¿Por qué los planeadores tienen colas tan grandes?

Tenga en cuenta que no todos los planeadores están diseñados para un peso extremadamente ligero. Disminuir el peso también disminuye la velocidad mínima de descenso, pero no ayuda a la relación de planeo con aire quieto y, de hecho, perjudica la relación de planeo contra el viento en contra.

Incluso en los planeadores que están diseñados para un peso muy ligero, los diseñadores a veces han pensado que vale la pena emplear una aleta vertical bastante grande. Un buen ejemplo de ello es el Carbon Dragon .

El propósito básico de una aleta vertical es evitar que la aeronave vuele lateralmente por el aire, especialmente cuando el piloto hace un movimiento de alerón, lo que tiende a crear una guiñada adversa . La guiñada adversa tiende a ser más pronunciada en aeronaves de vuelo lento y de gran envergadura.

Volar de lado nunca es eficiente.

Sin embargo, no todos los diseñadores de planeadores siempre han seguido esta filosofía. El Scheibe Bergfalke es un ejemplo de planeador con una aleta vertical bastante pequeña. (Observe atentamente las fotos de este planeador y verá que más del 75 % de lo que parece ser la "cola" es en realidad el timón, no una aleta vertical fija). Cuando se vuela con los pies del piloto fuera de los pedales del timón, tiende a ser bastante poco cooperativo en respuesta a las entradas de los alerones, siendo bastante feliz de volar de lado por el aire en lugar de girar.

Tenga en cuenta también que un "volumen de cola" deseado dado, el producto del área de la cola por el brazo de momento, se puede lograr con menos resistencia con una cola más pequeña en un brazo largo y delgado (fuselaje trasero), que con una cola más grande en un fuselaje más corto. Realmente has hecho dos preguntas separadas aquí: "¿Por qué el auge de la cola es tan largo?" Y "¿Por qué la aleta vertical es tan grande?". La primera pregunta es más fácil de responder que la segunda: el botalón de cola genera relativamente poca resistencia, debido a su sección transversal delgada y al "área húmeda" resultante. En una primera aproximación, podemos decir que el botalón de la cola es largo, por lo que la aleta y la cola horizontal no necesitan ser más grandes, para crear el volumen de cola y las características de vuelo deseadas. En verdad,¹ Esto también significa que para un "volumen de cola" dado, la reducción de la resistencia resultante de extender el brazo de cola y disminuir el área de cola será menor en vuelo de giro que en vuelo lineal.

Una de las razones por las que los planeadores modernos generalmente se diseñan con colas verticales mucho más grandes que los planeadores antiguos, o la mayoría de los aviones de aviación general de un solo motor, es que los brazos de cola largos y delgados que se usan en los diseños de planeadores modernos tienen un área de sección transversal muy pequeña y, por lo tanto, contribuyen muy poco a la estabilidad de guiñada de la aeronave ("estabilidad direccional"). Casi todo el "efecto de veleta" requerido tiene que provenir de la cola misma.

Ciertamente, el propósito de la botavara de cola larga y la gran aleta vertical no es "equilibrar" el peso de la cabina. Más bien, la cabina se coloca en la posición óptima para equilibrar todo lo demás.

Notas al pie--

1. Re "el flujo de aire y el 'viento relativo' en realidad son curvos cada vez que la trayectoria de vuelo es curva". tiempo, diferentes partes de la aeronave se mueven a través de la masa de aire en diferentes direcciones. Las velocidades lineales instantáneas en el morro y la cola son diferentes, y los "mechones" o "delatores" en el morro y la cola no soplarían en la misma dirección. Los detalles de los efectos del viento relativo curvo están más allá del alcance de esta respuesta, pero puede ser interesante comparar y contrastar los diseños de modelos de planeadores controlados por radio de nivel de competencia versus modelos de planeadores de "vuelo libre". Ambos tienen fuselajes relativamente largos, pero los primeros invariablemente tienen colas verticales mucho más grandes que los segundos. Los últimos deben estar diseñados para volar en círculos estables sin intervención del piloto, mientras que los primeros están diseñados para responder bien a las órdenes de control del piloto. Los efectos del flujo de aire curvo en el vuelo de giro juegan un papel en esta dinámica.

Los planeadores pasan mucho tiempo dando vueltas, entrando en térmicas esquivando a otros mientras vuelan por la cresta y, en general, realizan maniobras diseñadas para aterrorizar a la mayoría de los pilotos de potencia. Henry Ford comentó que "no hay sustituto para los litros". Para un piloto de planeador 'no hay sustituto para la envergadura'. El mío es un titchy de 15 metros. E incluso eso representa un gran momento de inercia en el eje de guiñada. Para ingresar al círculo, debe aumentar simultáneamente la velocidad de guiñada y cabeceo. De vuelta en la pértiga entonces y una bota en el timón (¡esperemos que sea coordinado, de lo contrario iremos derrapando por todo el cielo!). Solo puede obtener los momentos necesarios del elevador (cabeceo) y el timón (guiñada). Las puntas de las alas pueden ofrecer un brazo más largo, pero hay problemas con las superficies de control pegadas allí. (¿Gira, alguien?)