¿Es viable (actualizado) un ala monobloque de incidencia variable?

Sí, es una forma viable de control de balanceo, aerodinámicamente hablando. El mecanismo que describe es una pestaña de servo adecuada, donde las fuerzas aerodinámicas en la pestaña se retroalimentan, y la pestaña actúa como una palanca en la superficie de control principal. Esta era la forma en que se controlaban los aviones de pasajeros posteriores a la Segunda Guerra Mundial, antes de que se hicieran demasiado grandes y rápidos y solo la hidráulica pudiera hacerlo.

Sin embargo, como es habitual, una solución beneficiosa desde el punto de vista aerodinámico tiene algunos inconvenientes estructurales graves. Un avión de acrobacias aéreas puede hacer 6g y las alas deben ser muy fuertes y resistentes a la flexión y la deformación. Normalmente, un ala tiene dos largueros que forman un cajón de torsión con el revestimiento superior e inferior.

Si esta caja de torsión puede extenderse desde la punta del ala hasta la raíz, es una construcción fuerte y liviana. Pero si se tiene que cortar en alguna parte y las dos mitades del ala se van a conectar con una varilla de bisagra, ese punto será un punto débil en el ala. Se puede hacer lo suficientemente fuerte, pero el verdadero problema es la rigidez del ala.

Al cambiar la incidencia del ala para controlar el balanceo, es importante tener desviaciones iguales pero opuestas en ambos lados. De lo contrario, agregará factores de carga a los resultados de sus entradas de rollo. Si tiene algún engranaje que acople los movimientos de las dos mitades del ala, la idea funciona. Pero trate de evitar un puesto; el estancamiento tiene un alto potencial para resultar en una tirada no controlada.

A continuación, asegúrese de que la ubicación del centro de gravedad longitudinal de cada ala esté lo más cerca posible de la bisagra del ala. Si tiene cierta distancia entre los dos, cualquier entrada de balanceo agregará momentos de inercia alrededor de la bisagra. Esto hará que tu palo cobre vida en una maniobra rodante, de formas desagradables. Si el centro de gravedad está detrás de la bisagra, las aceleraciones de balanceo causarán momentos de amplificación. ¡Tu palo se moverá en el rollo si aceleras lo suficientemente rápido! Por el contrario, si el centro de gravedad está delante de la bisagra, cada aceleración de balanceo será amortiguada por momentos de inercia alrededor de la bisagra. Mucho más seguro, pero causará más fuerzas de palanca de las necesarias para lograr una buena aceleración de balanceo.

Si la bisagra está cerca del centro aerodinámico del ala, las fuerzas de control deben ser bajas (excepto por la fricción, que puede ser inmensa en caso de un mal diseño). Sin embargo, mover el ala con una pestaña de servo agrega un grado más de libertad y es una invitación para el aleteo. Podría funcionar, pero es mejor intentarlo en un segundo paso. Solo asegúrese de que la bisagra esté por delante del centro aerodinámico, o el ala no volverá a la posición neutral con cero fuerza en la palanca.

Desafortunadamente, un ala calada tiene un pico de succión mucho más bajo en la punta y menos recuperación de presión en la región de flujo separado, por lo que su centro de presión retrocede. En una entrada en pérdida asimétrica, el ala detenida cabeceará hacia abajo y empujará el ala no detenida hacia sus topes positivos, deteniéndola en el proceso y resultando en una entrada de balanceo no comandada.

Estructuralmente, no hay problema si usa esto en un avión pequeño. Muchos diseños han usado largueros tubulares , así que use uno más pequeño que sobresalga del ala central y dos más grandes en las alas exteriores que se deslizarán sobre el tubo central. Agregar dos rodamientos de agujas en cada lado con suficiente espacio debería reducir la fricción lo suficiente como para hacer que las alas se muevan incluso bajo carga.

Históricamente, el Akaflieg Berlin 02 "Teufelchen" usaba una forma similar de control de balanceo. El ala interior era convencional, con dos largueros de caja y un morro rígido cubierto con madera contrachapada. El ala exterior estaba completamente cubierta de tela y tenía sus costillas ajustadas de forma móvil a un larguero tubular. Al torcer la nervadura más externa, el ala exterior podría deformarse para controlar el balanceo.

EDITAR:

Otros tres aviones con un ala central fija y extremos de las alas en movimiento fueron el Granger Archaeopteryx , el planeador Short SB.1 y el avión de investigación Short SB.4 Sherpa . Todos fueron construidos una sola vez. Siga el último enlace para ver imágenes de las superficies de control en acción.

El control full-wing ya está inventado... En un conocido diseño ultraligero de los años 30, el 'Pou du Ciel', el cabeceo se controlaba basculando todo el alerón delantero (directamente, no con servo-tab. El 'Pou' también tenía un alerón trasero...) cambiando así su AoA... https://en.wikipedia.org/wiki/Mignet_Pou-du-Ciel

Este diseño no está muy lejos de la deformación del ala utilizada en el Wright Flyer y algunos otros aviones antiguos. Sin embargo, creo que este diseño tiene el mismo problema que las alas oscilantes: el peso. El sistema de rotación tendría que ser lo suficientemente fuerte como para manejar el peso del fuselaje y también tendrías que hacer funcionar las líneas de combustible, las líneas hidráulicas (flaps, etc.).

Vemos que esta idea se usa en colas que vuelan , pero ahí se trata de superficies más pequeñas.

Entonces, en resumen, lo llamaría factible pero no económico.