La guiñada adversa es la tendencia natural e indeseable de un avión a guiñar en la dirección opuesta a un alabeo . Es causada por la diferencia en sustentación y resistencia de cada ala. El efecto se puede minimizar en gran medida con alerones diseñados deliberadamente para crear resistencia cuando se desvían hacia arriba y/o mecanismos que aplican automáticamente cierta cantidad de timón coordinado . Como las principales causas de la guiñada adversa varían con la sustentación, cualquier mecanismo de relación fija no podrá resolver completamente el problema en todas las condiciones de vuelo y, por lo tanto, cualquier avión operado manualmente requerirá cierta cantidad de entrada de timón por parte del piloto para mantener el vuelo coordinado .
Los hermanos Wright experimentaron por primera vez un desvío de dirección cuando no pudieron realizar giros controlados con su planeador de 1901 , que no tenía superficie de control vertical. Orville Wright describió más tarde la falta de control direccional del planeador. [1]
La guiñada adversa es un efecto secundario de la inclinación de los vectores de sustentación del ala debido a su velocidad de alabeo y a la aplicación de los alerones. [2] : 327 Algunos manuales de entrenamiento de pilotos se centran principalmente en la resistencia adicional causada por el alerón desviado hacia abajo [3] [4] y solo hacen menciones breves [5] o indirectas [6] de los efectos de alabeo. De hecho, el alabeo de las alas suele causar un efecto mayor que los alerones. [8] Suponiendo una velocidad de alabeo hacia la derecha, como en el diagrama, las causas se explican de la siguiente manera:
Durante un movimiento de balanceo positivo, el ala izquierda se mueve hacia arriba. Si un avión estuviera suspendido en el aire sin ningún movimiento más que un balanceo positivo, entonces, desde el punto de vista del ala izquierda, el aire vendría desde arriba y golpearía la superficie superior del ala. Por lo tanto, el ala izquierda experimentaría una pequeña cantidad de flujo de aire que se aproxima simplemente por el movimiento de balanceo. Esto se puede conceptualizar como un vector que se origina en el ala izquierda y apunta hacia el aire que se aproxima durante el balanceo positivo, es decir, perpendicularmente hacia arriba desde la superficie del ala izquierda. Si este avión con balanceo positivo se moviera además hacia adelante en vuelo, entonces el vector que apunta hacia el aire que se aproxima será principalmente hacia adelante debido al vuelo de movimiento hacia adelante, pero también ligeramente hacia arriba debido al movimiento de balanceo. Este es el vector discontinuo que viene del ala izquierda en el diagrama.
Por lo tanto, para el ala izquierda de una aeronave que se mueve hacia adelante, un alabeo positivo hace que el aire que se aproxima se desvíe ligeramente hacia arriba. Equivalentemente, el ángulo de ataque efectivo del ala izquierda disminuye debido al alabeo positivo. [2] : 361 Por definición, la sustentación es perpendicular al flujo que se aproxima. [2] : 18 La desviación hacia arriba del aire que se aproxima hace que el vector de sustentación se desvíe hacia atrás . Por el contrario, cuando el ala derecha desciende, su vector que apunta hacia el aire que se aproxima se desvía hacia abajo y su vector de sustentación se desvía hacia adelante . La desviación hacia atrás de la sustentación para el ala izquierda y la desviación hacia adelante de la sustentación para el ala derecha dan como resultado un momento de guiñada adverso hacia la izquierda, opuesto al giro a la derecha previsto. Este momento de guiñada adverso está presente solo mientras la aeronave se inclina en relación con el aire circundante y desaparece cuando el ángulo de inclinación de la aeronave es constante.
Para iniciar un giro hacia la derecha se requiere una sustentación ligeramente mayor en el lado izquierdo que en el derecho. Esto también provoca una mayor resistencia inducida en el lado izquierdo que en el derecho, lo que aumenta aún más la guiñada adversa, pero solo brevemente. Una vez que se establece una velocidad de giro constante, el desequilibrio de sustentación izquierda/derecha disminuye, [2] : 351 mientras que los otros mecanismos descritos anteriormente persisten.
