¿Cuáles son las desventajas de un diseño ultraligero sin cola?

Cuando diseñamos el SB-13 , también pensamos que no es muy diferente de un diseño normal. Chico, nos equivocamos.

Comienza con el manejo en tierra: los aviones regulares tienen cierta distancia entre las ruedas delanteras y principales, e incluso más entre las ruedas principales y el patín de cola en los taildraggers. Esto los hace bastante estables en tono sobre superficies irregulares. Cuando ambas ruedas están juntas porque hay poco fuselaje para separarlas, cada bache en un campo de hierba se traduce en un fuerte cabeceo. Esto es molesto .

Empeora una vez que despegas: la pequeña amortiguación de cabeceo (ahora estoy hablando del tipo aerodinámico) significa que cada ráfaga hace que el avión sin cola entre en un modo de período corto notable . Esto normalmente está tan amortiguado que el piloto ni siquiera se da cuenta. En un avión sin cola, la amortiguación es suficiente para detener el movimiento una vez que ha ocurrido un cambio considerable en el tono. Por supuesto, el piloto intentará maniobrar en contra de él, pero con el inevitable retraso de un ser humano en el circuito de control. Eso significa que la acción contraria ahora hará que la aeronave cabecee contra el movimiento inicial justo cuando la estabilidad natural hace lo mismo, por lo que sigue un exceso. O el piloto suprime el reflejo aprendido de detener activamente el movimiento de cabeceo o sigue una oscilación inducida por el piloto. Esto es aún más molesto..

Demasiado para las cosas molestas. Lo más peligroso sería:

• acoplamiento entre el modo de período rápido y la flexión del ala. Flutter a baja velocidad es la consecuencia.
• Características de pérdida desagradables una vez que la combinación de barrido hacia atrás y relación de aspecto supera cierto umbral . Para un barrido de 20°, esta sería una relación de aspecto mayor que 7.

Tiene razón sobre el área del ala más grande, pero esto en realidad ayuda a que el larguero sea más liviano ya que hay más altura para colocarlo. A menos que necesite endurecer el larguero para cambiar su frecuencia propia de flexión por encima del modo de período rápido en su rango de velocidad permitido (más 20% de margen de seguridad ).

Esta ha sido una cuestión polémica desde 1910 y no muestra signos de ser resuelta todavía. Varias de sus intuiciones sobre los problemas del ala en flecha sin cola son errores comunes.

Quizás la mejor manera de abordar el diseño es "poniendo la cola al final del ala".

Algunas observaciones sobre sus beneficios:

• Sí, hay un área de ala mayor, pero no hay una estructura de cola, por lo que el equilibrio entre los beneficios y las desventajas está lejos de ser obvio. Aunque la extrapolación a velocidades supersónicas es tenue, podemos señalar que la mayoría de los aviones que batieron récords no han tenido cola.
• Prandtl demostró alrededor de 1930 que un lavado suficiente para que las puntas ejerzan una fuerza aerodinámica modesta en realidad reducirá las cargas estructurales en comparación con un ala convencional, y la NASA ha estado revisando recientemente su análisis.
• El barrido del ala confiere cierta estabilidad en la guiñada. La punta anédrica combinada con lavado y empuje hacia abajo agrega más. Para el Dunne D.7 de 1911 esto fue suficiente y se certificó oficialmente como estable.

Algunas observaciones sobre sus desventajas:

• Los timones son bastante ineficaces. La mejor solución es usar timones de arrastre: superficies de control divididas en el borde de salida del ala exterior, a veces combinadas con los alerones. En el diseño de Mitchell que se muestra, solo el timón interior se mueve durante un giro y funciona más como un timón de arrastre que como uno convencional; incluso se pueden operar juntos, en sentidos opuestos, como un freno de aire.
• Hay una alta sensibilidad a las fuerzas de cabeceo, debido a la baja inercia del cabeceo. Sin embargo, el control de cabeceo es difícil de hacer efectivo por la misma razón que los timones. Geoffrey de Havilland comentó sobre el DH.108 que "La sensibilidad está ahí, pero no en gran medida". Pero sin un diseño muy cuidado, el resultado final puede ser un poco animado y propenso al rollo holandés; el famoso piloto de pruebas "Winkle" Brown describió al GAL 56 como el avión con peor manejo que jamás había volado.
• El ajuste longitudinal es sensible al CG y, por lo tanto, el rango del CG es pequeño. Los cambios en el ángulo de ataque de los cambios de CG no hacen nada por las inestabilidades de tono.
• Un barrido más nítido ayuda, pero también aumenta el flujo lateral y las ineficiencias asociadas.
• Es difícil mantener las puntas separadas del suelo al despegar. si Peter Kampf y sus amigos (ver su respuesta) hubieran leído la autobiografía del piloto de pruebas de Westland, Harald Penrose, habrían sido advertidos del desagradable viaje a través de los Pterodctyls de Westland-Hill.