¿Cómo evita un ala voladora entrar en un giro plano cuando maniobra?

Sweepback ayuda mucho , y el resto se logra con dispositivos de arrastre cerca de las puntas de las alas.

(Fuente: aerospaceweb.org )

¿Notaste que el B-2 tiene alerones divididos y se abren parcialmente durante el vuelo? Su arrastre tira de la punta del ala hacia atrás y, en combinación con el barrido, el ala delantera en guiñada tendrá un brazo de palanca más largo, por lo que el mismo arrastre produce un momento de guiñada estabilizador más grande.

El empuje diferencial no está disponible en los planeadores, y hay muchos planeadores de alas voladoras. Horten III y IV, Fauvel AV-36 y el SB-13 son algunos ejemplos. Los Hortens usaban frenos de velocidad cerca de las puntas de las alas, y el SB-13 tiene timones con desviación diferencial (70 ° hacia afuera, 20 ° hacia adentro) en sus alerones para aumentar el momento de guiñada.

El control direccional no es un problema con las alas voladoras, aunque la estabilidad direccional se vuelve débil a alta velocidad cuando la resistencia inducida es baja. Aleteo y un bajo$c_{L max}$son los verdaderos inconvenientes. El manejo en tierra, las características de aterrizaje y el espacio de carga útil son otros, pero se pueden superar un poco.

Y los giros planos no son posibles con alas voladoras. Todos sus modos de giro son bastante empinados debido a la falta de un fuerte momento de inercia debido a la distribución longitudinal de las masas .

Hay dos enfoques diferentes, estabilidad pasiva y activa en los tres ejes.

Eje X (rollo):

En el eje X, las alas voladoras se estabilizan igual que cualquier otro avión. La estabilidad pasiva se logra a través de un leve diedro hacia arriba entre el ala izquierda y la derecha.

La estabilidad activa se logra a través de alerones cerca de las puntas de las alas que crean una sustentación diferencial controlada que permite que el piloto o la computadora de vuelo controlen la velocidad de balanceo.

Eje Y (paso)

La estabilidad pasiva en el eje Y en los aviones tradicionales se logra a través de la fuerza correctiva de alto apalancamiento del estabilizador horizontal (con la excepción de los aviones tipo canard donde el ala principal misma asume este papel)

La estabilidad activa se logra a través de los controles del elevador en este estabilizador, que aumentan o disminuyen la fuerza vertical en una u otra dirección.

En un ala voladora este estabilizador no está presente. En cambio, el área trasera del ala principal asume este papel. Para que esto funcione, un ala voladora estable debe tener alas que estén significativamente barridas hacia atrás de tal manera que la fuerza de torsión general en ángulos de ataque altos, tanto positivos como negativos, siempre disminuya este ángulo de ataque.

La estabilidad activa se logra a través de superficies de control en la parte trasera del ala. A menudo, estas son las mismas superficies de control que también se usan para el control Roll, pero se desvían al unísono en lugar de direcciones opuestas (Elevons)

Eje Z (guiñada)

Similar al cabeceo, el control de guiñada pasivo y activo en aviones convencionales se realiza con una aleta estabilizadora con un timón en la cola.

En las alas voladoras verdaderas, esto no está presente (algunas ni siquiera tienen aletas). Pero el alto barrido del ala (por lo general, las alas de las alas voladoras se encuentran en un ángulo de aproximadamente 90° en la punta) provoca una mayor fuerza de arrastre en el ala que mira hacia adelante. si la embarcación se desvía hacia un lado, lo que representa la fuerza correctiva requerida.

El control activo se logra provocando una resistencia adicional a través de algún tipo de flaps de frenado cerca de las puntas de las alas (las implementaciones reales varían - elevones divididos - flaps de ruptura separados - ...) Esto también se puede aumentar mediante el uso de empuje diferencial.

