¿Las aeronaves que usan solo spoilerones para el control de balanceo, sin alerones convencionales, tienen una velocidad aerodinámica cruzada?

Los aviones generalmente tienen una velocidad aerodinámica de cruce (una velocidad aerodinámica mínima por debajo de la cual no se puede mantener el control direccional del avión en caso de que se rompa el timón). Esto se debe a que, a medida que disminuye la velocidad aerodinámica, también disminuye la cantidad de sustentación generada por las alas de un avión, lo que obliga al avión a volar con un ángulo de ataque mayor para mantener un vuelo estable; esto coloca las alas del avión más cerca de su ángulo de pérdida, lo que reduce la reserva de sustentación de las alas y, por lo tanto, reduce la cantidad en la que un alerón bajado puede aumentar la sustentación de su ala unida, lo que resulta en una reducción de la autoridad máxima de balanceo del avión. al mismo tiempo que aumentala velocidad a la que aumenta la resistencia al aumentar el ángulo de ataque y, por lo tanto, aumenta la gravedad de la guiñada adversa generada por los alerones . 1

Sin embargo, no todos los aviones usan alerones para controlar el alabeo; algunos se basan únicamente en spoilerons (alerones que se utilizan para controlar el balanceo) en la parte superior de las alas. Para hacer rodar un avión de este tipo, se levanta el spoiler del ala que baja (reduciendo la cantidad de sustentación producida por dicha ala y provocando que baje), mientras que no sucede nada en el ala que sube. 2 Ejemplos notables de aeronaves solo con spoileron son el B-52G/H , cuyas alas largas y delgadas se torcerían hasta un grado inaceptable bajo las cargas de torsión impuestas por los alerones convencionales (acortando la vida de fatiga del ala y arriesgándose a la inversión del control de vuelo y/o falla estructural del ala), y el MU-2, que, para lograr un buen rendimiento STOL, dispone de grandes flaps a lo largo de toda la longitud de sus alas, sin dejar espacio para los alerones convencionales.

Como el sistema de control de alabeo de un avión solo con alerones no depende de aumentar la cantidad de sustentación producida por cualquiera de las alas, debe ser inmune a la disminución de la autoridad de alabeo en ángulos de ataque altos que maldice a un avión equipado con alerones con una velocidad aérea cruzada; por lo tanto, uno esperaría, teóricamente, que los aviones que no usan alerones convencionales para el control de balanceo, como el B-52G/H o el MU-2, no tengan velocidad cruzada.

¿Es esto cierto? Si no, ¿por qué?


1 : Esto se agrava al aumentar el factor de carga vertical del avión más allá de 1G, cargar el avión hasta su peso máximo permitido y/o retraer los flaps (si corresponde), todo lo cual aumenta el ángulo de ataque al que debe volar el avión para producir la cantidad de sustentación que se le exige y, por lo tanto, aumenta la velocidad aerodinámica cruzada del avión, o retrayendo los dispositivos de borde de ataque (si los hay) y /o volar con alas heladas/insectadas, las cuales disminuyen el ángulo de pérdida del ala, lo que aumenta la velocidad aérea de cruce del avión; por el contrario, la velocidad aérea de cruce de una aeronave disminuye si se empuja el morro hacia arriba para mantener un factor de carga vertical por debajo de 1G, si la aeronave está vacía o con una carga muy ligera, si los flaps y slats/inclinaciones están completamente extendidos y las alas están limpias de cualquier contaminación.

2 : La mayoría de los aviones (aparte de los muy pequeños) tienen y usan spoilerones, debido a sus ventajas a velocidades aerodinámicas muy bajas 3 y muy altas 4 ; sin embargo, la gran mayoría de ellos también están equipados con alerones convencionales.

3 : Como los spoilerons no aumentan el ángulo de ataque de ninguna parte de ninguna de las alas, no se ven afectados por la reducción de la reserva de sustentación y el aumento de la resistencia inducida que se producen con ángulos de ataque más altos. Además, a diferencia de los alerones convencionales, producen guiñada probada en lugar de adversa (ya que los alerones aumentan la resistencia en el ala que baja [la que tiene el alerón levantado], en lugar de en el ala que sube , como lo hacen los alerones); por lo tanto, para los spoilerones, el momento de guiñada producido por las desviaciones de la superficie de control de balanceo ayuda con la maniobra prevista, en lugar de cancelarla parcialmente.

