¿Todas las aeronaves deben tener estabilizadores horizontales y verticales?

Dependiendo de cómo clasifiques las superficies de control, el B-2 Spirit no tiene una puñalada horizontal, ya que es un diseño de "ala voladora". Como ha cambiado la pregunta, la otra parte de la respuesta es que las alas voladoras también han podido arreglárselas sin estabilizadores verticales, al menos en el caso del B-2. Utiliza spoilers ("timones de freno divididos") y diferencial de empuje para adaptarse a la falta de un estabilizador vertical.

Northrop había investigado varios medios para aplicar el control direccional que menos infringiría el perfil de radar de la aeronave, y finalmente se decidió por una combinación de timones de freno divididos y empuje diferencial ~ Sweetman, Bill. "Lockheed Stealth" (2005) ISBN 0-7603-1940-5., pág. 73

(Y al igual que con los controles de vuelo en general en el B-2, eso ayudó mucho con su sistema de control de vuelo fly by wire).

Como los alemanes descubrieron en su avión de alas voladoras ( Ho229 ) y la USAF en los programas YB-35 y YB-49 , las alas voladoras tienen una inestabilidad inherente, aunque algunos de los primeros "diseños de alas voladoras" de biplanos eran lo suficientemente estables para volar. (Dune).

El B-2 tiene un sistema de vuelo por cable para mantener la estabilidad y las cualidades de manejo para que no tenga que hacer concesiones (pérdida) en el rendimiento que los diseños anteriores de alas voladoras hicieron para que el diseño fuera "lo suficientemente estable".

Lo que hace el ascensor/puñalada horizontal para los aviones convencionales es permitir el control longitudinal (control de cabeceo). Si no elige utilizar ese método convencional, el "efecto" es que su diseño debe encontrar otra forma de establecer el control longitudinal y la estabilidad o la aeronave corre el riesgo de ser inestable en ese eje.

Del mismo modo, con los estabilizadores verticales, su diseño debe abordar la estabilidad en el eje de guiñada si desea hacerlo sin una superficie de control que actúe en ese eje.

Según la redacción de su pregunta, el diseño Flying Wing calificaría. Estos aviones no tienen conjuntos de estabilizadores de "cola" adecuados y todavía vuelan.

Entre los primeros aviones en volar estaban los modelos de Alphonse Pénaud , y volaban sin cola vertical. La hélice de empuje impulsada por bandas elásticas fue suficiente para la estabilización. Es cierto que no necesitaban maniobrar.

Planóforo de Pénaud ( fuente de la imagen ). La hélice giratoria reemplazó la cola vertical.

Después de que Friedrich Ahlborn publicara un estudio sobre las cualidades aerodinámicas de la semilla de Alsomitra , Igo Etrich y Franz Wels diseñaron un planeador inspirado en la forma de la semilla. Este voló en 1906 y fue el primer ala voladora que transportaba a un hombre. Como planeador, no podía depender de una hélice de empuje para la estabilización; en cambio, copió el ala exterior en flecha de la semilla de Alsomitra con su borde de fuga hacia arriba.

Las alas voladoras utilizan perfiles aerodinámicos reflejos y/o barrido del ala en combinación con una incidencia reducida en la parte exterior del ala (lavado) para la estabilización. La estabilidad de guiñada es proporcionada por la estabilidad de barrido y cabeceo por la incidencia reducida en la parte exterior/trasera del ala. En general, evitar por completo las superficies de la cola puede dar como resultado una aeronave estable, pero reduce mucho la amortiguación. El resultado es un diseño volable pero problemático .

Ningún diseñador de ala delta que se precie lo pensaría dos veces antes de agregar superficies de cola ( fuente de la imagen ).

Una tercera forma de evitar una cola convencional es la cola en V , que fue inventada en 1930 por el ingeniero polaco Jerzy Rudlicki.

Ultraflight Lazard ultraligero con cola en V invertida ( fuente de la imagen )

En las décadas de 1940 y 1950, se demostró el control de balanceo, cabeceo y guiñada a través de la geometría variable del ala, con el objetivo de eliminar la resistencia y la sustentación normalmente negativa de la cola.

Cuando las alas de geometría variable se reinventaron en la década de 1960, el propósito original se había olvidado o descartado, y la geometría variable se restringió a hacer coincidir las características del ala con diferentes regímenes de vuelo de velocidad, el control de cabeceo y guiñada se realizaba mediante superficies de cola convencionales.

Como tenían tanto el peso de las bisagras de las alas y los actuadores como las desventajas de las superficies de control de la cola, probablemente eran lo peor de ambos mundos.

Los experimentos se limitaron a prototipos controlados a distancia, para probar el principio antes de desarrollar aviones tripulados (su diseñador estaba angustiado por la pérdida de vidas de algunos inventos anteriores). Aparentemente, los problemas de dinero y la política detuvieron un mayor desarrollo en el Reino Unido en ese momento, aunque esta página sugiere que la NASA estudió la idea y encontró algunas dificultades, incluido un arrastre inesperado. Si esas dificultades podrían resolverse ahora... No tengo idea. No soy un experto, solo un observador, así que me interesaría saber más sobre estas ideas.

Lástima, la Golondrina ( fuente aquí ) habría sido una máquina bonita.

Fuentes: Vida de Barnes Wallis