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 guiñada necesaria. . En algunas aeronaves con alas en flecha, la sección del perfil aerodinámico o el ángulo de incidencia pueden cambiar radicalmente hacia la punta.
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 accidentes aéreos.
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:
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]
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 las aletas) son similares a las formas en planta de las alas .
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:
A algunas ubicaciones se les han dado nombres especiales:
Fuselaje montado | En forma de cruz | Cola en T | Avión de cola volador |
La aleta comprende el estabilizador vertical fijo y el timón. Además de su perfil , se caracteriza por:
Las aletas gemelas se pueden montar en varios puntos:
Montaje en plano de cola | Pluma de cola gemela | Ala montado |
Las configuraciones de aletas inusuales incluyen:
Aletas triples | Aleta ventral |
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 | Cola en V invertida | X-cola |
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]
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 ]
La configuración sin cola más exitosa ha sido el delta sin cola , especialmente para aviones de combate. [ cita requerida ]