Al girar, un avión no se endereza naturalmente (como lo hace un automóvil hasta cierto punto). ¿Los alerones están diseñados para permanecer en cualquier posición en la que se coloquen, o es simplemente un subproducto de la aerodinámica?
Creo que es un poco de ambos: para la mayoría de los aviones, la forma en que se comportan en un giro es un subproducto de sus propiedades aerodinámicas diseñadas. Esta pregunta es en realidad bastante compleja de responder. Supongamos que está hablando de un avión ligero simple, donde las superficies de control están conectadas mecánicamente a los controles que los mueven; esto asegura que todo lo que sienta esté relacionado con lo que le sucede al avión, y no necesariamente con algo más complejo (como una computadora fly-by-wire, o un enlace hidráulico con cierto grado de histéresis).
Los giros de las aeronaves se dividen, al menos por la CAA y la FAA (consulte el Manual de vuelo de aeronaves de la FAA, Capítulo 3 ) en tres categorías principales:
Veamos esto con un poco más de detalle, con alguna explicación de por qué ocurren estos efectos.
giros poco profundos.Estos tienden a volverse menos pronunciados a medida que avanza el viraje, y la mayoría de las aeronaves tienen una tendencia natural a disminuir el ángulo de alabeo a lo largo del viraje. Esta tendencia a disminuir el ángulo de alabeo surge, creo, completamente como una característica aerodinámica diseñada de la aeronave para tener estabilidad lateral. Como los ángulos de alabeo poco profundos son esencialmente una situación que no es más que una pequeña perturbación sobre el vuelo recto y nivelado, es deseable que el ángulo de alabeo disminuya de nuevo a cero si se deja solo. Si ese no es el caso, la estabilidad de la aeronave debe mantenerse activamente mediante la manipulación constante de las superficies de control (lo que es agotador o imposible para un ser humano). Esta estabilidad se puede lograr a través de características de diseño, como (i) el diedro de las alas de la aeronave, (ii) su barrido y (iii) su posición de altura, si es alta, para "tirar" de las alas hacia atrás de nuevo. El único propósito de cualquier grado de diedro del ala, el ángulo que forman con la horizontal, es mejorar la estabilidad lateral. Si una perturbación hace que caiga un ala, la fuerza resultante (desequilibrada) producirá un deslizamiento lateral en la dirección del ala hacia abajo. En efecto, esto es análogo a "crear" un flujo de aire en la dirección opuesta al deslizamiento. Este flujo de aire golpeará el ala inferior con un ángulo de ataque mayor que el que golpea el ala superior. Por lo tanto, el ala inferior recibirá más sustentación y el avión regresará a su posición neutral. Muchos aviones pequeños tienen un ligero grado de diedro en las alas. Un efecto similar ocurre con (ii) las alas en flecha: cuando una perturbación hace que un avión con las alas en flecha hacia atrás se deslice o deje caer un ala, el ala baja presenta su borde de ataque en un ángulo que es casi perpendicular al flujo de aire relativo. Como resultado, el ala baja adquiere más sustentación, se eleva y el avión recupera su actitud original. Aparte, en realidad no te das cuenta de que estás en un giro poco profundo, aparte del hecho de que estás aplicando continuamente un poco de palanca y timón. Él -La carga es mínima.
Giros medios . En este caso, la aeronave se encuentra en un estado metaestable: continuará con un ángulo de inclinación lateral constante, pero un "empujón" hacia cualquier lado hará que la inclinación aumente o disminuya según corresponda. Por este punto, , y el ala exterior realmente está generando mucha más sustentación que la otra, y por lo tanto afectaría el aumento del ángulo de alabeo, ya que atrae a la aeronave hacia el círculo. Los efectos discutidos anteriormente, sin embargo, aún se aplican y brindan una fuerza restauradora efectiva para volver a la actitud normal. En un giro medio, las aeronaves están diseñadas para equilibrar estas fuerzas y, en la práctica, a menudo se necesita poco o nada de alerones y casi nada de timón para hacer un giro medio coordinado en un avión ligero. Si está correctamente recortado, puede quitar las manos de los controles y sentarse allí alegremente dando vueltas en círculo. Dependiendo de su velocidad, el -La carga es aparente, pero no excelente.