(Nota: la fuerza correctiva es mucho menor que la causada por una aleta de cola. Como tal, un ala voladora motorizada debe tener sus motores relativamente cerca del centro, de lo contrario, un escenario con un motor fuera de servicio causaría un momento de guiñada incorregible. Sin embargo, esto limita la efectividad del empuje diferencial si se supone que la nave debe permanecer volando en tal condición)

Velocidad y estabilidad de pérdida:

Un avión de velocidad estable tiene el morro inclinado hacia arriba a velocidades más altas y hacia abajo si la aeronave se vuelve más lenta, gracias a que el centro de gravedad está frente al centro de sustentación, lo que hace que el morro baje. Esto se equilibra con una fuerza hacia abajo (generalmente parasitaria) del estabilizador horizontal que actúa en la cola del avión. Esta disposición de fuerzas también debería hacer que el morro baje y que el ángulo de ataque se reduzca en una situación de entrada en pérdida.

Como un ala voladora no tiene este estabilizador, se debe lograr un equilibrio de fuerzas similar a través de un diseño cuidadoso del perfil y la torsión del ala. Si observa los diseños de planeadores de alas voladoras de Horton, por ejemplo, tienen un perfil "grueso" que crea la mayor parte de la sustentación en el centro (que gracias al barrido del ala también es el frente) Hacia el final y la parte posterior de las alas, el perfil se vuelve más delgado y más simétrico. Al mismo tiempo, las alas están ligeramente torcidas, por lo que el ángulo de ataque intrínseco es unos pocos grados más bajo en la punta (y como tal en la parte trasera del ala) que cerca de la nariz.

A altas velocidades, la parte delantera del ala genera más sustentación que la trasera y eleva el morro. Esta parte tiene la carga alar más alta y se detendrá primero, mientras que el área exterior del ala inclinada hacia atrás, gracias a su perfil, el AoA más bajo y la carga más baja aún no se habrán detenido. El morro desciende y las superficies de control en esta parte trasera permanecen funcionales.

Cabe señalar que no todos los diseños de alas voladoras lograron un comportamiento de pérdida seguro. Algunos, como los diseños estadounidenses de principios de 1940 y 1950, no implementaron la estabilidad de pérdida correctamente, mientras que otros (como el bombardero B2) el avión fue diseñado deliberadamente aerodinámicamente inseguro para facilitar otras características (sigilo) que se habrían visto comprometidas por un ala "torcida".

Las alas voladoras usan empuje diferencial para el control de guiñada en lugar de estabilizadores verticales y timones. Algunos también tienen pequeños timones externos o spoilers para este propósito.

El primer avión en ser certificado intrínsecamente estable, el Dunne D.5 de 1910, tenía un ala en flecha sin cola. Siguieron una serie de biplanos y monoplanos, todos de tipo barrido sin cola y algunos posiblemente con alas voladoras con pedazos colgando.

La característica clave que los hizo estables en el cabeceo fue torcer o lavar el ala desde la raíz hasta la punta, lo que luego se describió como "poner la cola al final del ala". (Algunos tipos sin cola han utilizado superficies aerodinámicas especiales con un centro de presión estable, de modo que se evita el movimiento desestabilizador habitual con ángulo de ataque).

Estos aviones fueron la culminación de una década de búsqueda de un avión que no solo fuera estable sino que pudiera enderezarse automáticamente desde cualquier posición en la que fuera arrojado. Su amigo HG Wells y el licenciatario Starling Burgess (de la línea Burgess-Dunne) registran su hábito de saltar a una plataforma conveniente y lanzar pequeños modelos de papel para ilustrar el punto (Muchos de estos modelos sobreviven en la colección de archivos del Museo de Ciencias).

Para evitar la pérdida y el giro, la cola se unió al ala y la variación de incidencia se suavizó a lo largo de su tramo común para que no pudiera haber una ruptura repentina en una superficie, sino que comenzaría en la raíz y la nariz caería para restaurar. flujo suave Las puntas estaban dispuestas para dar una guiñada pronunciada, de modo que la inclinación en un giro aplicaría la cantidad correcta de guiñada para un giro coordinado sin problemas. Parte de esto fue imbuido por la carga aerodinámica real en las puntas (recientemente incorporada en el ala Prandtl por la NASA). De hecho, los biplanos cumplieron con sus afirmaciones y uno cruzó el Canal de forma segura durante una tormenta en 1913, condiciones en las que más de un avión convencional del día desapareció sin dejar rastro. Los monoplanos eran ligeramente diferentes, pero su único vicio era entrar en pérdida total y repentinamente cuando volaban demasiado lento, y "

Jack Northrop, quien luego fue pionero en el ala voladora en los EE. UU., era un gran admirador de Dunne.