola están colocadas de modo que interactúen de manera constructiva con los vórtices de la punta del ala para reducir significativamente la resistencia, sin causar dificultades estructurales o de manejo indebidas.

Caracteristicas

Cola exterior

Una cola exterior se encuentra fuera de borda de las puntas del ala principal. Aunque a veces se describe como sin cola , la configuración de la cola exterior difiere de un ala sin cola en que el estabilizador horizontal es discontinuo de la superficie del ala principal, por lo general está más atrás y requiere un brazo corto para sostenerlo. Si se desplaza el ala, entonces el brazo puede ser muy corto y la parte delantera de la cola puede superponerse a la parte trasera del ala. La cola comprende estabilizadores horizontales externos (OHS) y puede incluir o no estabilizadores verticales adicionales montados en la pluma (aletas).

Una punta de ala normal crea un vórtice de arrastre significativo, debido a una corriente de aire que se derrama a su alrededor desde abajo y luego se mueve hacia adentro hacia la región de baja presión sobre la superficie del ala. Estos vórtices pueden llevarse cantidades importantes de energía, aumentando así la resistencia.

En la configuración de la cola fuera de borda, las superficies de la cola se colocan de manera que interactúen de manera constructiva con el lavado hacia arriba detrás de las puntas de las alas y, con un diseño cuidadoso, pueden reducir significativamente la resistencia para mejorar la eficiencia, sin reducir las cualidades de manejo o aumentar indebidamente las cargas estructurales en el ala. ^{[1] [2]}

En comparación con un ala barrida sin cola de envergadura general similar, la cola exterior tiene un brazo de momento mayor que si estuviera unida directamente al ala, mientras que el ala no necesita retroceder tan bruscamente como para tener efectos secundarios indeseables. ^[3]

Los elevadores externos también se pueden utilizar como alerones secundarios, aumentando el área de control efectivo. Esto reduce la variación de carga en el ala durante maniobras críticas como el aterrizaje y permite una mayor carga de diseño para el ala. Esto a su vez permite mayores márgenes de seguridad al aterrizar. ^[3]

Las aletas de cola verticales tradicionalmente brindan estabilidad y control direccional. En la configuración exterior, también pueden mejorar el flujo de aire y contribuir a la eficiencia general, de manera análoga a los winglets . ^[4]

Historia

Modelo del Blohm & Voss P  208.02 propuesto

La configuración fue desarrollada por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial por los diseñadores alemanes Richard Vogt y George Haag en Blohm & Voss . Para probar el sistema de control propuesto, Škoda-Kauba adaptó el diseño del V-6 como SK SL6 en 1944. ^[5]

Blohm & Voss luego incorporó el diseño en la propuesta de caza con motor de empuje P 208 . Aunque no se retomó, los análisis modernos han demostrado que habría sido viable. ^[1] B&V pasó a producir una serie de estudios de diseño y presentaciones de proyectos para aviones de combate similares. ^[6] Entre ellos se encuentran los modelos P 209.01 , P 210 y P 212 . ^[7] B&V finalmente recibió un pedido del caza para todo clima P 215 solo unas semanas antes de que terminara la guerra, por lo que nunca se construyó. ^[8]

Durante finales de la década de 1950 y principios de la de 1960, los ingenieros de la NASA (antes NACA) volvieron a investigar los principios de la cola exterior , como parte de su programa de investigación sobre configuraciones de diseño para vuelos supersónicos. Llevaron a cabo análisis y pruebas de modelos de túnel de viento a velocidades subsónicas y supersónicas. ^{[9] [10] [11] [12] [13]}

JAC Kentfield y sus colegas de la Universidad de Calgary , Canadá , realizaron más estudios extensos a partir de la década de 1990. ^[1]

Burt Rutan de Scaled Composites se interesó en la configuración por su potencial como estabilizador de geometría variable en un avión espacial. Durante la reentrada atmosférica desde el espacio, la cola giraría verticalmente para estabilizar el avión, el resto del cual permanecía horizontal pero caía casi verticalmente. Su primer prototipo, el SpaceShipOne Scaled Composites, salió al aire en 2003. ^[2] Desde entonces, también ha volado en el SpaceShipTwo mejorado .

