¿Por qué el F/A-18 y el F-22 Raptor tienen estabilizador horizontal y timones inclinados para controlar el cabeceo?

Los timones de los cazas modernos están inclinados principalmente para reducir su sección transversal de radar . Una cola vertical recta produciría un reflector de esquina en combinación con el fuselaje o el ala y enviaría ondas de radar directamente a su fuente. Para reducir el radio de detección, se debe evitar este comportamiento. El primer avión en usar este truco fue el SR-71.

En el F-18, una razón adicional fue mover las puntas de las colas verticales a la posición lateral del vórtice del mentón: la gran extensión del borde de ataque del ala produce un fuerte vórtice en un ángulo de ataque alto que mejora la efectividad de las colas y da mejor control de guiñada. Sin embargo, el estallido del vórtice provocaría fuertes sacudidas y se necesitaba una solución adicional para mejorar la vida útil de las colas a la fatiga.

La cola horizontal es necesaria para el control de cabeceo y para recortar los momentos de aleta en la configuración de aterrizaje. Solo mire la entrada de Boeing a la competencia JSF : el X-32 se planeó inicialmente como un delta con solo colas verticales, pero cuando la Marina perfeccionó sus requisitos de operación de portaaviones, Boeing tuvo que agregar una cola horizontal convencional para lograr el ángulo de ataque requerido. y velocidad mínima.

Boeing X-32 (izquierda, fuente ) y la versión de producción planificada (derecha, fuente ) con la cola horizontal añadida. El F-117 era un avión de la Fuerza Aérea con una agilidad muy limitada, por lo que podía salirse con la suya con un diseño sin cola. Los cazas reales y los aviones de transporte no pueden.

Dar la cola horizontal diedro reduce su eficacia de dos maneras:

1. Los cambios de ángulo de ataque de las variaciones de tono se reducen por el coseno del ángulo diedro, y
2. la componente vertical de la fuerza aerodinámica también se reduce por el coseno del ángulo diedro.

Tenga en cuenta que el arrastre de una cola en V depende de la sustentación total creada, independientemente de su dirección. Solo el componente horizontal es efectivo para el control de tono, por lo que una cola en V con un ángulo pronunciado es muy ineficaz para el control de tono. En el combate aéreo, la gran resistencia reducirá el rendimiento cuando más se necesite.

Son aeronaves muy diferentes, construidas para diferentes requisitos, destinadas a desempeñar funciones muy diferentes.

Las colas grandes son buenas para la autoridad de cabeceo y alfa alto, que son buenas para maniobrar y pelear, pero no son muy relevantes para las misiones del F-117.

El F-117 era un bombardero táctico de altitud media que pasó su vida transportando un par de bombas grandes de 2000 libras. No se esperaba que hiciera tango con los luchadores opuestos, por lo que la maniobrabilidad era menos importante, por lo tanto, la cola pequeña y la relación T/W muy modesta. El sigilo lo mantuvo vivo, no un elegante juego de pies.

El clásico Hornet (y Super Hornet a partir de entonces) es un luchador polivalente , que se espera que realice de todo, desde defensa de flota, SEAD, interdicción, reconocimiento y, por supuesto, CAS. Fue hecho para manejarse extremadamente bien a baja velocidad y alto AOA. La velocidad de cabeceo y la orientación de la nariz son muy buenas: girará fácilmente dentro de un F-16, aunque sea brevemente (velocidad de giro versus radio de giro). La capacidad de control a baja velocidad también es crucial para aterrizar en portaaviones. Es por eso que necesita colas grandes.

El Raptor es un caza de superioridad aérea (con cierta capacidad polivalente). Su trabajo es ir cara a cara con cualquier otra persona en el aire. Así que todos los parámetros de rendimiento clásicos importan: T/W, aceleración, velocidad máxima, tasa de ascenso, tasa de giro y radio de giro. Superará a un Hornet (instantánea y sostenida) y superará a un F-16 a pesar de ser el doble de pesado que cualquiera de los dos. Las colas grandes son aún más importantes para el control aquí, especialmente en las altitudes muy altas a las que puede volar el F-22.

En otras palabras, el Raptor y el Hornet deben ser bastante ágiles; el F-117 no.

Aquí hay un Super Hornet dando un pequeño espectáculo. Míralo mover la nariz a las 4:35 y 5:00.

La filosofía de diseño del F-117 era diferente a la del F-22 (o F-18, que no estaba destinado a ser un avión furtivo). El principal impulsor del diseño del F-117 (de hecho, prácticamente el único) fue reducir el RCS, siendo el resultado un diseño claramente no aerodinámico. La inclusión de estabilizadores horizontales separados habría reducido la efectividad del diseño. El F-117 utilizó los cuatro elevones (una combinación de alerones y elevadores) en lugar del estabilizador horizontal, debido a su ubicación muy atrás en el fuselaje. Nunca se consideraron estabilizadores horizontales en el desarrollo del F-117.

El F-22, por otro lado, era un avión de combate supersónico de alto rendimiento, que requeriría estabilizadores horizontales para la maniobrabilidad (es un caza súper maniobrable que utiliza vectorización de empuje). En ausencia de un estabilizador horizontal, sería muy difícil para el F-22 o el F-18 alcanzar sus objetivos de desempeño, particularmente para el F-18 transportado por portaaviones.

De hecho, había una variante del F-117 que fue diseñada para tener un estabilizador horizontal: el A/F-117X no construido, que se esperaba que fuera un avión multimisión (a diferencia del F-117, que apenas podía hacer otra cosa). que las bombas globo). Una razón principal por la que este diseño tenía un estabilizador horizontal era que el F-117 tenía velocidades de aproximación bastante altas, ya que los alerones no se doblaban como flaps. La cola revisada tenía estabilizadores horizontales similares a los del F-22, que se usaban para reducir la velocidad de descenso y controlar el ángulo de aproximación, lo que no habría sido posible con el F-117 original.

En el F-18, los elevadores no generan suficiente fuerza descendente para el despegue. Los timones proporcionan la fuerza adicional necesaria. Visible en este vídeo:

Observe que ambos timones están hacia adentro en el despegue. Claramente, si los elevadores no brindan suficiente control de cabeceo, los timones tampoco lo harán.