¿Cómo funciona la estabilización vertical?

El "estabilizador vertical" (o "aleta vertical") proporciona lo que se conoce como "estabilidad de veleta", "estabilidad direccional" o "estabilidad de guiñada". Hace que el avión actúe como una veleta. Una veleta siempre apunta hacia el viento.

El viento que "siente" un avión no es el viento meteorológico externo, sino el "viento" creado por el movimiento del avión a través de la masa de aire (o tal vez preferiríamos decir "dentro" de la masa de aire). Este viento aparente se denomina "viento relativo". Así que la aleta vertical mantiene el morro del avión apuntando en la dirección en la que el avión realmente va, es decir, en la dirección en la que el avión se mueve por el aire.

Imagina conducir un automóvil a gran velocidad en un lago helado en un día sin viento. ¿Puedes ver cómo una gran aleta vertical montada en la parte trasera del automóvil proporcionaría un "efecto de veleta" que tendería a mantener el automóvil alineado con la dirección en la que realmente se está moviendo y tendería a evitar que el automóvil "intercambie extremos " o deslizándose hacia los lados?

Eso es lo que hace la aleta vertical de un avión. Es algo muy malo si un avión "cambia de extremo" o se desliza lateralmente por el aire en un ángulo de deslizamiento lateral muy grande. En casos extremos, esencialmente no hay nada que el piloto pueda hacer para salvar la situación, y el avión puede caer violentamente fuera de control. Es un concepto erróneo decir que la función de la aleta vertical o del estabilizador vertical podría ser reemplazada por entradas de control apropiadas con los alerones. Es cierto que, en muchos casos, los aviones con aletas verticales relativamente pequeñas a menudo requieren que el piloto haga movimientos de timón más grandes para mantener los giros "coordinados", es decir, para evitar que el morro oscile un poco fuera de línea con la dirección en la que se dirige el avión mientras gira. - ahorraremos decir más sobre eso para alguna otra respuesta.

Los aviones que carecen de una aleta vertical deben derivar la "estabilidad de la veleta" o "estabilidad de guiñada" o "estabilidad direccional" de otros aspectos de la configuración de la aeronave, generalmente relacionados con el hecho de que hay más área de superficie detrás del centro de gravedad que delante. de eso Por ejemplo, una configuración de ala en flecha genera cierta cantidad de "estabilidad de veleta" incluso sin una aleta vertical. Imagina poner un par de alas en flecha o alas delta en un poste como una veleta. ¿Puedes ver cómo, siempre que el punto de pivote estuviera lo suficientemente hacia adelante, todo el conjunto tendería a apuntar hacia el viento como una veleta? Es por eso que los ala delta no necesitan aletas verticales.

La pregunta parece contener un concepto erróneo sobre la relación entre la estabilidad de guiñada y la estabilidad de balanceo. De hecho, hacer que la aleta vertical sea demasiado grande en realidad tiende a hacer que el avión sea MENOS estable al balanceo o MÁS inestable en espiral, por lo que tiende a rodar alejándose del nivel de las alas hacia una inclinación y un giro cada vez más pronunciados. A medida que un avión comienza a rodar en un giro, diedro y barrido (si están presentes) tienden a generar un par estabilizador de balanceo que tiende a hacer rodar el avión hacia el nivel de las alas, pero solosi el giro en desarrollo involucra cierta cantidad de deslizamiento lateral. En otras palabras, el efecto estabilizador de balanceo de barrido o diedro solo está presente si el avión se desliza lateralmente en al menos un pequeño grado. Una gran aleta vertical tiende a evitar el deslizamiento lateral y, por lo tanto, hace que el avión se comporte como si tuviera menos diedro o barrido. Es por eso que los aviones que necesitan mucha estabilidad de balanceo, como los modelos de aviones de "vuelo libre" que deben volar sin ningún tipo de guía ni de un piloto ni de una computadora, rara vez tienen grandes aletas verticales. A pesar de que no queremos que el avión "cambie de extremo" por completo y caiga, o que se deslice lateralmente por el aire en un ángulo de deslizamiento lateral realmente extremo, necesitamos que haya cierta cantidad de deslizamiento lateral en un banco no controlado y gire hacia adentro. orden de barrido o diedro para poder llevar el avión de vuelta al nivel de las alas. Del mismo modo, cuando un modelo de avión de vuelo libre se ajusta para un giro intencional, si el deslizamiento lateral se eliminara por completo de alguna manera, veríamos que el ángulo de alabeo comienza a ser más y más pronunciado. Si un piloto estuviera controlando activamente el avión, podría lidiar con esto haciendo una entrada de control adecuada con los alerones, pero esa opción no existe con el modelo de avión de vuelo libre.