La cola del motor fuera de borda también se considera un socio natural del concepto FanWing y se lanzó un modelo en 2011. ^{[14] [15]}

Referencias

Notas

1. Muller (2002)
2. Darrenougue (2004)
3. Pohlmann (1982) p.181
4. JAC Kentfield; "Campos de flujo alrededor de las colas de las aeronaves con estabilizadores horizontales fuera de borda", AIAA 2006-860, 44a reunión y exhibición de ciencias aeroespaciales de la AIAA , 9-12 de enero de 2006: "De manera similar, cuando las superficies estabilizadoras verticales se montan por encima de las plumas de soporte de la cola, el El flujo de lavado generado por los vórtices de la punta del plano principal da como resultado la generación de fuerzas de elevación aerodinámicas horizontales que actúan, esencialmente, hacia la línea central de la aeronave, pero también se inclinan hacia adelante, produciendo así un pequeño empuje que tiende a cancelar los arrastres inducidos y por fricción de las superficies verticales. Esto generalmente resulta en un pequeño empuje neto desde las superficies verticales ".
5. Zdenek Titz y Jaroslav Zazvonil; "Kauba's Dwarfs", Flying Review International , noviembre de 1965, págs. 169-172.
6. Pohlmann (1982)
7. Dan Sharp; Luftwaffe: Alas secretas del Tercer Reich , Mortons, 2017, págs.68-73.
8. Pohlmann (1982), p.193
9. William C. Sleeman; "Estudio preliminar de configuraciones de aviones que tienen superficies de cola fuera de borda de las puntas de las alas", RM L58B06, NACA 1958. [1]
10. M. Leroy Spearman y Ross B. Robinson; "Características aerodinámicas de un modelo de avión Canard y fueraborda con cola a un número de Mach de 2,01", RM L58B07, NACA, 1958. [2]
11. Paul G. Fournier; "Características aerodinámicas de un modelo de avión Canard y fueraborda-cola a altas velocidades subsónicas", TN D-102, NACA 1961. [3]
12. Alford, WJ, Jr., Hammond, AD y Henderson, WP: "Características de estabilidad a baja velocidad de un modelo de transporte supersónico con un cuerpo de ala combinado, paneles de ala auxiliares de barrido variable, superficies de cola externas y alta simplificación Dispositivos de elevación ", NASA TM X-802, 1963.
13. Conductor de Cornelius, M. Leroy Spearman y William A. Corlett, "Características aerodinámicas en números de Mach de 1,61 a 2,86 de un modelo de transporte supersónico con un cuerpo de ala combinado, paneles de ala auxiliares de barrido variable, superficies de cola externas y un Número de Mach de diseño de 2,2 ”, NASA TM-X-817 (1963).
14. "tecnología" , FanWing. (recuperado el 5 de enero de 2018): " OHS Development (Outboard Horizontal Stabilizer) La configuración TwinTail desarrollada recientemente, sugerida originalmente por el ex ingeniero principal de conceptos de BAE Systems, George Seyfang, evita el fuerte flujo descendente directamente detrás del ala y aprovecha el flujo ascendente desde la punta del ala vórtices. El nuevo diseño ha aumentado la eficiencia de la aeronave entre un 10 y un 15% y también ha mejorado la estabilidad de cabeceo ".
15. "Julio de 2011: FanWing Modified TwinTail 2011" , News , FanWing (consultado el 5 de enero de 2018): "Después de dos series de pruebas y análisis de túnel de viento de enero a junio de 2011, el prototipo TwinTail recientemente modificado fue probado por primera vez en vuelo el 18 de junio y la mayoría recientemente el 16 de julio de 2011 ".

Bibliografía

• Benjamin Darrenougue; "Configuraciones de aeronaves con estabilizadores horizontales fuera de borda" (Informe final del proyecto), Queens University Belfast, 14 de mayo de 2004. [4]
• Kurt W. Muller; "Analysis of a Semi-Tailless Aircraft Design" (tesis de maestría), Escuela de posgrado naval, Estados Unidos, 2002. [5]
• Pohlmann, Hermann. Chronik Eines Flugzeugwerkes 1932-1945. B&V - Blohm & Voss Hamburg - HFB Hamburger Flugzeugbau (en alemán). Motor Buch Verlag, segunda impresión 1982 ISBN  3-87943-624-X .