¿Son necesarios y suficientes los generadores de vórtice del Cessna Caravan para la seguridad del vuelo?

Necesitas mantener varias cosas separadas:

• El centro de presión es donde se pueden resumir todas las fuerzas aerodinámicas verticales. No tiene una ubicación fija , pero su ubicación cambia con el ángulo de ataque.
• El centro aerodinámico (o punto neutral) está de hecho en aproximadamente el 25% de la cuerda de un ala. Su ubicación es fija siempre que la forma en planta del ala no cambie.
• El punto neutral de todo el avión es la media ponderada de los puntos neutrales locales de todas las superficies horizontales. Este es el punto neutral más importante para la estabilidad longitudinal.

En vuelo, cambiará el centro de presión de modo que esté en la misma estación longitudinal que el centro de gravedad. Para ello, regula la elevación trasera o la carga aerodinámica con la ayuda del elevador.

Cuando el centro de presión,$\text{c}_p$, está delante del centro de gravedad,$\text{c}_g$, entonces [esto] requiere una fuerza ascendente en la cola horizontal para mantener el vuelo nivelado.

Esto es cierto si hablas del centro de presión del ala. En una configuración convencional como el Cessna 208, el centro de presión del ala está por delante del centro de presión del avión.

¿Qué tan típico es que después de$\text{c}_g$Los límites están detrás de la$\text{c}_p$, como en el 208?

Esto es bastante normal. No hay necesidad de preocuparse mientras el centro de gravedad aún esté por delante del punto neutral del avión.

¿No implicaría esto inestabilidad estática longitudinal?

No. La estabilidad se reduce en comparación con una ubicación del centro de gravedad más adelantada, pero sigue siendo positiva .

¿Cómo suelen diseñar los ingenieros las colas para mantener las fuerzas ascendentes necesarias en tales casos?

La mayor preocupación de los ingenieros en tal caso son las fuerzas de control demasiado ligeras. El circuito de retroalimentación de fuerza es importante para evitar desviaciones de control que podrían sobrecargar la estructura. Dado que la cola está en la corriente descendente del ala y lleva menos carga por área que el ala, es muy, muy poco probable que se detenga primero. Sin conocer los detalles, estoy bastante seguro de que los generadores de vórtices no se agregaron para curar una deficiencia que ocurre con una ubicación trasera del centro de gravedad. Ahora hice algunas lecturas preliminares y creo que los generadores de vórtices son necesarios para evitar una separación prematura en el elevador en caso de un vuelo a baja velocidad con flaps retraídos y un centro de gravedad trasero.

¿Son los generadores de vórtices […] curitas de última hora para remediar una cola mal diseñada?

Sí lo son. Normalmente curan una esquina del sobre donde algo salió mal durante la prueba de vuelo o después de una modificación (por ejemplo, un aumento en el peso bruto o en el rango del centro de gravedad permitido).

¿Alguien tiene más referencias publicadas sobre la cola de la Caravana en concreto?

Lo siento, yo no.

Ahora he leído el informe del accidente y la transcripción vinculada sobre el accidente de Caravan el 10 de octubre en Dillingham, AK, en 2001. Estos son mis comentarios:

• El testigo en la transcripción tiene mucho conocimiento y estoy de acuerdo con todo lo que dijo.
• Su declaración sobre el cambio de la carga de la cola al retraerse los flaps parece acertada: aunque el informe del accidente no es concluyente sobre la posición de los flaps, parece probable que retraer los flaps junto con una sustentación insuficiente en la cola hizo que la aeronave cabeceara y se detuviera.
• Todo lo que dice el informe del accidente sobre el deshielo se centra en el ala, pero como la velocidad de despegue parecía normal, no creo que el hielo en las alas fuera un problema. Pero ¿qué pasa con el hielo en la cola? No hay mención de eso.
• Los generadores de vórtice en la parte superior de la cola son inusuales y una "pista falsa" sobre arreglos tardíos para una autoridad de control de inclinación insuficiente. Agregue un poco de hielo en la superficie superior de la cola, y la solución no será suficiente y causará un cabeceo incontrolable con una ubicación trasera del centro de gravedad.
• El hecho de que el piloto pareciera haber tirado del yugo en el descenso tampoco ayudó. La pérdida de sustentación en el ala provocaría un cambio de cabeceo con el morro hacia abajo, pero la aeronave permaneció estancada durante todo el descenso. Sí, necesita algo de esfuerzo para cabecear hacia abajo cuando la trayectoria de vuelo ya está 40° hacia abajo, pero esta es la única forma de evitar un choque. Recuerde AF447 .

Mi conclusión de todo esto es que el Cessna 208 Caravan es estable y seguro para volar siempre que la cola esté en perfectas condiciones. Cualquier contaminación de hielo e incluso líquido de descongelación comprometerá su capacidad para producir la sustentación requerida en vuelo a baja velocidad con flaps retraídos y un centro de gravedad trasero.