4 : Como la fuerza aerodinámica producida por la deflexión del spoiler se aplica cerca de la cuerda media (en lugar de en el borde de salida del ala, como es el caso de los alerones), la deflexión del spoileron impone cargas de torsión mucho menores en la estructura del ala a velocidades aerodinámicas muy altas que la deflexión del alerón sí lo hace, lo que reduce la cantidad de torsión del ala (lo que reduce la autoridad de control de balanceo de la aeronave, acorta la vida útil de la estructura del ala y, a velocidades lo suficientemente altas, puede causar una inversión total del control y/o una falla estructural de la estructura del ala). ala, todos los cuales generalmente se consideran indeseables) producidos por deflexiones de la superficie de control de balanceo.

Nunca he oído hablar del término Crossover Airspeed.
@CarloFelicione -- Velocidad de cruce: "Para complicar aún más el problema, la configuración y la velocidad de vuelo (flaps 1 y 190 nudos) pusieron al avión en un régimen de vuelo en el que un timón totalmente desviado dominaría el sistema de control lateral. Este fenómeno llegó a ser identificada como la "velocidad de cruce" o la velocidad a la que el sistema de control lateral (alerones y spoilers de balanceo) podría equilibrar exactamente la desviación total del timón disponible " . Google "velocidad de cruce" para más.
No, el Mitsubishi no publicó una velocidad aerodinámica cruzada.
Parece que la pregunta no especifica el nivel de vuelo. Dado que el alerón desplegado hace una disminución neta en el coeficiente de sustentación y un aumento neto en el coeficiente de arrastre de todo el sistema de ala, seguramente hay algún ajuste de potencia por debajo del cual la altitud no se puede mantener con el timón muy alto, pero supongo que eso no es realmente un respuesta.
No creo que se pueda responder de manera general, tal como se editó. Como explicas, no debería haberlo, pero podemos imaginar una situación en la que sería así (por ejemplo, los actuadores de los spoilerones no pueden conducir a una velocidad aerodinámica muy alta). Pero cualquier diseño sensato colocaría tales condiciones fuera de la envolvente de vuelo. Entonces, ¿cómo podemos evaluar si la aeronave es propensa a dicho cruce si las condiciones están limitadas por otros factores (y, por lo tanto, probablemente ni siquiera se hayan probado)?
¿Has visto el timón del B-52G/H? No se necesitará mucho para superar un problema de esa pestaña. ;)
Podría acortar la pregunta a "¿ Pueden los alerones o spoilerones contrarrestar un timón totalmente desviado en toda la envolvente de vuelo de cualquier avión? "

Respuestas (3)

El manual de vuelo del MU-2 no menciona ninguna velocidad aerodinámica cruzada. Supongo que es por la excelente autoridad de control de los saboteadores.

Creo que te refieres a Vmc/Vmca o Velocidad aerodinámica mínima controlable (lo he visto abreviado en ambos sentidos). Nunca he oído hablar del término "velocidad cruzada".

Todos los aviones multimotor (excepto aquellos como el Cessna Skymaster donde los motores están dispuestos en una configuración push-pull a lo largo del eje longitudinal central) se prueban para determinar esta velocidad aerodinámica durante los vuelos de prueba de certificación. Vmc está designado en el indicador de velocidad aerodinámica como una línea radial roja sobre el arco blanco que indica cuándo es seguro extender y operar los flaps. (Hay otra línea roja que indica Vne o Never Exceed airspeed).

Esto nunca debe confundirse con la línea radial azul que hace que Vyse, o la mejor velocidad aerodinámica de ascenso de un solo motor.

