¿Cuáles son las desventajas de una cola que proporciona sustentación? (alas en tándem incluidas)

Una cola elevable solo significa menor estabilidad estática .

Tienes razón, volar en la corriente descendente del ala hace que la cola sea menos eficiente. Pero eso no significa que todo sea malo: dado que la corriente descendente aumenta con el coeficiente de sustentación, la cola ve una variación de ángulo de ataque más pequeña que el ala, por lo que mantiene un margen saludable para evitar la entrada en pérdida incluso cuando el ala está en pérdida. Esto ayuda a mantener la aeronave bien controlable en una pérdida ( dentro de los límites, por supuesto ).

La reducción de la corriente descendente a medida que el ala central se detiene incluso agregará un gradiente de AoA positivo durante la pérdida incipiente, lo que agrega algo más de estabilidad, lo que dificulta que el piloto controle un aumento adicional de AoA.

Y en cuanto al rendimiento, la descarga en la cola junto con la corriente descendente en realidad podría crear un poco de empuje en la cola.

Con respecto a los diseños de Rutan: Sus diferentes looks no son para un mejor desempeño sino simplemente la expresión de un ego sobredimensionado y su forma de autopromoción.

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Los muchos votos negativos que ahora colecciono por decir lo que pienso libremente muestran lo bien que funciona la autopromoción de Burt Rutan. Pero no puede torcer las leyes de la física que guían mi opinión. Lo cual seguiré expresando libremente.

Centrándonos en el avión de la imagen, los aviones de cola elevable son esencialmente biplanos. El ala de elevación única ha demostrado ser más eficiente hace mucho tiempo. El simple ajuste del CG elimina la necesidad de una cola de elevación. Este avión podría volar de esa manera.

El trabajo de la cola es colocar el ala en un AOA determinado, utilizando la fuerza aerodinámica en vuelo para mantener ese AOA. La idea de que la "fuerza aerodinámica" de la cola crea una gran penalización de sustentación no es cierta. En vuelo, es el ala en ángulo que produce sustentación la que crea la "resistencia inducida", mientras que la cola se desplaza en su menor resistencia. El torque alrededor del centro de gravedad lo mantiene así, a menos que alguna perturbación cambie el AOA del ala. Muchos aviones, como el Piper Cub, usan una placa plana de aspecto bajo como estabilizador horizontal, con un elevador para crear un "ala de cola" rudimentario pero adecuado para cambiar el cabeceo o el ajuste según sea necesario.

Solo cuando el CG se coloca detrás del centro de elevación se hace necesaria una cola de elevación, pero la estabilidad direccional se ve afectada porque ahora hay más área de ala y fuselaje por delante del CG.

Muchos aviones en tierra muestran el "desencuadre" de la cola que parece proporcionar mucha carga aerodinámica, pero en el aire "veleta" contra el viento, torciendo el ala al AOA deseado.

Mover el peso hacia adelante en ese modelo solo necesita ajustar los porcentajes de empuje del motor delantero y trasero para VTOL. En el aire, trátelo como un avión, con un ala levantada y el centro de gravedad ligeramente hacia adelante. Y sí, mantén la cola en T.

Un complemento para aquellos que deseen comprender mejor el levantamiento de colas. El objetivo de una cola es aumentar la estabilidad direccional . Tomar un ala sin cola y equilibrar el centro de sustentación con el centro de gravedad todavía tendrá cierta estabilidad direccional porque el centro de sustentación suele estar al menos a 2/3 del camino hacia adelante y la parte trasera del ala actúa como un "estabilizador". " . Agregue una cola a esto y tendrá mucha más estabilidad direccional, y podrá mover el CG detrás del centro de elevación del ala y aún así tener estabilidad direccional. Esto no es fatal en todos los casos, pero hará que el avión sea menos estable y más fácil de girar. Bueno para cazas, no para cruceros.

Para el modelador que construye el VTOL anterior, no es necesario volverse estúpido cuando hay soluciones más simples a la mano. Conviértalo primero en un avión y use el empuje diferencial para VTOL. Al menos 2 de los motores podrían estar al ralentí en vuelo de crucero.

Con respecto al Proteus, Rutan quería un levantador pesado de alto vuelo. Un ala de aspecto muy alto es más eficiente, pero presenta desafíos estructurales. Así que hizo un biplano. El Coronel Pezzi voló uno a 51,000 pies en 1937. Con Rutan, uno se esfuerza por comprender tanto la función como la forma.

PD _ Una cola de elevación es totalmente segura siempre que el centro de gravedad se encuentre dentro de los límites de diseño . El XB-70 ciertamente es una "cola de elevación". Las personas tienen problemas para mover el CG más allá de los límites de diseño porque usan el tiro del elevador para crear sustentación y también hacen que el avión sea menos estable de lo que está diseñado.

Pero lleve un modelo de un XB-70 a la colina y vuele con un modelo promedio de planeador de igual peso y área de ala. No hay competencia por la eficiencia de planeo, pero el XB tendrá una envolvente de velocidad mucho más amplia bajo el poder.

En realidad no es cierto que

... la configuración del plano de cola ... requiere que el ala principal proporcione una sustentación mayor que el peso del avión mismo

Lo que importa para la estabilidad es que el cambio en el momento de sustentación de la cola debe ser mayor que el del ala principal; el valor absoluto de su sustentación no es relevante.

La cola de elevación se ha entendido bien desde alrededor de 1918.

En un ala en tándem, ambos aviones proporcionan sustentación. Ahora considere que el plano trasero se reduce progresivamente al tamaño de un plano de cola. Es bastante falso imaginar que necesariamente debe pasar por una condición de elevación cero en algún momento y terminar con carga aerodinámica. En la práctica, podría funcionar, pero ese es otro tema.

La cola genera la menor resistencia cuando tiene un ángulo de ataque cero y, para obtener la máxima economía, la aeronave se recorta para acercarse a esa condición (aunque, como se señaló en otra respuesta, la operación en la corriente descendente del ala puede hacer que una pequeña carga aerodinámica sea la condición ideal). Sin embargo, el ajuste cambia con frecuencia durante el vuelo y la condición ideal rara vez se cumple en la práctica, y luego solo de manera transitoria a medida que el ajuste se ajusta de un lado del equilibrio al otro.

Lo que a menudo confunde a los estudiantes es que el ala debe estar diseñada para la sustentación máxima en el momento de la rotación para el despegue, cuando está completamente cargada a su velocidad de vuelo más baja y la cola empuja hacia abajo con fuerza para girar la nariz hacia arriba. Pero esa condición es solo transitoria, pronto pasa y la condición de crucero es bastante diferente.