¿Por qué las bocinas de equilibrio de la superficie de control causan problemas a velocidades transónicas?

En muchas aeronaves, las superficies de control como elevadores, alerones, timones, etc., tienen "bocinas" que se extienden hacia delante de la línea de articulación de la superficie, envolviendo la punta del ala o estabilizador, como se ve en el lado izquierdo de esta imagen:

superficie de control caliente

(Imagen a través de Rory McDonald aquí en AvSE , quien no dice dónde lo consiguió).

Esto es beneficioso ya que el área de la superficie de control hacia adelante de la línea de bisagra cancela algunas de las fuerzas aerodinámicas que se oponen a la desviación de la superficie de control y proporciona un lugar en el que colocar cosas pesadas para equilibrar la masa de la superficie de control; ambos hacen que los controles de vuelo de la aeronave respondan mejor y sean más fáciles de usar.

Sin embargo, este comentario de @PeterKämpf sobre esta respuesta de superficie de control córnea sugiere que las bocinas de equilibrio no serían adecuadas para aviones transónicos:

El equilibrado de la superficie de control reduce las cargas hidráulicas y, en consecuencia, la masa. Tiene sentido incluso con controles irreversibles y es posible en el PC-24 debido a su baja velocidad máxima de Mach. A velocidades de avión, las bocinas de control causarán todo tipo de problemas, pero por debajo de Mach 0,74 ofrecen beneficios claros. [Énfasis mío; mach 0.74 es el comienzo del rango transónico para la mayoría de los aviones, y todos los aviones modernos vuelan a velocidades transónicas].

Intuitivamente, uno esperaría que, en todo caso, estos cuernos de equilibrio que apuntan hacia adelante serían algo bueno en el vuelo transónico; Uno de los problemas que pueden surgir al acercarse a la velocidad del sonido es la degradación de la autoridad de control de vuelo debido a la formación de ondas de choque cuando el aire a alta velocidad pasa del ala o del estabilizador a la superficie de control, 1 y la bocina de equilibrio , volando en aire limpio no perturbado por ninguna superficie fija frente a él, permitiría mantener cierta autoridad de control independientemente de los efectos de las ondas de choque en el resto de la superficie de control.

¿Por qué las bocinas de equilibrio de la superficie de control serían una desventaja neta a velocidades transónicas?


1 : En la práctica, esto es generalmente más evidente como una reducción en la autoridad del ascensor, lo cual es algo malo en la mayoría de los regímenes de vuelo, pero especialmente cuando se vuela cerca de la velocidad del sonido .

Respuestas (1)

El centro de presión que se desplaza hacia atrás en el régimen transónico es el culpable, lo que altera el equilibrio, aunque parece haber soluciones alternativas:

El desplazamiento hacia atrás del centro de presión a velocidades transónicas ha dificultado el problema de lograr momentos de articulación equilibrados en todo el rango de velocidades. Tal fue el caso del control de tipo flap equilibrado por bocina de la referencia 1, que estaba montado en un ala puntiaguda de 550 barridos. Este control, aunque casi equilibrado a velocidades supersónicas, estaba muy desequilibrado a velocidades subsónicas. Parecía que la adición de una lengüeta desequilibrante ofrecía un medio para reducir los grandes momentos de bisagra sobrebalanceados a velocidades subsónicas sin cambiar mucho las características del momento de bisagra de control a velocidades supersónicas, ya que las lengüetas, en general, han mostrado pérdidas considerables en la efectividad a velocidades transónicas ( referencias 2 y 3, por ejemplo). [énfasis mío]

— Guy, Lawrence D. "Características transónicas y supersónicas de un control de bocina balanceado con pestaña desequilibrante en un ala en flecha de 55 grados". (1957). https://ntrs.nasa.gov/citations/19930089530


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