¿Permite fly-by-wire aletas de cola más pequeñas (área y grosor) para aviones de pasajeros?

Después de mucho google-fu, para el 777 es un sí asombroso (después de todo, alguien tenía razón).

De un artículo de ICAS de 1996 (consulte las páginas 2, 4 y 5 del PDF) sobre las innovaciones del 777, el uso de leyes de estabilidad relajada y FBW de hecho ayudó a reducir el área de la cola y su peso:

El documento menciona una traviesa de rueda/timón. La rueda aquí es el yugo. Antes del 777, Boeing dimensionaba la cola basándose en el control de un apagado del motor en vuelo usando solo el yugo. Este crosstie digital permitió que la aleta más pequeña:

Estabilizador vertical. El tamaño convencional del estabilizador vertical se basa principalmente en cumplir con los requisitos asociados con la estabilidad direccional estática. Las características de deslizamiento lateral y la capacidad del piloto para controlar los efectos de la falla del motor en el aire usando la rueda solo han dimensionado los estabilizadores verticales en aviones Boeing anteriores. Con la traviesa de rueda/timón, se pueden lograr las mismas características deseadas de deslizamiento lateral y control de apagado del motor con el estabilizador vertical más pequeño. La entrada del timón debido a la traviesa compensa el área reducida.

La aleta aún más pequeña del quad-A345/6 permanece abierta .

Resulta que mi conjetura tenía mérito. El A340 utiliza las superficies de balanceo para complementar la guiñada:

La flexibilidad de fly-by-wire se utilizó para optimizar las velocidades de V _{MCG .} De hecho, la eficiencia del timón se incrementó en tierra mediante el despliegue completo y asimétrico de los alerones interior y exterior en el lado de la acción del pedal en función del recorrido del timón: el alerón interior se ordena hacia abajo y el alerón exterior se complementa con un alerón. se ordena hacia arriba.$^1$

Y al ver el video de prueba de apagado del motor nuevamente, esto se vuelve claramente visible:

Nota: el autor mezcló interior con exterior, o Airbus lo actualizó desde entonces o los cambió por -5/600, de cualquier manera, no cambia la respuesta.

$^1$: C. FAVRE (1994) Fly-by-wire para aviones comerciales: la experiencia de Airbus, International Journal of Control, 59:1, 139-157, https://doi.org/10.1080/00207179408923072 p. 153

Las superficies activas son más efectivas para proporcionar estabilidad que las superficies pasivas. Si la cola vertical pudiera ser una superficie totalmente móvil, sería incluso más pequeña que la del A340.

El fuselaje quiere posicionarse perpendicular al flujo de aire. La cola vertical fija contrarresta eso al proporcionar un momento de estabilización mayor que el momento de desestabilización del fuselaje. Pero el momento de desestabilización del fuselaje en el ángulo de deslizamiento lateral se suma al momento OEI.

Si la cola vertical fuera completamente móvil, podría contrarrestar el momento OEI con un ángulo de deslizamiento lateral cero y, por lo tanto, podría ser más pequeño. Por supuesto, hay demandas mucho más altas de redundancia ya que toda la electrónica y el hardware de activación de potencia deben estar en funcionamiento, mientras que la cola vertical fija solo compensa pasivamente.

Estrictamente hablando, no necesita FBW para esto, la deflexión del timón de compensación también puede ser proporcionada por el circuito de entrada del piloto automático del control de cable mecánico convencional. Pero este hardware de actuación debe entonces ser funcional dentro de las demandas para evitar fallas catastróficas.

No. La autoridad del timón en estos aviones es una función de los requisitos de potencia de guiñada en el peor de los casos, la condición de empuje asimétrico y el tamaño de la aleta está relacionado con eso y también con las características de amortiguación de guiñada natural (vehículo meteorológico) que se desean. Si es FBW o no es irrelevante, excepto en la medida en que el sistema FBW puede ayudar con el control de guiñada durante las paradas del motor. Independientemente del tipo de sistema de control, el área de superficie necesaria es el área de superficie necesaria.

En cualquier caso, fuera de los casos de falla del motor, la mayoría de los sistemas de timón ya son "fly by wire", incluso si son sistemas tradicionales operados por cable, durante el funcionamiento normal. El sistema amortiguador de guiñada, que casi todos los aviones de transporte tienen, opera el timón independientemente de la entrada del piloto en respuesta a las desviaciones de guiñada detectadas por los acelerómetros, y esto se encarga de la guiñada adversa del alerón, así como de los movimientos de guiñada y las tendencias de balanceo holandés que pueden resultar. de los movimientos de guiñada inducidos por la turbulencia.

Los amortiguadores de guiñada normalmente tienen aproximadamente 1/3 del movimiento total del timón disponible y funcionan continuamente en segundo plano durante el vuelo. El piloto tiene los pies en el suelo cuando está en el aire y no tiene que coordinar activamente el vuelo con el timón. Los pedales del timón solo se tocan durante el vuelo si un motor se apaga.