¿Puedes volar un avión con un ángulo de alabeo de 90° sin perder altitud?

Eso depende. Como siempre. Si el empuje es lo suficientemente alto, ¿por qué no?

El vuelo al filo de la navaja es una parte habitual de las actuaciones acrobáticas, y el fuselaje produce casi * toda la sustentación necesaria. Esto requiere

• Suficiente velocidad,
• Una relación baja entre la masa de la aeronave y el área lateral del fuselaje, y
• Suficiente desviación del timón para compensar la aeronave en un ángulo lateral suficientemente alto.

Para vuelo horizontal, su empuje instalado debe ser suficiente para compensar la alta resistencia en esta actitud. Esto no debería ser un problema con los potentes aviones de hélice si su sistema de combustible los mantiene abastecidos en esta actitud. Los jets deben asegurarse de que la entrada pueda tolerar el ángulo de deslizamiento lateral.

El humo del escape indica que este biplano vuela horizontalmente. Sí, es un modelo de avión grande (no para transporte de personas, pero casi lo suficientemente grande para eso). Pero las leyes de la física no cambian con la escala. Para ver un ejemplo de un avión de tamaño completo haciendo un filo de cuchillo, vea este video . ¡Gracias a @romkyns por señalarme esto!

Tenga en cuenta la desviación del timón para mantenerlo en este ángulo de deslizamiento lateral. La dirección se controla con el ascensor. A esta tasa de deslizamiento lateral, el empuje de la hélice también contribuye a la sustentación general; sin embargo, la vertical agrega una fuerza aerodinámica sustancial para compensar la aeronave y el fuselaje tiene que proporcionar la sustentación restante.

* Casi significa que la hélice soportará parte del peso, pero también es necesario compensar la gran carga aerodinámica en la vertical. En resumen, la sustentación aportada por el fuselaje está muy cerca del peso del avión.

Aviones regulares, no. Dependen de la sustentación producida por las alas y el fuselaje para mantenerse en el aire. Ningún avión que yo conozca puede producir suficiente sustentación con su componente inclinado 90°.

Sin embargo, todo esto supone aviones "normales". Si tiene suficiente empuje, no hay nada que diga que necesita depender de las alas para la sustentación, y si su empuje está vectorizado al menos un poco hacia abajo produciendo suficiente componente vertical para evitar que descienda, no importará en qué dirección nada otra cosa está señalando. El ejemplo extremo de esto son, por supuesto, los cohetes espaciales.

Esto sucede (durante varios segundos a la vez) como parte de la maniobra acrobática de "giro de vacilación".

Depende solo del fuselaje para la sustentación (en exceso del componente vertical de empuje), por lo que el morro debe apuntar hacia el cielo y el timón se usa para mantener esa actitud. Debido a que los fuselajes tienen una L/D bastante deprimente, requerirá suficiente empuje o perderá mucha velocidad.

Durante el vuelo "normal" con las alas niveladas, la cantidad de sustentación generada variará con el ángulo de ataque de las alas (alfa). Dentro de la envolvente de vuelo normal de la aeronave, la relación entre sustentación y alfa será casi lineal.

En una situación ideal, con un perfil aerodinámico simétrico y sin considerar los efectos del fuselaje/de estela, a cero grados alfa, no se generará sustentación.

El ángulo de deslizamiento lateral de la aeronave normalmente se llama beta. En vuelo normal recto y nivelado, esto es casi cero, ya que no se desea sustentación lateral.

Si gira la aeronave 90 grados y la mantiene, puede generar suficiente sustentación lateral (ahora dirigida hacia el cielo) con un alfa cercano a cero y un ángulo beta suficientemente alto para mantener el vuelo nivelado, si la forma y el tamaño del fuselaje lo permiten. (Esta es la maniobra del filo de la navaja ilustrada por la imagen en la respuesta de Peter Kämpf).

Se pueden diseñar aviones acrobáticos para esto. Algunas aeronaves pueden mantener la altitud momentáneamente al filo de la navaja, pero no podrán mantener la velocidad relativamente alta requerida para hacer esto y eventualmente comenzarán a descender.

Hacemos eso todo el tiempo con nuestros aviones controlados por radio. Se llama maniobra del filo de la navaja. Mantener la altitud es fácil siempre que tenga suficiente potencia y superficie de timón, pero mantener una línea recta (con elevador) suele ser muy difícil.

Sin embargo, no todos los aviones controlados por radio pueden hacerlo. Por lo general, los aviones con una pequeña desviación del timón no pueden mantener la altitud si su área de superficie es pequeña. Los acrobáticos pueden hacerlo todo el día. De hecho, una forma elegante de salir de esta maniobra es subir al final en esa misma orientación.

Durante esta maniobra, la nariz del avión siempre estará un poco más alta (por lo tanto, en una actitud de cabeceo hacia arriba) que la cola. No veo a nadie haciéndolo sin cabecear y manteniendo la altitud.

En realidad no es tan complicado. Todo depende de si el fuselaje específico está diseñado para tales maniobras y si la planta de energía es lo suficientemente robusta para una operación sostenida en este modo de vuelo. MUCHOS aviones pueden mantener el vuelo en vuelo horizontal con las alas a 90 grados del suelo. Los Blue Angels de la Armada y los Thunderbirds de la USAF hacen esto diariamente en sus exhibiciones aéreas. Mover un perfil aerodinámico a 90 grados, 180 grados, 270 grados o incluso 360 grados (barrel roll) se logra a través de los alerones de las alas. La mayoría de las aeronaves capaces de realizar maniobras acrobáticas tienen compensadores en los alerones, el timón y el elevador para ayudar a prolongar dichas maniobras. Aunque la mayoría de los aviones ligeros no tienen compensadores en el timón y el elevador.

He sido testigo de un despegue de Pilatus Porter (Fairchild) casi vertical con menos de 40 pies de balanceo sobre el suelo. De acuerdo, fue desmontado y sobrealimentado, pero funcionó como se anuncia. Creo que hubo un video tipo Youtube sobre esto en algún lugar en algún momento. La demostración fue realizada por el Ejército de los EE. UU. en la década de 1970.

Solo si hay un componente del vector de fuerza apuntando hacia arriba.

Los modelos de aviones tienden a tener un timón grande que proporciona sustentación cuando se gira 90 grados. Los aviones de combate tienen toberas vectoriales que pueden girar para proporcionar sustentación en una maniobra de 90 grados.

La mayoría de los aviones de pasajeros no pueden realizar tales maniobras.