Estabilidad estática

es la tendencia de un sistema a volver a su estado inicial después de una perturbación. Las perturbaciones típicas en el caso de los aviones son:

• Volar en una ráfaga vertical u horizontal
• Un idiota en el palo

La explicación clásica es con una pelota sentada en un hoyo. Siempre que su posición cambie debido a una perturbación, retrocederá hacia el centro. Esto no significa que se detendrá allí: en un mundo ideal libre de fricción, seguirá moviéndose hacia adelante y hacia atrás como un péndulo.

Esta es la estabilidad estática. En términos generales, la estabilidad estática se logra colocando el centro de gravedad por delante del punto neutral, el punto en el que se pueden resumir todas las fuerzas adicionales debidas a un cambio en el ángulo de ataque. Hay dos puntos neutrales, uno para la estabilidad longitudinal y otro para la estabilidad direccional. En ambos casos, el cambio en el ángulo de ataque o deslizamiento lateral creará un momento de corrección alrededor del centro de gravedad, haciendo que la aeronave vuelva a su trayectoria anterior.

Incluso se puede lograr la estabilidad de la altitud, pero aquí aprovechamos el hecho de que el aire se vuelve menos denso a medida que se asciende. Si la aeronave se ajusta para el vuelo horizontal a cierta altitud, un cambio de altitud significará que el ajuste de potencia ya no coincidirá con la resistencia aerodinámica a esta nueva altitud. El avión ascenderá o se hundirá, según el cambio de altitud, hasta que se alcance de nuevo la altitud anterior.

En todos los casos, experimentará sobreimpulsos y oscilaciones alrededor del punto de ajuste. Incluso puede ocurrir que estos excesos empeoren cuanto más dura la oscilación (el movimiento fugoide de un planeador es un buen ejemplo). Para detener las oscilaciones, debe agregar

Estabilidad dinámica

que describe el comportamiento de la aeronave a lo largo del tiempo. En la mayoría de los casos, la fricción asegurará que los movimientos disminuyan y, a veces, las aeronaves necesitan pequeños ayudantes, como amortiguadores de guiñada , para controlarlos.

Usted menciona entradas en pérdida y caídas: de hecho, pueden ocurrir en un avión estáticamente estable. Baja resistencia significa baja amortiguación, por lo tanto, muchos planeadores de alto rendimiento tienen un movimiento fugoide dinámicamente inestable. Lo sé, Wikipedia lo escribe mal, pero la explicación está bien, así que la vinculé de todos modos. Si espera lo suficiente después de un trastorno inicial, las oscilaciones se volverán tan severas que la aeronave se detendrá en el punto más alto del ciclo.

Si mantiene suficiente altitud y no tiene tráfico cerca, es divertido intentarlo.

Buceo en espiral

Tenga en cuenta que omití decir algo sobre la estabilidad de balanceo hasta ahora. El planeador (y su Cessna 172) también comenzarán a balancearse y, en muchos casos, el movimiento de balanceo aumentará más rápidamente que el phugoide, por lo que es posible que deba intentarlo varias veces antes de obtener una pérdida inducida por el phugoide. La mayoría de los aviones tienen una débil tendencia a aumentar el ángulo de balanceo y eventualmente caer en picado en espiral .

No existe un mecanismo aerodinámico para enderezar la aeronave después de una perturbación de balanceo. Lo siento, @kevin, pero diedro no ayudará, solo funciona en caso de deslizamiento lateral.

Sus conjeturas son bastante correctas: un avión "aerodinámicamente estable" tiende a permanecer (relativamente) recto y nivelado si se sueltan los controles.

Tono

Digamos que el elevador de la aeronave está nivelado para volar (manteniendo la misma altitud). Empuja el yugo para bajar la nariz, luego suelta la presión sobre el control. La altitud de morro hacia abajo permite que la aeronave adquiera más velocidad. A medida que aumenta la velocidad, el ala genera más sustentación y la aeronave se eleva lentamente. Si tira del yugo y luego lo suelta, la altitud de morro hacia arriba reducirá la velocidad del avión, lo que reduce la sustentación. Cuando se reduce la sustentación, el morro desciende y aumenta la velocidad. Se aplica un argumento similar si el cabeceo del avión es alterado por una ráfaga.

Esta estabilidad se llama Estabilidad Longitudinal . Está estrechamente relacionado con la posición delantera/trasera del centro de gravedad (CG). Un avión con un centro de gravedad en popa tiene menos estabilidad longitudinal.

Rollo

De manera similar, la capacidad del avión para nivelar sus alas cuando se inclina se llama Estabilidad Lateral . Si gira el avión 10 grados a la derecha y luego lo suelta, tiene una tendencia a girar lentamente a la izquierda, yendo 7 grados a la derecha, 5 grados a la derecha, eventualmente hasta casi nivelarse.

Un diedro de ala es un diseño que añade estabilidad lateral.

Guiñada

Esto se llama estabilidad direccional . Similar al cabeceo y alabeo, es la tendencia de un avión a recuperarse de una perturbación en el plano de guiñada.

Estabilidad vs maniobrabilidad

Cuanto más estable es un avión, menos maniobrable. Esta es una compensación natural siguiendo las leyes de la física. Los Cessna 172 son muy estables, adecuados para estudiantes piloto. Pero no puedes hacer que un Cessna 172 haga cambios muy rápidos. Las aeronaves acrobáticas y los aviones de combate pueden responder muy rápidamente a las acciones del piloto, pero controlar uno requiere mucha más habilidad.

*En aviones de hélice de un solo motor como el Cessna 172, el par que hace girar la hélice ( normalmente en el sentido de las agujas del reloj ) tiende a girar el avión en el sentido contrario a las agujas del reloj (es decir, hacia la izquierda) si se sueltan los controles por completo. Esto se debe al principio físico de "acción y reacción".