¿Qué es el Efecto Quilla?

¿Qué es el efecto quilla y cómo sucede? ¿Es lo mismo que Pendulum Effect o no existe?

El Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledege de la FAA tiene una explicación que dice:

Un avión siempre tiene la tendencia de convertir el eje longitudinal del avión en el viento relativo. Esta tendencia de "veleta" es similar a la quilla del barco y ejerce una influencia estabilizadora sobre el avión lateralmente alrededor del eje longitudinal. Cuando se perturba un avión y un ala se hunde, el peso del fuselaje actúa como un péndulo que devuelve el avión a su actitud original.

Sé que estoy como respondiendo mi propia pregunta, pero ¿esta explicación es correcta? Porque en esta pregunta se dice que tal vez no existe o significa algo diferente.

Si, esto es correcto. Puede demostrar esto pateando un poco de timón en vuelo recto y nivelado, luego suelte los pedales, la aeronave se enderezará por sí sola.
Lo único que veo que está mal con la explicación es que asume un avión de ala alta. Los aviones de ala baja no tienen tanta tendencia a "enderezarse" como los de ala alta, por lo que el efecto de "péndulo" se reduce, pero el efecto de "quilla" o veleta sigue ahí.
@RonBeyer no del todo, la configuración diédrica (cuando está presente) se suma a este efecto en aviones de ala baja.
@falstro Sí, dependiendo del grado de efectos diédricos, cuánto hay de efecto, pero diría que es más fuerte en un ala alta habiendo volado yo mismo, el ala baja que suelo volar requiere un poco más de alerón opuesto para venir atrás donde las alas altas son más relajantes en los controles en el giro.
Relacionado, (especialmente para aviones de ala baja ).
¿Se refiere la cita a girar el eje longitudinal (cabeceo o guiñada) o a girar sobre el eje longitudinal (balanceo)?
@RonBeyer ¿Se ha decidido si el "efecto péndulo" es real o no? Parece haber cierto desacuerdo al respecto. No puedo encontrarlo en este momento, pero estoy seguro de que Peter Kämpf ha comenzado antes de que no haya una forma aerodinámica pasiva de enderezar un avión sobre el eje de balanceo.

Respuestas (1)

De acuerdo con la página del efecto de quilla en Wikipedia, es el momento de balanceo creado por el fuselaje y las superficies verticales en un deslizamiento lateral si el centro de presión está desplazado verticalmente desde el centro de gravedad.

Funciones de una quilla

La quilla de un barco (además de cambiar el centro de gravedad por debajo del metacentro ) proporciona una fuerza lateral estabilizadora cuando el barco se balancea. Lo mismo se logra con una superficie de cola, pero en aviación esto se llama amortiguación de balanceo . El ala mucho más grande tiende a dominar la amortiguación del balanceo, por lo que el efecto de la superficie vertical es pequeño.

La siguiente tarea de la quilla es equilibrar la fuerza lateral y el momento de balanceo de las velas en condiciones de viento cruzado. Lo hace dejando que el barco acumule una condición de deslizamiento lateral hasta que la fuerza lateral de la quilla y el casco equilibre la fuerza lateral de las velas, y el momento de balanceo de la fuerza lateral y de la escora equilibre el momento de balanceo de las velas. El efecto quilla es este momento de balanceo debido a una condición de deslizamiento lateral.

Algunas aeronaves con alas muy pequeñas y grandes superficies verticales sufren de momentos excesivos creados por cargas laterales en esas superficies verticales. El más conocido de ellos es probablemente el Lockheed F-104 Starfighter . La cola masiva en el fuselaje trasero inclinado hacia arriba hizo que se necesitara un anédrico de 10° para obtener el momento de balanceo inducido por el deslizamiento lateral correcto.

Efecto péndulo

La página de Wikipedia también menciona el efecto de péndulo y llama tanto la contribución del fuselaje como el efecto diedro. Hombre, si alguna vez hay una competencia por el nombre más engañoso de un efecto, esta sería la entrada ganadora.

Un péndulo es una masa montada debajo del pivote o del metacentro , por lo que se estabilizará en la posición hacia abajo. Parece que los seguidores de la creencia del efecto péndulo creen que el avión está articulado de alguna manera en el centro del ala. ¡Esto esta muy mal! Un avión que vuela no tiene bisagras , por lo que todo el movimiento tiene lugar alrededor del centro de gravedad.

Esto es diferente con las aeronaves: como @JanHudec señala en los comentarios, la flotabilidad del gas de elevación siempre funciona en contra de la gravedad, mientras que la elevación de un ala actúa perpendicularmente a su envergadura y la velocidad del aire. Esto produce un momento en el que el dirigible se balancea y la pesada góndola es empujada hacia abajo por el mismo efecto que empuja hacia abajo un péndulo. Además, debido a la baja densidad de una aeronave (por definición, muy cercana a la densidad del aire que desplaza), las fuerzas laterales aerodinámicas en una aeronave son mucho mayores en comparación con las fuerzas de inercia. Esto permite que la aeronave gire de manera efectiva alrededor de un punto cerca del centro de la envolvente. Tenga en cuenta que las aeronaves no tienen ningún medio de control de balanceo: es solo la gravedad lo que asegura que la góndola permanezca en el lado inferior del casco.

Ahora puede argumentar que lo mismo es cierto para los aviones, solo que con fuerzas aerodinámicas mucho más pequeñas. Sí, pero esas fuerzas laterales son muy pequeñas en comparación con las fuerzas aerodinámicas del ala que, nuevamente por definición, están cerca del peso de la aeronave. Un pequeño cambio allí dominará por completo la imagen, y las pequeñas cargas en el fuselaje son solo un error de redondeo. Al mover las superficies de control, el piloto puede cambiar el vector de sustentación casi como quiera, y las fuerzas en el fuselaje son insignificantes.

Tenga en cuenta que el vuelo al filo de la navaja , una situación en la que la fuerza lateral sobre el fuselaje es realmente cercana al peso de la aeronave, necesita mucha área de fuselaje y un motor potente. Las cargas del fuselaje en vuelo normal son una fracción de las del vuelo al filo de la navaja.

Me parece que recuerdo que dijiste que no existe una forma aerodinámica pasiva de hacer que un avión vuelva al nivel de las alas después de un revés. ¿Es eso básicamente lo que estás diciendo aquí, que los efectos que se supone que deben hacer son demasiado insignificantes para tener un efecto real?
@TomMcW: No, ciertamente no quise decir eso. Si no tiene deslizamiento lateral, de hecho no hay una forma aerodinámica pasiva de enderezar el avión. Aquí estamos hablando de un deslizamiento lateral, y eso normalmente resulta en un momento de balanceo, pero no es necesario que sea en la dirección vertical. Si la aeronave se inclina con el ala izquierda hacia abajo y gira el morro hacia la izquierda, el deslizamiento lateral hará que ruede más hacia la izquierda.
Creo que la principal diferencia con el dirigible es que la flotabilidad siempre actúa hacia arriba en el centro de sustentación, por lo que si el centro de gravedad no está directamente debajo de él, las fuerzas de sustentación y peso se desplazarán lateralmente sin cambiar de dirección, creando así un momento de balanceo restaurador. similar a cómo funciona una bisagra. Pero la sustentación dinámica siempre es perpendicular al perfil aerodinámico, por lo que no se crea ningún momento solo con la inclinación.
@JanHudec: Sí, así es, y pasé por alto este detalle por completo. Editaré la respuesta.
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