Giros pronunciados. En este punto, un ala casi no genera sustentación y la otra genera bastante. Hemos ido más allá del punto de estabilidad diseñado de un giro medio, y el ángulo de alabeo tiende a aumentar a medida que el ala exterior tira del avión de la aeronave hacia su eje de giro. Este tipo de viraje requiere activamente la entrada del piloto para mantener un ángulo de inclinación constante y, dependiendo de la velocidad, físicamente puede ser un trabajo bastante duro. Él -la carga de las alas es significativa y, a medida que la velocidad de pérdida de un avión aumenta aproximadamente como la raíz cuadrada de la experimentado, es completamente posible entrar en una pérdida acelerada o incluso un trompo aquí. Notas el ángulo de alabeo y sientes la extraña actitud del avión. Este fenómeno se llama la tendencia overbanking.
Todas las superficies de control están diseñadas para volver a una posición neutral si no se aplica fuerza de control. Esto es parte de los requisitos de certificación para cada aeronave. JAR 23.177 (d) dice:
En deslizamientos laterales rectos y constantes a 1·2 VS1 para cualquier tren de aterrizaje y posiciones de flaps y para cualquier condición de potencia simétrica hasta el 50% de la potencia continua máxima, los movimientos y fuerzas de control de alerones y timón deben aumentar de manera constante (pero no necesariamente en una proporción constante). ) a medida que el ángulo de deslizamiento lateral se incrementa hasta el máximo apropiado para el tipo de avión. En ángulos de deslizamiento lateral más grandes hasta el ángulo en el que se utiliza el control total del timón o de los alerones o se alcanza un límite de fuerza de control contenido en JAR 23.143, los movimientos y las fuerzas de control de los alerones y del timón no deben invertirse a medida que aumenta el ángulo de deslizamiento lateral. (…)
Tenga en cuenta que si mantiene los alerones en una posición desviada, la aeronave aumentará la velocidad de balanceo hasta que se alcance un equilibrio con la amortiguación de balanceo . Para mantener el ángulo de alabeo deseado, el piloto tiene que detener activamente el movimiento de balanceo desviando los alerones brevemente contra el balanceo. Esto es diferente de conducir un automóvil donde el ángulo de dirección es proporcional a la velocidad de giro.
Dado que los alerones están articulados cerca de su borde delantero, las fuerzas aerodinámicas los "empujarán" en la dirección del flujo local. Al seleccionar una línea de bisagra y dimensionar la parte de la superficie de control por delante de la línea de bisagra , el diseñador de la aeronave puede adaptar las fuerzas de control para que sean positivas a todas las velocidades, pero lo suficientemente bajas como para no cansar al piloto. Se han probado muchas soluciones ingeniosas , especialmente para alerones, y solo la aplicación de la hidráulica ha permitido que esta forma de arte dentro del campo de la ingeniería se marchite en las últimas décadas.
No me hagas hablar de cómo exactamente puedes adaptar las fuerzas de la barra de balanceo: esta será una publicación que será mucho más larga que cualquier cosa que haya escrito aquí antes.
Cómo y por qué una aeronave puede o no enderezarse cuando realiza un viraje se analiza extensamente en esta pregunta .
Las aeronaves pueden diseñarse para que sean aerodinámicamente estables alrededor de cada uno de sus ejes: cabeceo, balanceo y guiñada.
La mayoría de los aviones (excepto los cazas modernos) están diseñados para ser aerodinámicamente estables en cabeceo (en realidad, en ángulo de ataque) y guiñada. Sin embargo, hacer que la aeronave sea aerodinámicamente estable tanto en guiñada como en balanceo provoca una incómoda oscilación de balanceo holandés . Por lo tanto, están diseñados para ser solo ligeramente estables en balanceo con el resultado de que, sin la intervención del piloto, los alabeos poco profundos tienden a corregirse lentamente, pero los ángulos de alabeo más grandes aumentan con el tiempo.
Es un subproducto de la aerodinámica.
Una desviación constante del alerón da un momento de balanceo constante. Un momento de balanceo constante, no nulo, da una velocidad de balanceo creciente.
Durante un giro, desea un ángulo de alabeo constante, no una velocidad y mucho menos una velocidad de aceleración.
Para lograr un ángulo de alabeo constante, una vez que está en un giro, solo necesita una mínima desviación del alerón (la cantidad depende de la dirección del giro si tiene un avión asimétrico, como una sola hélice o un bimotor con motores co-rotativos).
La cantidad de desviación necesaria también se verá afectada por el anédrico/diédrico del ala: un diédrico, por ejemplo, le dará un momento de balanceo que tenderá a nivelar la aeronave, los alerones deberán desviarse lo suficiente para equilibrar este momento. con una igual y opuesta.
Para entrar y salir de un giro, necesita una desviación de alerón más grande porque desea cambiar su actitud de alabeo, desea tener un momento de balanceo neto distinto de cero (durante un período de tiempo relativamente breve).