¿Por qué algunas aeronaves (por ejemplo, Avro RJ85) tienen frenos de aire montados en la parte trasera?

Elección de ubicación

Nota: el BAe 146 / Avro tiene alerones laterales.

Los frenos de aire se montan en la mayoría de los casos directamente en el fuselaje. Los frenos de aire montados en la parte delantera interrumpirían el flujo de aire hacia las alas y los motores, por lo que los diseñadores tienen tres opciones: arriba, abajo o en la parte trasera/a los lados.

Debajo, como en el Aero L-39 , funciona bien ¹ si los frenos de aire no son grandes. Lo anterior suele ser si todo lo demás falla, como en el F/A-18 Hornet y el F-15.

Montado en la parte trasera, en línea con el centro de masa, es el más conveniente, aerodinámicamente y para el mantenimiento. Como el Avro, el F-16 o el F-86.

Ahora, en cuanto a por qué el Avro, como la mayoría de los aviones a reacción militares y algunos aviones de pasajeros, lo tiene:

Falta de inversión de empuje y aproximaciones empinadas

El Avro RJ carece de inversores de empuje "debido a su efectividad reducida percibida en condiciones anticipadas". La efectividad reducida se debe a la baja velocidad de aterrizaje y la cercanía de los motores entre sí en cada lado. El uso de marcha atrás a baja velocidad corre el riesgo de ingestión de FOD y parada del motor cercano.

Razonó que dado que el 146 tendría una velocidad de toma de contacto de solo 90 kt, y dado que los reversores no se utilizan normalmente por debajo de los 60 kt, su eficacia sería limitada. El empuje inverso también habría sometido a cada motor a un ciclo/vuelo adicional.

La velocidad máxima de descenso que se puede lograr con los frenos de aire es de 7000 pies/min y, a velocidades inferiores a 250 nudos y por debajo de los 10 000 pies, todavía hay 4000 pies/min disponibles. En comparación, la velocidad típica de descenso de un avión de pasajeros en la aproximación es de alrededor de 2000 pies/min. Los operadores de BAe 146 también pueden usar frenos de aire durante la carrera de aterrizaje.

( Vuelo , 1981)

Una de las ventajas de tener frenos de aire es la capacidad de volar aproximaciones empinadas a aeropuertos como la ciudad de Londres.

[Durante] varios años, el BAe 146 fue el único avión a reacción convencional capaz de volar desde el aeropuerto de la ciudad de Londres.

Relación empuje-peso

Debido a la alta relación empuje-peso del Avro, tener los frenos de aire desplegados en la aproximación facilita el control de la velocidad. La relación empuje-peso del RJ100 es de 0,28:1, en comparación con 0,16:1 del Boeing 717 comparable . Es aún más alto para los RJ más pequeños.

Tener una alta relación empuje-peso también permite operaciones desde pistas cortas y pistas dentro de ciudades, ya que el avión puede ascender más abruptamente, lo que reduce el impacto del ruido y también permite una carga útil elevada.

( flickr.com )

spoilers

Los frenos de aire difieren de los spoilers en que los frenos de aire están diseñados para aumentar la resistencia al tiempo que hacen pocos cambios en la sustentación, mientras que los spoilers reducen la relación sustentación-resistencia y requieren un mayor ángulo de ataque para mantener la sustentación, lo que resulta en una mayor velocidad de pérdida.

El Avro todavía tiene spoilers de ala como se muestra arriba, que también ayudan a frenar ya que transfieren más peso a las ruedas y ayudan a reducir la probabilidad de un aterrizaje rebotado .

¹ Los frenos de aire montados en el vientre del L-39 ayudan al piloto a configurar el avión para aterrizar. Los medios flaps + frenos de aire requieren el mismo trimado/potencia que los full flaps y el tren de aterrizaje bajado (de ahí la posición inferior). El piloto usaría los frenos de aire para reducir la velocidad, bajar la mitad de los flaps y ajustar el avión. Luego, en la aproximación final, el piloto puede bajar el tren de aterrizaje y los flaps completos, retraer los frenos de aire, todo sin tener que volver a compensar o cambiar la configuración de potencia del motor (que es de rango estrecho en el L-39).

Relacionado: ¿Por qué este avión regional tiene los frenos de aire completamente abiertos antes del aterrizaje?

El Avro RJ100 tiene algo en sus alas: tres spoilers en cada uno, aunque estos actúan exclusivamente como volquetes elevadores después del aterrizaje (y otros dos para control de balanceo).

Es perfectamente posible hacer que los spoilers de elevación actúen como frenos de aire, como en otros aviones; en el caso de 146, tener frenos de aire exclusivos sirve para una serie de propósitos:

• Los aerofrenos aumentan la velocidad de descenso de la aeronave, duplicándola con creces en comparación con otros aviones . Esto permite descensos más pronunciados (como en la ciudad de Londres).

• La gran área de los aerofrenos también elimina la necesidad de complejos inversores de empuje una vez en tierra; esto reduce los requisitos de mantenimiento y el costo.

• Los aerofrenos también ayudan en el control de la velocidad. El uso de frenos de aire permite aproximarse con ajustes de empuje más altos, lo que permite una mejor opción de dar la vuelta en lugar de depender únicamente de los controles del acelerador. A diferencia del spoiler, el aerofreno no afecta la sustentación, lo que permite su uso en tales escenarios.

• El aerofreno es efectivo en todas las velocidades operativas, lo que permite un descenso más rápido en caso de emergencia, aunque no estoy seguro de si fue una consideración de diseño.

Los tienen montados en la parte trasera del fuselaje porque funcionan mejor y porque no hay un conjunto de estabilizadores montados allí: los estabilizadores están montados en la parte superior de la cola vertical, en una disposición de cola en T.

El Fokker 100 tiene la misma disposición con frenos de aire que tiene el RJ100. Mi oficina solía estar en el aeropuerto donde se construyeron, y podía ver la alineación de los aviones que aterrizaban, todos con el morro en alto, excepto los pequeños Fokkers, que tenían el morro apuntando hacia la pista, lo que permitía a los pilotos una visión clara. sin impedimentos por un cono de nariz que sobresale.

Los alerones laterales, que actúan como frenos de aire, también frenan de manera muy eficiente, por supuesto, pero también destruyen la sustentación. Para conservar la cantidad de sustentación requerida para volar, el ángulo de ataque de la aeronave debe aumentar. Eso puede ser inseguro en una situación de aterrizaje, por lo que el fabricante debe montar slats de borde de ataque que permitan un AoA más alto.

Los frenos de aire como el RJ100 solo tienen ventajas, ya que solo influyen en la resistencia, no en la elevación. No se usan en todas partes porque la parte del fuselaje donde se montan suele albergar estabilizadores horizontales: desplegar los frenos de aire distorsionaría el flujo de aire alrededor de estos, lo que nunca es bueno.