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Un plano de cola , también conocido como estabilizador horizontal , es una pequeña superficie de elevación ubicada en la cola ( empenaje ) detrás de las principales superficies de elevación de una aeronave de ala fija , así como de otras aeronaves que no son de ala fija, como helicópteros y autogiros . No todos los aviones de ala fija tienen aviones de cola. Los aviones Canards , sin cola y de ala volante no tienen un plano de cola separado, mientras que en los aviones con cola en V el estabilizador vertical , el timón, y el plano de cola y el elevador se combinan para formar dos superficies diagonales en un diseño en V.
La función del plano de cola es proporcionar estabilidad y control. En particular, el plano de cola ayuda a ajustar los cambios en la posición del centro de presión o centro de gravedad causados por cambios en la velocidad y actitud, el consumo de combustible o la caída de carga o carga útil.
Tipos de plano de cola [ editar ]
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 (todos) cola voladora . [1] ( General Dynamics F-111 Aardvark )
A algunas ubicaciones se les han dado nombres especiales:
- Cruciforme : montado en el medio de la aleta ( Hawker Sea Hawk , Sud Aviation Caravelle )
- Cola en T : montada en alto en la aleta ( Gloster Javelin , Boeing 727 )
Fuselaje montado | En forma de cruz | Cola en T | Avión de cola volador |
Estabilidad [ editar ]
Un ala con un perfil aerodinámico convencional contribuye negativamente a la estabilidad longitudinal. Esto significa que cualquier perturbación (como una ráfaga) que levante el morro produce un momento de cabeceo de morro hacia arriba que tiende a levantar el morro más. Con la misma perturbación, la presencia de un plano de cola produce un momento de cabeceo de nariz hacia abajo restaurador, que puede contrarrestar la inestabilidad natural del ala y hacer que la aeronave sea longitudinalmente estable (de la misma manera que una veleta siempre apunta hacia el viento).
La estabilidad longitudinal de una aeronave puede cambiar cuando se vuela "sin manos"; es decir, cuando los controles de vuelo están sujetos a fuerzas aerodinámicas pero no a las fuerzas de entrada del piloto.
Amortiguación [ editar ]
Además de proporcionar una fuerza de restauración (que por sí sola causaría un movimiento oscilatorio), un plano de cola proporciona amortiguación. Esto es causado por el viento relativo que ve la cola cuando la aeronave gira alrededor del centro de gravedad. Por ejemplo, cuando el avión está oscilando, pero está momentáneamente alineado con el movimiento general del vehículo, el plano de cola todavía ve un viento relativo que se opone a la oscilación.
Levante [ editar ]
Dependiendo del diseño de la aeronave y el régimen de vuelo, su plano de cola puede crear una sustentación positiva o una sustentación negativa (carga aerodinámica). A veces se asume que en un avión estable esto siempre será una fuerza descendente neta, pero esto no es cierto. [2]
En algunos diseños pioneros, como el Bleriot XI , el centro de gravedad estaba entre el punto neutral y el plano de cola, lo que también proporcionaba una elevación positiva. Sin embargo, esta disposición puede ser inestable y estos diseños a menudo tienen graves problemas de manipulación. Los requisitos para la estabilidad no se entendieron hasta poco antes de la Primera Guerra Mundial , la era en la que los británicos Bristol ScoutEl biplano ligero fue diseñado para uso civil, con una cola de elevación aerodinámica durante toda su producción hasta los primeros años de la Primera Guerra Mundial y el servicio militar británico de 1914 a 1916, cuando se dio cuenta de que mover el centro de gravedad más hacia adelante permitía el uso de un plano de cola sin elevación en el que la elevación no es nominalmente ni positiva ni negativa, sino cero, lo que conduce a un comportamiento más estable. [3] Ejemplos posteriores de aviones de la Primera Guerra Mundial y en adelante en los años de entreguerras que tenían planos de cola de elevación positiva incluyen, cronológicamente, el Sopwith Camel , el Spirit of St. Louis de Charles Lindbergh , el Gee Bee Model RRacer: todos los aviones con la reputación de ser difíciles de volar, y el biplano de entrenamiento canadiense Fleet Finch de dos asientos más fácil de volar , que posee una unidad de cola aerodinámica de fondo plano similar al anterior Bristol Scout. Pero con cuidado se puede estabilizar un plano trasero elevable. Un ejemplo lo proporciona el interceptor propulsado por cohetes Bachem Ba 349 Natter VTOL , que tenía una cola elevadora y era estable y controlable en vuelo. [4]
En muchos aviones convencionales modernos, el centro de gravedad se coloca por delante del punto neutral . [ cita requerida ] La elevación del ala entonces ejerce un momento de inclinación hacia abajo alrededor del centro de gravedad, que debe ser equilibrado por un momento de inclinación hacia arriba (lo que implica una elevación negativa) desde el plano de cola. Una desventaja es que genera un arrastre de recorte .
Estabilidad activa [ editar ]
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El uso de una computadora para controlar el elevador permite volar aviones aerodinámicamente inestables de la misma manera.
Aviones como el F-16 vuelan con estabilidad artificial. La ventaja de esto es una reducción significativa de la resistencia causada por el plano de cola y una mejor maniobrabilidad.
Mach tuck [ editar ]
A velocidades transónicas, una aeronave puede experimentar un desplazamiento hacia atrás en el centro de presión debido a la acumulación y movimiento de ondas de choque. Esto provoca un momento de lanzamiento de nariz hacia abajo llamado Mach tuck . Es posible que se necesite una fuerza de compensación significativa para mantener el equilibrio, y esto se proporciona con mayor frecuencia utilizando el plano de cola completo en forma de un estabilizador o plano de cola que todo lo vuela.
