¿Qué problemas de control tuvo que superar el X-1 para lograr un vuelo supersónico?

Los problemas de control son causados ​​por un cambio de las fuerzas aerodinámicas. En vuelo subsónico, se crean principalmente en la parte delantera del ala (el aumento de sustentación con el ángulo de ataque funciona en el punto de un cuarto de cuerda del ala, independientemente del barrido), mientras que en el flujo supersónico funcionan igualmente en toda la cuerda. El centro de sustentación en el flujo supersónico puro está en la cuerda media y, en realidad, el centro aerodinámico se desplaza lentamente hacia atrás cuando la aeronave acelera hasta Mach 1 y una mayor parte de la superficie queda expuesta al flujo supersónico.

Dado que la posición del centro de gravedad es mayormente fija (el Concorde bombeaba combustible entre los tanques para cambiar el centro de gravedad), este cambio debe compensarse con la desviación del elevador. El elevador debe moverse con el borde de salida hacia arriba, lo que crea una ruptura en el contorno de la superficie aerodinámica, que a su vez crea una fuerte onda de choque a alta velocidad de vuelo subsónica y supersónica. Este choque provoca la separación del flujo y puede conducir a la inversión del ascensor. Solo cuando la parte fija de la cola horizontal también se puede mover, o tiene una cola de vuelo completa (se mueve todo el estabilizador, no solo la parte trasera) para crear el cambio de sustentación necesario sin romper el contorno, el el avión se puede ajustar tanto para velocidad subsónica como supersónica.

El beneficio del X-1 era un estabilizador con incidencia variable, del que carecía el P-51. Sweep también habría ayudado, pero no era realmente necesario.

El fenómeno que estás describiendo se llama " Mach tuck ". Como describió Peter, la ubicación de las fuerzas de elevación cambia, lo que puede ser más de lo que el ascensor puede compensar.

También hay otro factor en juego. Esta imagen muestra lo que sucede en la superficie de un ala o cola cerca de velocidades supersónicas. A velocidades más altas, se muestra una separación de flujo. Esto significa que el flujo ya no se "pega" a la superficie, sino que crea turbulencias en esa área. Esta separación del flujo se produce en el borde de salida, exactamente donde suelen estar las superficies de control. Esto significa que en lugar de desviarse hacia un flujo suave, entran en turbulencia. Esto puede causar sacudidas en los controles y hace que las superficies de control sean mucho menos efectivas.

La solución a este problema fue mover toda la superficie de la cola en lugar de solo una parte del borde de fuga. Dado que esta superficie ahora actúa tanto como estabilizador horizontal como elevador, se denomina " estabilizador ". Notarás esta característica en la mayoría de los aviones de combate supersónicos.