¿Por qué Concorde no tenía estabilizadores horizontales?

(Fuente: concordesst.com )

Tiene ascensores en forma de elevones en el borde de fuga. Un delta es efectivamente un ala voladora sin cola con una cuerda muy larga. Al igual que cualquier ala voladora, la estabilidad de cabeceo se logra mediante la fuerza descendente generada en el borde de fuga local por una superficie de control que hace el mismo trabajo que un elevador/puñalada regular, aplicando fuerza descendente para equilibrar el momento de cabeceo hacia adelante del CG delante del centro de presión (un avión es en realidad un balancín con la C de G en un extremo y el elevador en el otro).

La transferencia de combustible se usa para mantener el C de G en un rango óptimo para minimizar la resistencia aerodinámica, que es la penalización que se recibe al generar la fuerza descendente en la parte trasera, de modo que la fuerza descendente no puede ser más de lo necesario para lograr una estabilidad de cabeceo adecuada.

En cuanto a por qué no usaron un estabilizador horizontal, la razón es que la forma de plan delta con elevones proporciona la estabilidad y el control requeridos en cabeceo y permitió a los diseñadores prescindir de una superficie de cola separada, reduciendo en gran medida la resistencia de una cola separada. (sin eliminar, porque todavía hay una penalización por arrastre de los elevones que generan fuerza descendente). La misma razón por la que cualquiera va con un ala voladora. Además, necesita mucho barrido para una resistencia supersónica baja y mucha área de ala para eficiencia a gran altitud, por lo que un delta sin cola cumple con los requisitos.

Una limitación de esto es un rango de CG más estrecho (un CG delantero más limitado que con una cola regular que está más atrás y tiene más palanca) porque los elevones tienen un brazo de momento corto, una limitación de todas las alas voladoras. La capacidad de transferir combustible para ajustar el CG ayudaría con esto y creo que la modesta carga de pasajeros del Concorde no causó los problemas de rango de CG con los que tendría que lidiar un avión normal.

Como muestra el manual, la configuración del Concorde era convencional (y no por transferencia de combustible) y las superficies de control cambiaron la posición neutral como era de esperar (aquí hay un esquema ).

El movimiento del combustible no lo gestionan los pilotos, sino el ingeniero de vuelo. Es un proceso a largo plazo que tiene que ver principalmente con que la fuerza de sustentación se desplace hacia atrás cuando el avión se vuelve supersónico y se desplace hacia adelante nuevamente a medida que disminuye la velocidad. Recurrir a una solución aerodinámica para el centro de sustentación móvil no era aceptable:

Hacer el ajuste por métodos aerodinámicos como en el avión subsónico no es factible porque cualquier desviación de las superficies de control de vuelo tendría que hacerse durante todo el crucero supersónico y causaría una resistencia aerodinámica inaceptable ( Historia del Concorde ).

Las alas delta no necesitan un estabilizador horizontal recortable (THS) por defecto, ya que los alerones están muy atrás del CG y pueden controlar el cabeceo. Hay pocos deltas con cola, como el MiG-21, pero eso es para una mayor maniobrabilidad ya que es un caza.

Puede encontrar una lista de 59 deltas sin cola aquí .

Entonces, una vez que los investigadores e ingenieros concluyeron que el ala delta es la mejor opción para el vuelo supersónico en el régimen de Mach 2, no hubo necesidad de un THS.

Agregar hipotéticamente un plano de cola

Concorde estaba destinado a ser económico (al menos en papel). Si el tamaño seguía siendo el mismo, la misma cantidad de pasajeros en los asientos delgados 2+2, entonces la adición de un plano de cola habría reducido el área del ala principal (supongamos que compensa el peso de la complejidad mecánica adicional). Pero la capacidad de combustible y, por lo tanto, el alcance habrían sufrido. Ahora el Concorde ya no es un avión transoceánico.

Si se hubiera corregido el alcance, la carga útil habría sufrido, elevando considerablemente la tarifa ( en 1980 un billete del Concorde costaba 600 libras esterlinas, 3900 dólares en dinero actual) y haciendo que el trabajo del equipo de ventas fuera mucho más difícil de lo que ya era (el estampido sónico y problemas de motores humeantes).

Porque los estabilizadores horizontales están ahí para equilibrar el momento de cabeceo de la sustentación del ala principal, que, en un avión convencional (donde el centro de presión del ala principal está detrás del centro de gravedad del avión), haría que el avión se inclinara hacia abajo. El estabilizador horizontal en la cola crea una fuerza hacia abajo, lo que crea un momento de cabeceo con el morro hacia arriba igual al momento de cabeceo con el morro hacia abajo del ala principal. La fuerza descendente en la cola es significativamente menor que la sustentación del ala principal (pero más alejada del centro de gravedad), por lo que el momento crea un equilibrio con el momento del ala principal. Tenga en cuenta que la descripción anterior es una simplificación, ya que en realidad, todas las fuerzas están empujando cada pequeña parte de la superficie de las alas del avión, el fuselaje, el stablator horizontal, en todas partes,

En un ala delta, sin estabilizador horizontal, sucede exactamente lo mismo, pero ahora es el resultado de la distribución de todas las diminutas fuerzas de sustentación sobre toda la superficie del ala delta única. En la mayor parte del ala, excepto cerca del borde de fuga, las fuerzas empujan la aeronave hacia arriba, y debido a que la mayor parte del ala está detrás del centro de gravedad, el morro gira hacia abajo. Pero el borde de fuga del ala está ligeramente curvado hacia arriba, de modo que lejos del CG, las fuerzas en el ala empujan la aeronave hacia abajo con una fuerza menor, pero un brazo de palanca mucho más largo (más lejos del CG, y esto gira el morro hacia arriba en la cantidad adecuada para equilibrar el momento de cabeceo del morro hacia abajo del resto de las fuerzas hacia adelante en el ala.