Control [ editar ]
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Un plano de cola generalmente tiene algunos medios que permiten al piloto controlar la cantidad de sustentación producida por el plano de cola. Esto, a su vez, provoca un momento de cabeceo de morro hacia arriba o hacia abajo en el avión, que se utiliza para controlar el cabeceo del avión.
Ascensor Un plano de cola convencional normalmente tiene una superficie de popa con bisagras llamada ascensor ,
Estabilizador o cola en movimiento Envuelo transónico , las ondas de choque generadas por la parte delantera del plano de cola inutilizan cualquier ascensor. Los británicos desarrollaron una cola en movimiento para el Miles M.52 , pero primero vio un vuelo transónico real en el Bell X-1 ; Bell Aircraft Corporation había incluido un dispositivo de compensación de ascensor que podría alterar el ángulo de ataque de todo el plano de cola. Esto salvó al programa de una costosa y lenta reconstrucción de la aeronave. [ cita requerida ]
Los aviones transónicos y supersónicos ahora tienen planos de cola que se mueven completamente para contrarrestar el encogimiento de Mach y mantener la maniobrabilidad cuando vuelan más rápido que el número crítico de Mach . Normalmente llamado estabilizador , esta configuración a menudo se denomina plano de cola de "todo movimiento" o "todo vuelo".
Ver también [ editar ]
- Sistema de control de vuelo de aeronaves
- Superficies de control de vuelo
- Estabilizador (aeronáutica)
- Cola en T
- Pestaña de recorte
Referencias [ editar ]
- ^ Anderson, John D., Introducción al vuelo , 5ª ed, p 517
- ↑ Burns, BRA (23 de febrero de 1985), "Canards: Design with Care", Flight International , págs. 19-21.
Es un error pensar que los aviones con cola siempre llevan descargas del plano de cola. Por lo general, lo hacen, con los flaps hacia abajo y en las posiciones de cg hacia adelante, pero con los flaps hacia arriba en la cg de popa, las cargas de la cola a gran altura son frecuentemente positivas (hacia arriba), aunque rara vez se alcanza la capacidad máxima de elevación de la cola.
. p.19 p.20 p.21 - ^ Respuestas a los corresponsales, Vuelo, 2 de noviembre de 1916, página 962; "Una" cola elevadora "es aquella que normalmente lleva una cierta cantidad de carga y que, por lo tanto, a menudo se arquea para hacerla más eficiente. Por ejemplo, los planos de cola de los viejos biplanos Farman eran" planos de cola elevado ", y estaban, de hecho, bastante curvados. Por un avión de cola sin elevación se entiende uno que, en la actitud de vuelo normal, no lleva ninguna parte de la carga, sino que simplemente "flota". Este tipo de avión Por lo general, aunque no invariablemente, está hecho de sección simétrica, es decir, es un plano perfectamente plano, construido con una estructura de tubos de acero, o está construido con largueros y nervios a la manera de los planos principales, pero simétrico en sección y convexa en ambos lados. El objeto de la última forma de sección es, por supuesto,para proporcionar una buena forma "aerodinámica" que ofrecerá un mínimo de resistencia. Durante el vuelo, ocurre constantemente que dicho plano de cola se carga momentáneamente, la carga está hacia arriba o hacia abajo según las circunstancias, y luego, por supuesto, el plano de cola ya no es, estrictamente hablando, "sin elevación". ... un plano de cola que no se levanta no es invariablemente simétrico en sección. Algunos diseñadores prefieren una sección en la que la superficie superior sea convexa, mientras que la superficie inferior sea perfectamente plana. Las razones que se aducen generalmente para el empleo de una sección de este tipo son que, como los planos de cola pueden (y, de hecho, con frecuencia lo hacen) trabajar en la corriente descendente de los planos principales, un plano de cola paralelo a la trayectoria de la máquina, o, en otras palabras, paralelo al eje de la hélice,está prácticamente sujeto a una carga que actúa en dirección descendente. Ahora bien, un plano de cola asimétrico como el mencionado anteriormente sigue dando una cierta cantidad de sustentación a un ángulo de incidencia, mientras que la sección simétrica, por supuesto, no daría sustentación cuando la incidencia fuera cero. Por lo tanto, la sección plano-convexa tiende, debido a la ligera elevación sin ángulo de incidencia, a contrarrestar el efecto de la corriente descendente de las alas y, por lo tanto, puede decirse que es equivalente a un plano plano o aerodinámico colocado en un ligero ángulo. al eje de la hélice. El plano de cola del BE2C, como es el caso de la mayoría de las máquinas modernas, es del tipo sin elevación ".no dar ningún impulso cuando la incidencia era cero. Por lo tanto, la sección plano-convexa tiende, debido a la ligera elevación sin ángulo de incidencia, a contrarrestar el efecto de la corriente descendente de las alas y, por lo tanto, puede decirse que es equivalente a un plano plano o aerodinámico colocado en un ligero ángulo. al eje de la hélice. El plano de cola del BE2C, como es el caso de la mayoría de las máquinas modernas, es del tipo sin elevación ".no dar ningún impulso cuando la incidencia era cero. Por lo tanto, la sección plano-convexa tiende, debido a la ligera elevación sin ángulo de incidencia, a contrarrestar el efecto de la corriente descendente de las alas y, por lo tanto, puede decirse que es equivalente a un plano plano o aerodinámico colocado en un ligero ángulo. al eje de la hélice. El plano de cola del BE2C, como es el caso de la mayoría de las máquinas modernas, es del tipo sin elevación ".[1]
- ^ Verde, W .; Aviones de guerra del Tercer Reich , Macdonald y Jane's, 1970.
