¿Cómo cambia la autoridad de la superficie de control de vuelo con AOA?

La autoridad de control es una función de la presión dinámica local (el producto de la densidad del aire y la velocidad al cuadrado), la geometría (el producto del área de la superficie de control y el brazo de palanca), el ángulo de ataque local$\alpha$, el ángulo de desviación$\eta$y la cuerda de aleta relativa. En general, la superficie de control funciona de manera bastante lineal en un rango entre$-15° < \eta < 15°$para una cuerda de aleta relativa de 25% rsp.$-25° < \eta < 25°$para una cuerda de aleta relativa del 15%. Interpolar para valores intermedios. Tenga en cuenta que la eficacia del flap es proporcional a la raíz cuadrada de la cuerda relativa del flap, de modo que un flap del 15 % necesita el doble del ángulo de deflexión para ejercer la misma autoridad de control que un flap del 60 % de cuerda relativa.

Los ángulos de deflexión más grandes reducen la autoridad de los flaps, y aquí se vuelve complicado, porque los fenómenos de flujo local pueden marcar una gran diferencia, hasta controlar la inversión. Para un modelo simple, puede suponer que la autoridad de control se reduce a la mitad para todas las desviaciones que excedan los límites mencionados anteriormente.

Todo esto solo es válido para ángulos de ataque moderados, cuando las fuerzas cambian linealmente con los cambios de ángulo de ataque. Una vez que se acerca a los límites de fuerza de sustentación de la superficie de control en particular, la autoridad se resiente. Ahora es importante conocer el campo de flujo local: los elevadores vuelan en la estela del ala, lo que en efecto reduce los cambios de ángulo de ataque en el elevador en comparación con los del ala. Esto significa que la mayoría de los elevadores todavía tienen un margen de sustentación saludable cuando el ala comienza a detenerse. Pero se detendrán, eventualmente. Para darte una idea de cómo se comporta un ala en los primeros 180° del ángulo de ataque, mira el diagrama a continuación. Un gráfico para una superficie de control debería tener un aspecto similar. Está tomado de un libro que debería responder exhaustivamente a todas sus preguntas sobre la autoridad de la superficie de control., ya sea subsónico o supersónico, para todas las configuraciones imaginables. Ha sido escrito por Sighard Hörner hace medio siglo y sigue siendo lo mejor que podrá encontrar sobre este tema.

Para ver un ejemplo de la eficacia del flap de un perfil aerodinámico sobre AoA, consulte el siguiente gráfico del cálculo de XFOIL para un perfil aerodinámico simétrico Wortmann FX71-L-120 con un flap del 25 % en un número de Reynolds de 1 millón y con una transición de capa límite fija en 60 % de cuerda. Tenga en cuenta especialmente la histéresis cercana a los ángulos de ataque de sustentación máximos y mínimos en ángulos de desviación más altos (trabajo propio; c$_a$es el coeficiente de sustentación).

TODAS las superficies de control de vuelo pierden autoridad a velocidades más bajas y/o en aire menos denso (calor/altitud). En la mayoría de los casos, esto se puede compensar un poco aumentando la deflexión hasta alcanzar el máximo.

Algunas aeronaves con fly-by-wire pueden compensar un poco los controles 'descuidados' aumentando la desviación automáticamente.

Aunque no puedo ayudarte con fórmulas o gráficos, te puedo decir que la reducción de la efectividad puede ser muy significativa.

Sin embargo, por diseño, el ascensor se detiene mucho más tarde que las principales superficies de elevación por razones de estabilidad y para tener la capacidad de salir de un puesto de estacionamiento (naturalmente o por orden del piloto).