¿Por qué la bola ya no está centrada en un avión multimotor con motor inoperante?

1. Empuje asimétrico significa que ahora tiene más empuje en un lado que en el otro. Se produce un momento de guiñada.
2. Desea equilibrar este momento de guiñada para seguir volando en línea recta. Esto significa que el avión necesita producir un momento de guiñada opuesto en otro lugar. La parte más adecuada para hacerlo es la superficie vertical de cola, que lo hará produciendo una fuerza lateral mediante la desviación del timón.
3. Con esa fuerza lateral, el avión aceleraría hacia los lados, por lo que necesita una fuerza lateral compensatoria que equilibre la de la cola vertical. Esto se puede lograr con un ligero ángulo de alabeo, por lo que su ala crea esta fuerza lateral compensatoria.

Ahora vuela con un deslizamiento lateral y un ángulo de alabeo distinto de cero, pero aún en línea recta. Esto hace que la pelota se aleje de la posición central.

Tenga en cuenta que un efecto similar hace que los helicópteros tipo Sikorsky cuelguen lateralmente en vuelo estacionario : para compensar la fuerza lateral creada por el rotor de cola para contrarrestar el par del rotor, el disco del rotor debe inclinarse lateralmente para crear esta fuerza lateral contraria. De lo contrario, el helicóptero flotante se desviaría hacia los lados. Desde el brazo de palanca del rotor de cola y la cantidad de inclinación, puede leer directamente la eficiencia con la que el rotor convierte el par en sustentación.

(Nota: los primeros dos párrafos de esta respuesta estaban dirigidos al título original de esta pregunta, que era "¿Por qué la pelota ya no apunta directamente hacia abajo en un avión multimotor con motor inoperable?")

Primero, abordemos un concepto erróneo que algunos lectores pueden tomar de su título. En vuelo lineal de rumbo constante en cualquier avión, "coordinado" o no, la bola de deslizamiento-derrape siempre "apunta" directamente hacia abajo en relación con la tierra. Si tiene la idea de que en un vuelo lineal de rumbo constante en un avión multimotor con un motor averiado, la pelota no apunta "directamente hacia abajo" hacia la tierra, entonces tiene una idea errónea, independientemente de si lo hacemos o no. están aplicando la entrada de timón y el ángulo de alabeo óptimos para mantener la resistencia al mínimo.

Pero "recto hacia abajo" no es lo mismo que "centrado", si el avión está inclinado. Más concretamente, independientemente del ángulo de alabeo, e independientemente de si la trayectoria de vuelo prevista es una línea recta o un giro, resulta que no es óptimo mantener la bola de deslizamiento exactamente centrada , cuando se trata de un motor averiado encendido. un avión multimotor.

Ahora, pasando a su pregunta real tal como la entiendo, supongo que la esencia real de su pregunta es "¿por qué no es óptimo mantener la bola de deslizamiento centrada, en el caso de una falla del motor en un multi- avión de motor?" O dicho de otro modo, en este caso, "¿por qué la pelota no está centrada en un vuelo 'coordinado'?"

Debe comenzar preguntándose cuál es el significado de "vuelo coordinado". Podríamos definir "coordinado" de varias maneras diferentes, una de las cuales sería que "la pelota esté centrada". Pero si por "coordinado" queremos decir que el fuselaje está apuntando directamente hacia el viento relativo, no inclinado hacia un lado, es decir, si queremos decir que un mechón de hilo ("cuerda de guiñada") montado en el medio del parabrisas estar centrado, sin soplar hacia un lado; entonces no siempre queremos que la bola esté completamente centrada, especialmente en el caso de un motor fallado en un avión multimotor.

Lo que sucede aquí es que cuando el fuselaje está completamente aerodinámico al viento relativo y no se inclina para exponer ninguno de los lados del fuselaje al flujo de aire, la situación óptima para minimizar la resistencia, entonces la bola no puede estar completamente centrada, porque el timón en sí mismo , que está fuertemente desviado para compensar el motor averiado, está generando una fuerza lateral aerodinámica significativa y, por lo tanto, una aceleración significativa hacia el motor averiado . La compensación de esta fuerza lateral ladeándose ligeramente hacia el motor bueno evita que la trayectoria de vuelo se curve, es decir, evita que la aeronave gire, de modo que el rumbo de la aeronave permanece constante, pero no afecta la posición de la bola, por lo que la bola sigue siendo descentrado.

Si aplicamos suficiente presión de timón para centrar completamente la bola, esto significaría que estamos exponiendo el lado del fuselaje (el lado más cercano al motor averiado) al flujo de aire, creando así una fuerza lateral aerodinámica que cancela exactamente la fuerza lateral del timón desviado. . (Y en este caso podríamos mantener el rumbo con las alas niveladas, no habría tendencia a girar). Esto no es óptimo: la resistencia es mayor de lo necesario.

Tenga en cuenta que en ambos casos el par del timón desviado está cancelando el par de la asimetría de empuje. En el último caso, la deflexión ligeramente mayor del timón en realidad está creando un pequeño par de torsión adicional, que se utiliza para mantener el fuselaje y la aleta vertical apuntando ligeramente hacia los lados en relación con el viento y el flujo de aire relativos; nuevamente, esto no es óptimo.

