¿Por qué algunos aviones de combate tienen un estabilizador horizontal móvil en lugar de elevadores instalados en los estabilizadores?

Todas las partes de la superficie horizontal de un avión se mueven, no solo la parte trasera. La parte trasera, llamada elevador, puede moverse mucho más rápido y es para maniobrar. La parte delantera, llamada estabilizador (recortable), es para recortar y se mueve lentamente. Se mueve en respuesta a cambios en la configuración de la carga, la velocidad o los flaps y posiciona la superficie de la cola de manera que solo se necesitan pequeñas desviaciones continuas del elevador. No necesita moverse rápido: los altos factores de carga molestarían a los pasajeros y sobrecargarían la estructura.

Raíz del plano de cola del puerto A330 ( fuente de la imagen ). Tenga en cuenta las marcas que muestran el rango de ángulos de incidencia cubiertos por el estabilizador recortable.

Beneficios de una configuración de estabilizador-ascensor:

• Camber: La desviación del elevador cambia la inclinación del perfil aerodinámico de la superficie de la cola y hace que la producción del cambio de sustentación previsto sea más eficiente . Si se supone que la desviación del elevador crea una carga aerodinámica, se produce una inclinación negativa y viceversa. Esto reduce la resistencia que se crea para maniobrar el avión.
• Fuerzas de control más bajas: Al mover una superficie más pequeña, menos potencia hidráulica, y en aviones pequeños, se necesita menos potencia muscular para el mismo cambio de momento que con una cola de vuelo completo o una superficie totalmente móvil. Tiene sentido, ¿verdad?
• Mejor adaptación de las derivadas del momento de bisagra: Dos efectos son importantes para obtener las fuerzas de control correctas: El cambio en el momento de bisagra sobre el ángulo de deflexión ($c_{r\eta}$), y el cambio en el momento de bisagra sobre el ángulo de ataque ($c_{r\alpha}$). Con pestañas, la posición correcta de la bisagra del elevador, la forma de la nariz y los cuernos de control, ambos se pueden adaptar individualmente, mientras que una cola que vuela completamente o una superficie que se mueve le dará al diseñador menos libertad para manipular ambos de forma independiente. Tenga en cuenta que las colas voladoras completas solo surgieron con controles hidráulicos, porque solo esos sistemas pueden administrar las fuerzas de control de las superficies de control en movimiento a alta velocidad.

Equilibrio de la bocina y equilibrio del voladizo en las superficies de control ( fuente de la imagen )

Beneficios de una superficie de cola de vuelo completo

• Al evitar una ruptura del contorno debido a la desviación de un flap, las superficies de control en movimiento total pueden evitar los impactos que de otro modo ocurrirían a alta velocidad subsónica . Este es su principal beneficio para los aviones de combate.
• A velocidad supersónica, la superficie sin combadura producirá menos resistencia, por lo que para velocidad supersónica la superficie de control en movimiento es más eficiente.
• Al mover toda la superficie de la cola a alta velocidad, una superficie de control en movimiento total producirá la mayor tasa de cambio de momento posible a lo largo del tiempo. Sin embargo, para producir también el cambio de momento sostenido más alto, debe ser más grande que una combinación comparable de estabilizador y elevador porque pierde los beneficios de la inclinación variable.
• La superficie de control en movimiento no tiene espacios que puedan agregar reflejos de radar, lo que permite un diseño más sigiloso.
• Menor complejidad mecánica. Esto se ve algo compensado por la necesidad de un sistema hidráulico mucho más robusto.

El plano de cola horizontal completamente móvil generalmente se denomina estabilizador (estabilizador + elevador) o plano de cola completamente móvil o, en algunos casos, losa de cola. Esto se usa principalmente en aviones de combate por algunas razones:

• Maniobrabilidad mejorada. El plano de cola completamente móvil ofrece una mayor maniobrabilidad en comparación con el estabilizador + elevador que se encuentra en los aviones civiles. Básicamente, el estabilizador brinda un rango más amplio de control de tono en un rango más amplio de velocidades. Además, el estabilizador también está articulado sobre el centro aerodinámico , lo que requiere una entrada de control comparativamente menor por parte del piloto para su funcionamiento.

" F 22 Raptor Tail Feathers foto D Ramey Logan " por WPPilot - Trabajo propio. Licenciado bajo CC BY-SA 4.0 a través de Wikimedia Commons .

• Peso y Arrastre. La construcción del estabilizador es simple en comparación con el estabilizador + elevador, ya que tiene prácticamente solo una placa y no tiene conexiones de control en el interior. Esto lo hace más ligero y produce menos arrastre.
• Estabilidad. El diseño del estabilizador ayuda a eliminar el pliegue de Mach. Mach tuck es una tendencia hacia abajo debido a un cambio en la posición del centro de presión. Esto es causado por un movimiento hacia atrás de la onda de choque que se produce en un avión en vuelo transónico. A medida que la aeronave acelera más allá de su número de Mach límite o número de Mach crítico (el número de Mach máximo que puede operar), la autoridad del ascensor necesaria para controlar la aeronave (para evitar un picado) aumenta más allá de la del ascensor. El diseño del estabilizador evita esto.
• Sigilo. El diseño del estabilizador, con sus líneas limpias y sin discontinuidades, ofrece más sigilo en comparación con el diseño del estabilizador y el elevador. El diseño también se puede optimizar para sigilo con bordes, etc.

Algunos aviones GA utilizan todos los planos de cola móviles para, por ejemplo, Piper Cherokee . Sin embargo, hay un par de razones por las que este sistema no suele utilizarse en aeronaves civiles:

• Poder de control. Como ya se señaló, el estabilizador está articulado alrededor del centro aerodinámico, lo que significa que el momento (y la potencia del piloto) requerido es constante. En el caso de aeronaves civiles, el avión debe mostrar una resistencia creciente a una entrada creciente del piloto. Cuando se usan, los estabilizadores en los aviones GA tienen una pestaña antiservo para proporcionar más resistencia.

Fuente: avstop.com

• Requisitos. No existe ningún requisito en las aeronaves civiles de mayor maniobrabilidad o vuelo supersónico. En el caso del Concorde, el problema de compensación en el rango transónico se solucionó cambiando el combustible entre los tanques de combustible, cambiando así el centro de gravedad de la aeronave.