¿Cuál es la carga aerodinámica promedio en una superficie de control de un avión de pasajeros?

Creo que en realidad no desea conocer la carga, sino el momento de bisagra de las superficies de control. La carga del actuador es el momento de la bisagra dividido por la longitud de la bocina de control. A continuación se muestra un boceto bastante pobre para un enlace de alerones típico, pero el principio es correcto ( fuente ):

Ya muestra una forma popular de reducir las fuerzas de control: la pestaña, una pequeña superficie de control auxiliar que se mueve contra la superficie de control "real". Esto reduce un poco la efectividad, pero fuerza mucho. Aquí, la cantidad de deflexión de la lengüeta está controlada por un resorte en su articulación, que es una forma inteligente de ajustar su deflexión de modo que las fuerzas de actuación se vuelvan más constantes con respecto a la velocidad.

Otra forma de reducir las fuerzas de control es una bocina: una extensión de la superficie hacia adelante de su línea de bisagra, por lo que las cargas aerodinámicas aquí equilibran las de la superficie detrás de la línea de bisagra. La siguiente imagen muestra el alerón izquierdo del ATR-72 que se mueve mediante un enlace mecánico ( fuente )

De esta manera, las cargas de elevación en la superficie de control son transportadas principalmente por la bisagra y solo las cargas de accionamiento deben ser transportadas por la barra de control o el actuador. Si cree que no necesita todos esos ingeniosos trucos, su actuador y sistema hidráulico serán mucho más pesados ​​de lo necesario.

¿Por qué se utilizan dos métodos diferentes? La pestaña reduce las cargas de los cambios de deflexión, mientras que la bocina también reduce las de los cambios de ángulo de ataque. Cuando se dimensionan correctamente, ambos juntos conducirán el momento de la bisagra cerca de cero.

¿Por qué explico todo esto? Se nota que tu pregunta no tiene una respuesta simple. Más bien, debe especificar exactamente cómo se ve y cómo se mueve su superficie de control, y solo entonces puede comenzar a calcular las cargas del actuador. También quiero mostrar que un avión subsónico para 10 - 20 pasajeros será perfectamente pilotable con controles manuales. El ATR-72 necesita hidráulica solo para los flaps, los spoilers, los frenos y el tren de aterrizaje. Evitar la hidráulica para los controles de vuelo primarios también le permite salirse con la suya con una sola redundancia en su sistema hidráulico .

Como notó, hay muchas complejidades que se deben considerar al dimensionar los actuadores de control, incluido el tamaño de la superficie de control, el ángulo de desviación deseado, el ángulo de desviación real, los momentos de bisagra, los efectos de la capa límite, etc. Puede obtener una aproximación aproximada de fuerza en la superficie aunque comenzando con la definición simple

Donde P es la presión dinámica, q y A es el área de la superficie de control expuesta. Resolviendo para la fuerza da:

Donde A es el área de la superficie de control, y multiplicándola por el seno del ángulo de deflexión se obtiene el área expuesta.

Para un avión de transporte ligero, digamos un Beech 1900 (19 pasajeros), el ascensor tiene un área de 19,3 pies cuadrados. Usando la lógica anterior, esta superficie cuando se desvía 5 grados a velocidad de crucero sentiría una fuerza de aproximadamente 421 lbf. En última instancia, el tamaño de su actuador deberá tener en cuenta los parámetros anteriores (y más), pero es de esperar que este sea un punto de partida informativo.