¿Por qué el Tu-144 es el único avión comercial con configuración canard?

Respuesta corta: Canards tiene más sentido con estabilidad estática negativa y alta maniobrabilidad. Los aviones comerciales tampoco los necesitan, por lo que un diseño convencional funciona mejor.

Para un avión estáticamente estable, el diseño convencional brinda la mayor eficiencia con suficiente amortiguación. La estabilidad estática requiere que las superficies de elevación delanteras generen más sustentación proporcional a su tamaño que las superficies traseras. Aquí hay una respuesta a una pregunta relacionada.

Desea que el avión vuelva a la actitud de vuelo original si ha sido perturbado, por ejemplo, por una ráfaga o una sacudida en la palanca. Esto se puede hacer creando proporcionalmente más sustentación con las superficies delanteras (= el ala en una configuración convencional) que con las superficies traseras (= el ala en una configuración canard). Digamos que la sacudida lanza el avión hacia arriba. Ahora las fuerzas aerodinámicas deberían cambiar de una manera que aumente la sustentación proporcionalmente más en las superficies traseras, de modo que la aeronave se incline hacia abajo y regrese a su actitud original. Al distribuir la sustentación de la manera que mencioné anteriormente, el mismo cambio en el ángulo de ataque tanto en la superficie delantera como en la trasera creará un aumento de sustentación proporcionalmente mayor en la superficie trasera, lo que hará que la aeronave (estáticamente) sea estable.

Eso requiere que una de las (principalmente) dos superficies no contribuya tanto como podría a levantar la creación. Desea que esta superficie sea la más pequeña de las dos, de modo que toda la configuración pueda crear la mayor sustentación posible a una velocidad determinada. Un canard sería una mala elección para un avión comercial, porque el ala grande ahora volaría a una fracción de su potencial.

Una vez que cambia el centro de gravedad hacia atrás para mejorar la maniobrabilidad, las cosas cambian: ahora la superficie trasera crea proporcionalmente más sustentación, por lo que la superficie más pequeña debe ir al frente. ¡Voilá, un bulo!

Ahora agregue el barrido hacia adelante, que hará que las puntas de las alas se tuerzan a ángulos de ataque más altos cuando se incremente la sustentación, y obtendrá un avión realmente receptivo (¡pero debe tener cuidado de no sobrecargarlo!). Esto se hizo en el X-29 y el Berkut .

Como señaló jwenting, el canard en el Tu-144 no era una superficie de control, pero debería considerarse una especie de listón separado . Además, al agregar algo de sustentación por delante del ala, permite bajar los alerones en vuelo lento, aumentando el potencial de sustentación del ala principal mientras se mantiene la ubicación del centro de gravedad y la estabilidad.

Y mientras estamos en eso: el Piaggio Avanti tiene un canard y una cola convencional también. Aquí, el canard ayuda a colocar el larguero del ala detrás del área de la cabina, hace que sea más fácil volar con una amplia gama de ubicaciones de centro de gravedad y aumenta la amortiguación aerodinámica. ¡Este es uno de los pocos ejemplos en aviones comerciales de canards bien hechos!

Los bulos en el Tu-144 no eran técnicamente bulos. Eran superficies estáticas, sin movimiento.
Eran puramente dispositivos de elevación para mejorar el manejo a baja velocidad (y así ayudar a reducir la velocidad de aterrizaje, que era excesivamente alta).
Estos se agregaron porque se descubrió que el manejo a baja velocidad era deficiente, debido al diseño de ala inferior (en comparación con Concorde).

Porque no es aerodinámicamente eficiente. Para lograr la estabilidad, la superficie delantera tiene que volar con un ángulo de ataque más alto que la trasera. Por lo tanto, el canard tiene que volar en un ángulo de ataque bastante alto, lo que genera una gran resistencia e interrumpe el flujo de aire para el ala principal, lo que reduce aún más su eficiencia. No es casualidad que la mayoría de los jets modernos tengan el mismo diseño. Es el diseño más eficiente conocido.

Además, mientras que el ángulo de ataque más alto del canard conduce a su mayor ventaja, el comportamiento de entrada en pérdida suave en el que el avión simplemente baja suavemente la nariz significa que se reduce el ángulo de ataque máximo utilizable. Esto aumenta la velocidad de aterrizaje y reduce el margen de seguridad en caso de que la aeronave quede atrapada en una cizalladura del viento. Un giro de ala adecuado proporciona un comportamiento de entrada en pérdida mucho peor sin estas desventajas.

Con alas delta, el canard tiene la ventaja de que aumenta el ángulo de ataque de pérdida y, por lo tanto, la sustentación máxima, porque el canard actúa como generador de vórtices. Esto significa giros más cerrados a alta velocidad y menor velocidad de aterrizaje, razón por la cual esta configuración es popular en los cazas (Eurofighter Typhoon, Dassault Rafale, Saab JAS-39 Grippen) donde la maniobrabilidad es más importante que la eficiencia. Además, estos diseños no son estables (en cambio, están estabilizados por computadora; permiten una respuesta de control más rápida), por lo que el canard no produce tanta resistencia.

El Sukhoi Su-47 usa canard principalmente por razones de diseño, ya que el ala inclinada hacia adelante no deja mucho espacio en la cola, pero sí mucho espacio en la nariz. Y no está claro qué tan bueno es realmente el diseño; no parece ser seguido por otros diseños militares. Grumman X-29 voló por primera vez en 1984, pero no se creó ningún diseño de seguimiento.

El Rutan Voyager contrarresta la ineficiencia al no volar el bulo en un ángulo de ataque alto, lo que produce una buena eficiencia, pero una mala estabilidad de cabeceo. Era manejable para buenos pilotos de prueba, pero no adecuado para el piloto de línea aérea promedio. Y tenga en cuenta que esto también elimina la ventaja del comportamiento de bloqueo del bulo.