¿Cuáles son las razones para pasar de los trim tabs a mover toda la superficie (p. ej., estabilizador)?

El ajuste se usa para poner a cero las fuerzas de la palanca en la condición de vuelo deseada, y con los primeros aviones pequeños y lentos, un resorte ajustable en algún lugar a lo largo de los cables de control sería suficiente. Cuando aumentó la velocidad, se introdujeron las aletas de compensación, porque su fuerza de compensación sube y baja con la presión dinámica, mientras que el resorte siempre crea la misma fuerza. Esto requeriría un reajuste con cada cambio de velocidad.

Con el aumento del tamaño y la velocidad de los aviones, el control manual requería medios de reducción de fuerza cada vez más complicados (lengüetas Flettner, lengüetas de resorte), y la longitud relativa de la cuerda de todas las superficies móviles se redujo para permitir un mayor control con menos fuerza. El momento alrededor de la articulación de una superficie de control aumenta con el cuadrado de la cuerda, pero el cambio de sustentación para un ángulo de deflexión dado aumenta solo con la raíz cuadrada de la cuerda.

Paralelamente, las cargas de las alas aumentaron, lo que requería dispositivos de gran sustentación para mantener bajas las velocidades de despegue y aterrizaje. Estos agregan mucha sustentación en la parte trasera del ala, creando un fuerte momento de morro hacia abajo, y ahora una simple desviación del control no sería suficiente para compensar el avión. La longitud reducida de la cuerda significaba que se habrían requerido ángulos de deflexión altos para el ajuste, alcanzando mucho en la región de los ángulos de deflexión con una efectividad decreciente. Fue entonces cuando surgieron los estabilizadores ajustables: el cambio de ajuste con todas las configuraciones era simplemente demasiado grande para ser cubierto solo por el elevador.

El vuelo transsónico fue el siguiente, y aquí la incidencia de cola ajustable es crucial para ajustar la aeronave a través de la transición de vuelo subsónico a supersónico. Una ruptura de contorno de un elevador desviado podría causar choques que podrían producir la inversión del elevador. Las presiones dinámicas del vuelo a reacción pusieron fin al control manual; los últimos ejemplos famosos fueron el Canberra o el Dash-8 (prototipo del Boeing 707). Ahora se usaron actuadores hidráulicos, pero aún tiene sentido usar medios aerodinámicos para reducir las fuerzas de control, porque los requisitos de tamaño y potencia de los actuadores se pueden reducir con una inteligente reducción del momento de bisagra. Las aletas de ajuste inicialmente se movían mediante cables, pero pronto utilizaron actuadores eléctricos.

Dado que el timón y los alerones no se ven afectados cuando se despliegan los dispositivos de gran sustentación (flaps Fowler, flaps ranurados), todavía usan pestañas de compensación simples. Los desarrollos más recientes son actuadores de superficie de control eléctricos que pueden ayudar a ahorrar masa y evitar el desorden del sistema hidráulico. El RQ-4 usa actuadores eléctricos porque el fluido hidráulico tendría que bombearse continuamente a través de las líneas para mantenerlo lo suficientemente caliente a la gran altitud de operación. Solo el tren de aterrizaje todavía usa el sistema hidráulico para la retracción.

Una razón para mover toda la superficie para recortar es la eficiencia. Desviar los elevadores o las lengüetas de ajuste crea más arrastre que ajustar toda la superficie. Las superficies de control son más aerodinámicas sin la deflexión de las lengüetas de ajuste.

El elevador es la superficie principal necesaria para trimar la aeronave. Esto se debe a que cosas como el combustible y la carga útil afectarán el centro de gravedad (CG), y el elevador se ajusta para equilibrar el avión. Además de esto, las cargas externas en la aeronave cambian a lo largo del vuelo desde cosas como la configuración de empuje y la sustentación y arrastre del ala. Las diferentes velocidades aerodinámicas y la extensión de flaps, frenos de velocidad, tren de aterrizaje, etc., también afectarán el equilibrio del avión.

El equilibrio entre izquierda y derecha es un problema menor y se puede solucionar cambiando el equilibrio de combustible entre los tanques. Las fuerzas aerodinámicas tienden a estabilizar la aeronave en guiñada, por lo que el ajuste en guiñada es realmente solo un problema en circunstancias excepcionales. Los ajustes de timón o empuje se pueden usar para ajustar según sea necesario.

Otra razón es la estructura del avión. El estabilizador horizontal tiene mucha menos carga que las alas. La capacidad de mover la superficie de la cola agrega peso y complejidad al diseño, y esto sería un desafío mucho mayor con el ala. Los beneficios de eficiencia hacen que este diseño sea factible para el estabilizador horizontal, pero no hay suficientes buenas razones para mover el estabilizador vertical o las alas para justificar los costos.

Las aeronaves que realmente usan toda la superficie estabilizadora para el control se encuentran en una situación diferente. Por lo general, se trata de aeronaves militares que necesitan mantener una alta maniobrabilidad, especialmente a velocidades aerodinámicas muy bajas o muy altas (consulte esta pregunta ). Estos aviones también son generalmente más pequeños, por lo que mover una superficie más pequeña es un desafío menor.

Las lengüetas de compensación permiten que el piloto mueva la superficie de control más fácilmente. Son los ascensores los que realmente afectan la actitud del avión.

Una cola en movimiento da más control sobre la actitud en comparación con solo la superficie de control. También permiten un mayor control en condiciones de pérdida y transónicas (durante la separación del flujo) porque el piloto puede controlar el borde de ataque.

Las ventajas de las superficies móviles completas incluyen: 1. Menos arrastre 2. Más autoridad

Las desventajas incluyen: 1. La superficie de control puede detenerse. 2. Requiere estructura de movimiento y más fuerza para moverse.