¿Por qué la mayoría de los aviones supersónicos o de combate utilizan superficies de control en movimiento?

¿Cuáles son las ventajas de usar superficies de control en movimiento? ¿Alguien puede dar explicaciones basadas en la aerodinámica?

Respuestas (1)

Las dos razones más importantes para tener un estabilizador (la superficie de control en movimiento más común) son la estabilidad a velocidades supersónicas y una mayor maniobrabilidad.

A medida que un perfil aerodinámico se acerca a su número de Mach crítico, el flujo desviado que se mueve más allá del borde de ataque del ala, debido a que tiene que moverse más rápido que el ala misma para seguir el contorno, comienza a exceder Mach 1 y luego desacelera por debajo de él, causando una onda de choque transsónica. forma detrás del borde de ataque del ala. Esta onda de choque provoca la separación de los límites del flujo de aire en el borde de salida del ala, donde se colocan las superficies tradicionales de los ascensores. Esto reduce la sustentación del ala y también la efectividad de las superficies del elevador, un fenómeno conocido como "Mach tuck". Al mover toda la superficie de control, se evita este problema ya que toda la superficie aerodinámica, independientemente de la calidad del flujo de aire sobre cualquier punto, se utiliza para dirigir el flujo de aire y, por lo tanto, calificar la nariz de la aeronave.

En segundo lugar, y de manera más intuitiva, cuanto más grande es la superficie del elevador, más aire redirige y, por lo tanto, más fuerza ejerce sobre la sección de cola, lo que a su vez permite que el piloto cabecee la aeronave a velocidades más altas. El punto final ideal de esta línea de pensamiento es que todo el estabilizador también se convierte en la superficie del elevador; un "estabilizador".

Ambas consideraciones son críticas para el diseño de aviones de combate, que a partir de la cuarta generación eran casi todos capaces de Mach 1 (y algunos podían superar Mach 2), y que también tienen que ser altamente maniobrables incluso cuando el momento de inercia del fuselaje en el plano de cabeceo aumenta (un efecto secundario inevitable de envolver un fuselaje alrededor de dos motores a reacción de alto rendimiento que atraviesan la longitud del fuselaje).

Siempre pensé que era la torcedura en el contorno de la superficie aerodinámica (en el caso de un elevador desviado hacia arriba) lo que causaba muchos problemas en términos de ondas de choque y que esta era una razón para instalar todas las superficies aerodinámicas móviles. ¿Estoy completamente equivocado o es otra razón para los ascensores móviles?
En un vuelo totalmente supersónico, ese bien puede ser el caso; sin embargo, el flujo de aire transsónico causa los problemas que mencioné mucho antes de que la aeronave llegue a Mach 1, y estos problemas a menudo se encuentran en aeronaves con potencia suficiente para acercarse a Mach 1 pero que no están diseñadas para vuelos transsónicos.
Pero supongo que una torcedura también puede dar problemas antes de mach 1, ya que el aumento de la curvatura local aumentará en gran medida la presión, no creo que necesite un flujo supersónico para esto.
¡Muchas gracias por tus excelentes explicaciones KeithS! Aparte de las razones dadas por usted (ondas de choque, Mach tuck y más fuerza), siempre me he preguntado si hay teorías o cálculos aerodinámicos que puedan probarse o estar relacionados con esas consideraciones. ¿El área de superficie más grande en todas las superficies de control móviles realmente proporciona más momento en comparación con el plano de cola convencional (fijo + elevador)? ¿Por qué la mayoría de los aviones comerciales no utilizan todas las superficies de control móviles?
@syahmiamirhamzah: las superficies de control en movimiento aumentan la fuerza teórica máxima que puede proporcionar el plano de cola porque la fuerza en la superficie es una función del ángulo relativo del flujo de aire y el área en la que impacta el flujo de aire. Cuanto más grande sea la superficie, más fuerza puede producir el plano de cola. En la práctica, es posible que no vea la diferencia porque existen otros límites de carga inherentes al diseño del fuselaje. Por eso los aviones comerciales no los utilizan; las fuerzas producidas superan lo que se requiere que haga la aeronave (y, por lo tanto, está construida para resistir). Un 747 no necesita ejecutar un giro 9G.
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