¿Cómo se mitigó el aleteo en aviones como el F-15 y el F-16?

Respuesta corta: no volando más rápido que el 104 y siguiendo las lecciones aprendidas.

Flutter comenzó a causar accidentes en la Primera Guerra Mundial cuando la mejora de la potencia del motor y la aerodinámica hicieron posible un aumento sustancial en la velocidad de vuelo. Cada vez que el avance tecnológico permitía velocidades más altas, el aleteo se convertía en un problema que luego se resolvía tanto por ensayo y error como por análisis.

De la NASA TM 4720 :

El primer incidente de aleteo registrado fue en un bombardero biplano bimotor Handley Page O/400 en 1916. El mecanismo de aleteo consistía en un acoplamiento del modo de torsión del fuselaje con un modo de rotación del elevador antisimétrico.

Esto se solucionó fácilmente eliminando un grado de libertad para el elevador: inicialmente, ambos lados se podían mover de forma independiente y, al conectarlos con un tubo de torsión, se podía evitar el modo de aleteo.

Desde el aleteo de la superficie de control en la Primera Guerra Mundial, que generalmente se resolvió mediante la práctica de equilibrar todas las superficies de control (algo que los primeros diseñadores de aeronaves ignoraban), los problemas de aleteo se trasladaron a las superficies primarias a partir de 1925. De nuevo NACA TM 4720:

Los corredores aéreos experimentaron muchos incidentes de aleteo desde mediados de la década de 1920 hasta mediados de la década de 1930 cuando se intentaron romper récords de velocidad.

La primera prueba analítica fue realizada por von Schlippe en 1935 en Alemania. Hizo vibrar el avión a velocidades crecientes y midió la amplitud resultante. Un aumento en la amplitud indicaba una reducción en la amortiguación y un peligro inminente de aleteo.

_{Gráfica típica de amplitud sobre velocidad (de NACA TM 806 , que es una traducción directa del trabajo de von Schlippe que se publicó por primera vez en Luftfahrtforschung Vol. 13 No. 2, febrero de 1936)}

Con los chorros y sus velocidades más altas, se produjeron nuevos tipos de aleteo. De nuevo NACA TM 4720:

Las velocidades supersónicas también produjeron un nuevo tipo de aleteo conocido como aleteo de panel. El aleteo del panel involucra ondas estacionarias o viajeras de amplitud constante en los revestimientos de las aeronaves. Este tipo de inestabilidad podría conducir a una falla abrupta por fatiga, por lo que es importante evitar el aleteo del panel.

Desde hace unos cincuenta años, cada nuevo diseño debe pasar por una prueba de vibración estática para comprobar qué frecuencias propias elásticas existen. Se utilizan métodos analíticos para predecir las frecuencias aerodinámicas (dependientes de la velocidad) y la estructura debe modificarse para eliminar cualquier posibilidad de resonancia. A continuación, la estructura del avión se prueba en vuelo a velocidades cada vez mayores y con excitadores en las puntas de todas las superficies (pueden ser como el motor de vibración de su teléfono inteligente, solo que más grande o, en el caso más simple, el piloto mueve las superficies de control ). A velocidades crecientes, los excitadores pasan por un barrido de frecuencia (normalmente de 5 a 60 Hz) y la amplitud resultante se mide con galgas extensiométricas o acelerómetros.

A continuación se muestra un diagrama (tomado de NACA TM 4720) que representa la prueba de aleteo del F-14. El F-14 y el F-16 pasaron por el mismo procedimiento para asegurarse de que el aleteo no sea un problema en funcionamiento. Los diseños fly-by-wire modernos incluso pueden usar sus superficies de control para la supresión activa del aleteo .

El XF-104 es un avión prototipo, que condujo al caza estelar F-104 . Por lo general, durante el desarrollo de una aeronave, se realizan pruebas de aleteo y se toman acciones correctivas. El artículo de Wikipedia que te gustó tiene un punto:

Los aviones de producción también contarían con una estructura de aletas rediseñada utilizando largueros de acero inoxidable para eliminar el problema del aleteo.

De manera similar, durante las pruebas de vuelo de F-15 y F-16 (o cualquier otra aeronave, para el caso), se identifican varios modos de aleteo y se toman medidas correctivas. Por ejemplo, en el caso del F-15, se observó aleteo en el empenaje durante las pruebas, que se corrigió rediseñando el estabilizador (introduciendo un 'inconveniente').

Cambios en el diseño del estabilizador F-15 debido al aleteo; imagen de airandspacemuseum.org

También se realizaron algunas modificaciones en la cola vertical (aumentando la rigidez). Entonces, básicamente, la respuesta es que los modos de aleteo se identifican (con suerte) durante el programa de prueba de la aeronave y se toman las medidas correctivas apropiadas.

Después de la prueba de aleteo y la identificación de la envoltura de la aeronave propensa a crear un aleteo divergente, luego se endurecieron las alas y los timones de la aeronave, los estabilizadores, etc., la otra forma era realizar maniobras prohibidas en esa región del vuelo (rodar bajo las G duras). y velocidades supersónicas). Los timones F 15 no son tan altos solo por esa razón