Entonces, además de evitar una caída violenta cuando el avión "cambia de extremo" por completo, una aleta vertical generalmente no contribuye realmente a la estabilidad del balanceo.

Una buena manera de explicarlo es no tener alas, solo usar una flecha. El estabilizador vertical evita que el morro se mueva de un lado a otro, al igual que el estabilizador horizontal evita que el morro se incline hacia arriba y hacia abajo mientras la flecha está en vuelo. Esto lo ayuda a volar recto y verdadero con un arrastre mínimo. La tirada es intrascendente hasta que... añadimos alas a nuestra flecha.

Ahora, cualquier guiñada (de una ráfaga de viento) crea una "pareja" rodante cuando un ala va más rápido que la otra. Generalmente no es un problema importante con las alas rectas. Algún diédrico se encarga de eso.

    older than 5 years, please continue reading

Luego aparecieron las alas en flecha y aviones mucho más rápidos y más grandes. Las alas en flecha aumentan el acoplamiento del balanceo de guiñada al presentar una mitad de ala recta asimétrica y una mitad de ala más en flecha a la corriente de aire, además del efecto de balanceo de la asimetría de la velocidad del ala.

Los diseñadores respondieron desarrollando aletas verticales muy grandes, como se ve en el Mig-15. Estos presentaban toda una nueva serie de problemas, ya que ahora la aeronave era altamente asimétrica a las fuerzas laterales aerodinámicas . Los aviones de este diseño tendían a perder el control con mucha facilidad.

En la carrera por la era del jet, la simetría vertical del biplano y su sucesor, el monoplano de ala alta , fueron olvidados.

Pero, además de explicar a los niños de 5 años, que empiecen a construir y volar por sí mismos. Verán cuánto estabilizador vertical y diedro necesitan para sus diseños.

Se muestra aquí: el nuevo "amigo" de Jenny

El estabilizador vertical está diseñado para proporcionar una cantidad específica de tendencia pasiva a la intemperie. No demasiado, no demasiado poco. El área de superficie de la puñalada vertical es clave para el comportamiento del avión tanto para la estabilidad lateral como para las tendencias en espiral, y está ligada al efecto diedro del ala.

Desea suficiente área de superficie de aleta para que el avión responda pasivamente de manera razonablemente rápida a las desviaciones de guiñada, pero no demasiado. Muy poca área de aleta, y su tendencia de veleta es demasiado débil y la nariz del avión se mueve de lado a lado en turbulencia.

Si hay demasiada área de aleta, la veleta gira demasiado rápido. Si el avión se inclina por un bache, para que funcione el efecto diedro, tiene que haber un poco de deslizamiento lateral permitido para generar la fuerza de autoadrizamiento que el diedro pretende crear. Por lo tanto, el tamaño de las aletas está destinado a permitir un poco de retraso entre el inicio del deslizamiento lateral y la respuesta de guiñada de la veleta, de modo que el efecto diedro pueda funcionar para nivelar las alas.

Si la aleta es demasiado grande, la respuesta de veleta es casi instantánea, por lo que se permite que se desarrolle un deslizamiento lateral muy pequeño y el efecto diedro es menos efectivo. Entonces, lo que sucede es que el avión se ve perturbado por un bache e inmediatamente gira hacia el ala baja y quiere comenzar una espiral descendente.

Cuando los aviones se colocan sobre flotadores, el área de superficie del flotador agrega superficie de aleta hacia adelante, lo que tiene el efecto de hacer que la aleta existente sea más pequeña. El avión es bastante estable lateralmente, pero el morro se mueve en baches y necesita más trabajo de timón para hacer buenos giros coordinados (he volado un Fleet 80 en flotadores, y no tenía un área de aleta adicional agregada a la ya pequeña aleta vertical con flotadores). instalado, y si no estuviera encima de él con el movimiento de los pies, se deslizaría por el cielo como lo haría un planeador sin entradas de timón).

Para solucionar esto, se agrega un área de aleta adicional en la cola cuando se instalan los flotadores, o se puede emplear un truco que Cessna usa en los 180 y 185 posteriores, donde se agrega un resorte elástico al timón, que tiende a sostenerlo. centro, y hace que el timón contribuya en cierta medida al área efectiva de la aleta. Sin embargo, tienes que vivir con fuerzas de timón más altas.