En teoría, esto sucede cada vez que desviamos el timón por cualquier motivo. Si queremos mantener el fuselaje aerodinámico al flujo de aire, y el timón se desvía en absoluto, la bola no debe estar completamente centrada. Más bien, deberíamos aplicar un poco menos de timón del que sería necesario para centrar completamente la bola. De lo contrario, estamos exponiendo el lado del fuselaje, el lado opuesto al timón desviado, al flujo de aire. Pero normalmente este efecto es lo suficientemente trivial como para que no nos preocupemos por él. No es así cuando el timón se desvía fuertemente para contrarrestar el par de un motor averiado.

Podríamos imaginar algún otro sistema de control de guiñada, como los alerones divididos "concha" en el B-2 Spirit , que crearía mucho par de guiñada, pero ninguna fuerza lateral aerodinámica significativa. En este caso, si hay una asimetría de empuje, para alinear completamente la línea central de la aeronave con la dirección de la trayectoria de vuelo, el viento relativo y el flujo de aire, la bola simplemente debe estar centrada, no desviada hacia un lado. ¹

Tal vez sería útil explicarlo de esta manera: una forma de ver las cosas es decir que debe usar el timón según sea necesario para mantener el rumbo constante y luego, mientras continúa manteniendo el rumbo constante, inclinarse hacia el motor bueno lo suficiente para mover la pelota ligeramente fuera del centro (a menudo se recomienda la mitad del diámetro). Pero otra forma de ver las cosas es decir que debe aplicar timón según sea necesario para llevar la bola casi al centro, pero no completamente (nuevamente, a menudo se recomienda la mitad del diámetro fuera del centro), de modo que el fuselaje esté completamente aerodinámico al flujo de aire. , y luego, mientras mantiene la bola en esa posición, ladee según sea necesario hacia el motor bueno para detener cualquier tendencia a girar y mantener el rumbo constante. En teoría, terminarás en el mismo lugar con cualquier método. De acuerdo, en el mundo real, hay razones por las que Es muy importante contrarrestar de inmediato cualquier guiñada hacia el motor averiado, por lo que el primer método, priorizar mantener el rumbo constante, puede ser mejor. Pero pensar en cómo funcionaría el segundo método puede brindarle una mejor comprensión de lo que realmente está sucediendo en términos de fuerzas y pares aerodinámicos.

PD: supongo que estoy partiendo de la suposición de que comprende la diferencia entre la fuerza lateral y el par . También estoy partiendo de la suposición de que usted entiende lo que realmente indica la bola de deslizamiento (bola del inclinómetro). La bola de deslizamiento-derrape responde a la suma neta de todas las aceleraciones laterales (hacia los lados) que actúan sobre una aeronave, excluyendo el componente de aceleración lateral debido a la gravedad. Y esto es usando "lateral" o "de lado" en relación con el propio marco de referencia de la aeronave.-- es por eso que la inclinación no afecta la posición de la pelota en sí misma, ni genera ninguna fuerza lateral aerodinámica. (Obviamente, es una historia diferente si también estamos cambiando algunas otras variables, por ejemplo, si estamos manipulando el timón según sea necesario para obligar a la trayectoria de vuelo a permanecer en línea recta mientras variamos el ángulo de alabeo, en cuyo caso estaremos demostrando un deslizamiento lateral.) Para (mucho) más, vea esta respuesta ASE relacionada: ¿ Qué indica realmente la bola de equilibrio?

Consulte también esta respuesta de ASE relacionada: ¿ Por qué no debe girar en la dirección de un motor que no funciona?

Y vea también esta respuesta relacionada: ¿ Cómo puede ayudar el uso de aceleradores divididos al aterrizar gemelos con viento cruzado?

Nota de cierre: tenga en cuenta que esta respuesta y al menos otra respuesta publicada están básicamente de acuerdo, excepto que esta respuesta usa la palabra "fuerza lateral" específicamente en relación con el propio marco de referencia de la aeronave. Según esta convención, el alabeo crea una fuerza horizontal (¿hacia los lados?) que evita que la trayectoria de vuelo se curve (evita que la aeronave gire), pero en realidad no crea una "fuerza lateral" en el propio marco de referencia de la aeronave, por lo tanto, el ángulo de alabeo no afectan directamente la desviación de la bola de deslizamiento. Además, la presente respuesta, aunque posiblemente sea más detallada de lo absolutamente necesario, pretende abarcar situaciones en las que la aeronave no viaja simplemente en línea recta.

Notas al pie:

1. Pero, por otro lado, minimizar el deslizamiento lateral (centrar la cuerda de guiñada) no es tan importante, en términos de minimizar la resistencia, en un avión de alas como el B-2, con una sección transversal mínima como se ve en la vista lateral. Considere esta cita de la 35th Wright Memorial Lecture de Jack Northop sobre el desarrollo de aeronaves de ala voladora : "para aeronaves de muy largo alcance existe una valiosa ventaja compensatoria al poder volar en condiciones de potencia asimétrica sin un aumento apreciable en la resistencia. " En tal caso, el piloto simplemente debe hacer cualquier entrada de control que equilibre de manera más eficiente la aeronave en balanceo, con una penalización de arrastre mínima, y ​​siempre que la aeronave tenga alerones eficientes, minimizar el deslizamiento lateral (centrar la cuerda de guiñada) será menos importante que en un aviones más convencionales.