La deflexión hacia abajo del alerón de la izquierda aumenta la curvatura del perfil aerodinámico , lo que normalmente aumentará la resistencia aerodinámica del perfil . Por el contrario, la deflexión hacia arriba del alerón de la derecha reducirá la curvatura y la resistencia aerodinámica del perfil. El desequilibrio de la resistencia aerodinámica del perfil se suma a la guiñada adversa. Un alerón Frise reduce esta resistencia aerodinámica por desequilibrio, como se describe más adelante.
Hay una serie de características de diseño de aeronaves que se pueden utilizar para reducir la guiñada adversa y aliviar la carga de trabajo del piloto:
Una fuerte estabilidad direccional es la primera forma de reducir el guiñada adversa. [7] Esto está influenciado por el momento de cola vertical (área y brazo de palanca alrededor del centro de gravedad).
Como la inclinación de los vectores de sustentación izquierda/derecha es la principal causa de la guiñada adversa, un parámetro importante es la magnitud de estos vectores de sustentación, o el coeficiente de sustentación del avión para ser más específicos. El vuelo a un coeficiente de sustentación bajo (o a alta velocidad en comparación con la velocidad mínima) produce una guiñada menos adversa. [2] : 365
Tal como está previsto, el timón es el medio más potente y eficiente para controlar la guiñada, pero acoplarlo mecánicamente a los alerones resulta poco práctico. El acoplamiento electrónico es habitual en los aviones con control de vuelo por cable.
La geometría de la mayoría de los enlaces de alerones se puede configurar de modo que el desplazamiento se desvíe más hacia arriba que hacia abajo. Al desviar excesivamente el alerón hacia arriba, se aumenta la resistencia del perfil en lugar de reducirse y la resistencia de separación ayuda aún más a producir resistencia en el ala interior, lo que produce una fuerza de guiñada en la dirección del viraje. Aunque no es tan eficiente como la mezcla del timón, el diferencial de alerones es muy fácil de implementar en casi cualquier avión y ofrece la importante ventaja de reducir la tendencia del ala a entrar en pérdida primero en la punta al limitar la desviación hacia abajo del alerón y su aumento efectivo asociado en el ángulo de ataque.
La mayoría de los aviones utilizan este método de mitigación de guiñada adversa (particularmente notable en uno de los primeros aviones conocidos en utilizarlos, el biplano de entrenamiento De Havilland Tiger Moth de la década de 1930) debido a su sencilla implementación y a los beneficios de seguridad.
Los alerones frisé están diseñados de manera que, cuando se aplica el alerón hacia arriba, parte del borde delantero del alerón sobresalga hacia abajo en el flujo de aire, lo que provoca un aumento de la resistencia en esta ala (que va hacia abajo). Esto contrarrestará la resistencia producida por el otro alerón, lo que reducirá la guiñada adversa.
Lamentablemente, además de reducir la guiñada adversa, los alerones Frise aumentarán la resistencia general de la aeronave mucho más que la aplicación de la corrección del timón. Por lo tanto, son menos populares en aeronaves en las que es importante minimizar la resistencia (por ejemplo, en un planeador ).
Nota: Los alerones frisé fueron diseñados principalmente para reducir las fuerzas de control del balanceo. Contrariamente a la ilustración, el borde de ataque del alerón está de hecho redondeado para evitar la separación del flujo y el aleteo en deflexiones negativas. [9] Eso evita importantes fuerzas de arrastre diferenciales.
En aeronaves de gran tamaño en las que el uso del timón no es adecuado a altas velocidades o los alerones son demasiado pequeños a bajas velocidades, se pueden utilizar alerones antibalanceo (también llamados spoilerons ) para minimizar la guiñada adversa o aumentar el momento de alabeo. Para que funcione como control lateral, el alerón se eleva en el ala que desciende (alerón hacia arriba) y permanece retraído en la otra ala. El alerón elevado aumenta la resistencia, por lo que la guiñada va en la misma dirección que el alabeo. [10]
Recopilación de datos de pruebas de alerones equilibrados, FM Rogallo, Naca WR-L 419