El fabricante determina Vmc como la velocidad aerodinámica mínima a la que es posible recuperar el control direccional del avión dentro de un cambio de rumbo de 20 grados y, a partir de entonces, mantener un vuelo recto, con no más de 5 grados de alabeo, si un motor falla repentinamente con:

  • Potencia de despegue en ambos motores
  • Centro de gravedad permitido más atrasado
  • Flaps en posición de despegue
  • Tren de aterrizaje retraído
  • Molino de viento de hélice en configuración de paso de despegue (o emplumado si se empluma automáticamente)

En el Mitsubishi MU-2 Vmc está entre 89 y 100 (velocidad aerodinámica calibrada en nudos) dependiendo de cómo esté configurada la aeronave en cada momento .

No, no es a eso a lo que me refiero. La velocidad aerodinámica cruzada es la velocidad aerodinámica por debajo de la cual la autoridad máxima de balanceo de los controles laterales del avión es menor que el momento de balanceo inducido por deslizamiento lateral de un timón completamente desviado, como se explica en la pregunta a la que mi pregunta se vincula con la respuesta.
En una nota al margen (no es de lo que se trata la pregunta de ninguna manera), la abreviatura más larga Vmca significa velocidad mínima de control en la velocidad del aire , y se usa en contraste con Vmcg, la velocidad mínima de control en el suelo .

Puedo ver a lo que te refieres, tu punto es esencialmente, si un piloto desvió el timón en su máxima extensión, ¿hay una velocidad aerodinámica mínima a la que podría ser superada por el control de alerones o spoilers? Pero dudo seriamente que los fabricantes de aviones prueben este fenómeno, en cualquier caso, nunca me he encontrado con el término en 38 años de aviación. Un cambio brusco de timón a cualquier velocidad aerodinámica en cualquier cosa que no sea un avión completamente acrobático va a causar mucho dolor. El vuelo 587 de American Airlines fue un ejemplo de lo que le sucedería a un avión comercial si se ordena la desviación total del timón. De hecho, los aviones se prueban para Vmca como se mencionó anteriormente.

Al mismo tiempo, se puede mencionar que en muchos aviones ligeros se puede realizar una maniobra de deslizamiento lateral con entrada completa de timón y alerones para perder altura rápidamente y, de hecho, esta maniobra se utilizó en la emergencia del vuelo 143 de Air Canada, así como en el vuelo 110 de TACA. Sin embargo, es muy dudoso que los fabricantes hayan publicado alguna vez una "velocidad cruzada".

AA587 no es un buen ejemplo, ya que la sobrecarga del estabilizador vertical fue un efecto dinámico causado por alternar rápidamente entre el comando izquierdo y derecho, no solo manteniendo el timón en la parada. Un mejor ejemplo sería United Airlines 585 y USAir 427, donde la desviación total del timón fue el resultado de la falla del actuador (ambos choques) y Northwest Airlines 85, que aterrizó de manera segura, pero un 747 tiene un timón partido y solo la mitad está bloqueado. en la posición extrema desviada mientras que los pilotos mantuvieron el otro desviado hacia el otro lado para compensar.

Puede que no sea bueno confiar en un alerón o spoiler con un AOA alto.

Para empezar, la "velocidad de cruce mínima" es la velocidad aerodinámica mínima a la que una aeronave tiene suficiente autoridad de balanceo para crear un deslizamiento lateral opuesto a un timón que pasa por encima. Deslizarse en la dirección opuesta ejerce una fuerza lateral sobre el estabilizador horizontal, lo que ayuda a contrarrestar la fuerza del timón.

La dificultad con los alerones en ángulos de ataque más altos es la siguiente: el alerón hacia abajo crea resistencia en el mismo lado que el timón, creando una condición "anticoordinada" (empeora la guiñada). Además, con un AOA alto, la punta del ala puede detenerse, lo que se suma a los problemas. Por otro lado, el alerón levantado hacia arriba en un AOA alto está bloqueado de la corriente de aire por el ala, lo que reduce su efectividad. Un spoileron, aunque un poco más seguro, tendría problemas similares.

Una solución, particularmente con aviones de pasajeros bendecidos con mucho empuje disponible, sería usar una concha en el ala opuesta para mantenerse derecho. Y, eventualmente, como en un hipotético B-52 I, deshágase del estabilizador vertical/timón y solo use las conchas.

Con el BUFF actual, el empuje diferencial también es una opción.