Si una aeronave en vuelo sufre una perturbación en el cabeceo que provoca un aumento (o disminución) en el ángulo de ataque , es deseable que las fuerzas aerodinámicas sobre la aeronave provoquen una disminución (o aumento) en el ángulo de ataque para que la perturbación no causar un aumento (o disminución) continuo en el ángulo de ataque. Esta es la estabilidad estática longitudinal .
El margen estático es un concepto utilizado para caracterizar la estabilidad longitudinal estática y la capacidad de control de aviones y misiles.
En el análisis de aeronaves, el margen estático se define como la distancia entre el centro de gravedad y el punto neutral de la aeronave, expresada como un porcentaje de la cuerda aerodinámica media del ala. Cuanto mayor sea esta distancia y más estrecha sea el ala, más estable será la aeronave. Convencionalmente, el punto neutral está detrás del cg, aunque en casos raros (aviones de combate controlados por computadora) puede estar adelante del cg, es decir, ligeramente inestable, para obtener rapidez de respuesta en combate. Una estabilidad longitudinal demasiado grande hace que el avión sea "rígido" en el cabeceo, lo que da como resultado características tan indeseables como la dificultad para obtener el cabeceo de morro hacia arriba necesario al aterrizar.
La posición del punto neutro se encuentra tomando el momento neto algebraico de todas las superficies horizontales, medido desde el morro de la aeronave, de la misma manera que se determina el cg, es decir, la suma de todos esos momentos dividida por su área total. El estabilizador y el elevador dominan este resultado, pero es necesario tener en cuenta todas las superficies como fuselaje, tren de aterrizaje, prop-normal, etc. También es necesario tener en cuenta el centro de presión del ala, que puede mover un mucho hacia adelante y hacia atrás a medida que cambia el ángulo de ataque de una sección de ala de fondo plano (Clark Y), o nada en el caso de secciones autoestabilizadoras como la M6.
El punto neutral en aviones convencionales está a poca distancia detrás del cg ("Las plumas de la flecha deben estar en la parte trasera"); pero en aviones no convencionales como los canards y los de doble ala, como el Quickie, esto no será así. La regla general indicada anteriormente debe mantenerse, es decir, el punto neutral debe estar detrás de la cg, donde sea que esté.
La posición del centro de gravedad está determinada por factores como la posición de las cargas, por ejemplo, pasajeros, combustible, armas, etc .; si dichas cargas pueden variar, por ejemplo, presencia o ausencia de equipaje, municiones, etc .; y cómo se consume el combustible durante el vuelo. La información adicional sobre la posición habitual del punto neutro a popa del centro de gravedad es la estabilidad estática longitudinal . [1] (Para una aeronave, esto puede describirse como margen estático positivo). La respuesta de una aeronave o misil a una perturbación angular, como una perturbación de cabeceo, está determinada por su margen estático.
En el análisis de misiles, el margen estático se define como la distancia entre el centro de gravedad y el centro de presión . Los misiles son vehículos simétricos y si tienen superficies aerodinámicas, también son simétricos.
Para los misiles, el margen estático positivo implica que el vehículo completo hace un momento de restauración para cualquier ángulo de ataque desde la posición de compensación. Si el centro de presión está detrás del centro de gravedad, el momento se restaurará. Para misiles con superficies aerodinámicas simétricas, el punto neutral y el centro de presión son coincidentes y no se usa el término punto neutral.
Relación con la estabilidad y el control de aeronaves y misiles
- Si el centro de gravedad (CG) de una aeronave está por delante del punto neutral, o el CG de un misil está por delante del centro de presión, el vehículo responderá a una perturbación produciendo un momento aerodinámico que devuelve el ángulo de ataque. del vehículo hacia el ángulo que existía antes de la perturbación.
- Si el CG de una aeronave está detrás del punto neutral, o el CG de un misil está detrás del centro de presión, el vehículo responderá a una perturbación produciendo un momento aerodinámico que continúa alejando el ángulo de ataque del vehículo. desde la posición inicial.
La primera condición anterior es la estabilidad estática positiva. En el análisis de misiles, esto se describe como margen estático positivo. (En el análisis de aeronaves, puede describirse como margen estático negativo).
La segunda condición anterior es la estabilidad estática negativa. En el análisis de misiles, esto se define como margen estático negativo. (En el análisis de aeronaves, puede describirse como margen estático positivo).
Dependiendo del margen estático, es posible que los humanos no puedan utilizar las entradas de control de los ascensores para controlar el paso del vehículo. Por lo general, se requieren pilotos automáticos basados en computadora para controlar el vehículo cuando tiene estabilidad estática negativa, lo que generalmente se describe como margen estático negativo.
El propósito de la estabilidad reducida (margen estático bajo) es hacer que una aeronave responda mejor a las entradas del piloto. Una aeronave con un gran margen estático será muy estable y lenta para responder a las entradas del piloto. La cantidad de margen estático es un factor importante para determinar las cualidades de manejo de una aeronave. Para un cohete no guiado, el vehículo debe tener un gran margen estático positivo para que el cohete muestre una tendencia mínima a divergir de la dirección de vuelo que se le dio en el lanzamiento. Por el contrario, los misiles guiados suelen tener un margen estático negativo para una mayor maniobrabilidad.