¿Cuánto se mueve el alerón en un avión comercial para maniobrar y compensar?

1. Nunca he volado un avión, solo volé en ellos, pero estoy estudiando ingeniería aeroespacial. Si los alerones se desviaron todo el tiempo, diría que fue un problema de compensación. Tenga en cuenta que los MD-88 son aviones antiguos (introducidos en 1980 y la producción se detuvo en 1999, fuente: página Wiki en la serie MD80 ), por lo que es de esperar que tengan algunas idiosincrasias, como inestabilidad o deriva. No he estudiado la degradación de los aviones a lo largo del tiempo, pero tiene sentido. Tuve que mencionar que a stackexchange no le gusta que la gente comparta opiniones.

2. Esta pregunta es más interesante para mí ya que podemos hacer algunos cálculos al dorso del sobre para establecer algunos hechos simples. Hagamos una aproximación de cuánta fuerza se requeriría para obtener una aceleración angular de, digamos, 5 grados por segundo al cuadrado, un caso muy extremo. Los giros graduales se inician con aceleraciones angulares de aproximadamente 2 grados por segundo al cuadrado; de esa manera, un banco de 30 grados tarda unos 15 segundos en ingresar.

   Lo más relevante que se requeriría es una estimación del momento de inercia de la masa (MMOI) de la aeronave a lo largo de su eje X (que es un eje que apunta en la dirección del vuelo).

   Primero, el peso máximo de despegue (MTOW) se toma de los datos ( datos de masa MD88 ) y las dimensiones se aproximan a partir de dibujos y datos ( datos de dimensiones MD88 )

   Luego, el avión se modela como un cilindro lleno con las alas como dos paralelepípedos. La masa de estas 3 secciones se aproxima a partir de la fracción de masa que se encuentra en este artículo. Procesar todos los números conduce a una aproximación$I_x$para el MD-88 como$3350 \times 10^3$ $kg$ $m^2$.

   Lo sabemos$M = I \alpha$, dónde$M$es el momento de rodadura,$I$es el MMOI y$\alpha$es la aceleración angular. 5 grados por segundo al cuadrado son aproximadamente 0,09 radianes por segundo al cuadrado. Y$M = Fl$, dónde$F$es la fuerza del alerón y$l$es el brazo de momento. El brazo de momento es de aproximadamente 16$m$ya que la envergadura media del ala es de aproximadamente 17,9$m$. Entonces tenemos$F = \frac{I \alpha}{l}$. Esto lleva a un requerimiento de 19000 N de fuerza de ambos alerones, y alrededor de 9500 N de cada alerón.

   En vuelo normal (aproximadamente a MTOW) las alas producen alrededor de 600$kN$de fuerza para mantener la aeronave en el aire. Para esta maniobra de alabeo bastante extrema, los alerones necesitan crear un 10$kN$diferencia en la elevación (que es aproximadamente el 2% de la elevación total).

   Estimemos el cambio requerido en el coeficiente de sustentación para este cambio en sustentación. Suponiendo que un alerón influye en el 15 % de la superficie del ala, un vuelo a una altitud de 10 km y una velocidad aerodinámica de 230 m/s, encontramos que cada alerón debería causar un cambio de 0,05 en el coeficiente de sustentación del segmento del ala. Eche un vistazo a la imagen a continuación para tener una idea de cuánto cambia el coeficiente de sustentación con la desviación del flap . Parece evidente que se requiere una deflexión de aproximadamente 5 grados para llegar al orden de magnitud de cambio requerido en el coeficiente de sustentación.

_{(fuente: stanford.edu )}

Ahora que tenemos una idea sobre el orden de magnitudes, podemos hablar sobre la cuestión de la desviación del alerón . Usando la información de la documentación de tamaño de alerones , podemos pensar en el momento causado por su pregunta específica. Si imaginamos una deflexión de 5 mm (parece estar bien para la estabilización, pero un poco demasiado baja para el control), podemos aproximarnos a una deflexión de alerón de aproximadamente 0,7 grados (suponiendo un$c_a/c$de 0,25 y longitud de cuerda de 1,5$m$). Por lo tanto, no creo que las desviaciones de unos pocos mm sean suficientes para hacer rodar la aeronave como se requeriría durante las maniobras de aterrizaje alrededor de un aeropuerto. Por lo tanto, creo que el alerón que viste que estaba recortado está haciendo el trabajo pesado para rodar.

Hay más sutilezas introducidas en la magnitud requerida de desviación de los alerones debido a otros parámetros de diseño, como el ángulo de incidencia del ala y la naturaleza específica del perfil aerodinámico en las extremidades del ala. El primero introduce un diferencial en cuánto necesitan desviarse los alerones izquierdo y derecho y el segundo puede hacer que las secciones con los alerones tengan una sustentación inherentemente más alta para obtener una mejor distribución de la sustentación sobre el ala. Estos dos son solo para mencionar dos de las muchas cosas que interactúan para determinar la dinámica de balanceo de la aeronave.

Quería incluir más fuentes para mi trabajo, pero aparentemente solo puedo incluir dos enlaces; así que eliminé todo mi material de apoyo y dejé solo la imagen para consideración. Si quieres fuentes para mi análisis, envíame un mensaje.