La guiñada adversa es la tendencia natural e indeseable de un avión a guiñarse en la dirección opuesta al balanceo . Es causado 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 causas principales de la guiñada adversa varían con la sustentación, cualquier mecanismo de relación fija no logrará resolver completamente el problema en todas las condiciones de vuelo y, por lo tanto, cualquier aeronave operada manualmente requerirá cierta cantidad de acción del timón por parte del piloto para mantener el vuelo coordinado .
Los hermanos Wright experimentaron por primera vez la guiñada adversa cuando no podían realizar giros controlados en su planeador de 1901 que no tenía una 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 rodadura y de la aplicación de los alerones. [2] : 327 Algunos manuales de formación de pilotos se centran principalmente en la resistencia adicional causada por el alerón desviado hacia abajo [3] [4] y sólo hacen menciones breves [5] o indirectas [6] de los efectos del balanceo. De hecho, el balanceo de las alas suele provocar un efecto mayor que el de los alerones. [8] Suponiendo una velocidad de balanceo hacia la derecha, como en el diagrama, las causas se explican a continuación:
Durante un movimiento de balanceo positivo, el ala izquierda se mueve hacia arriba. Si un avión estuviera suspendido de alguna manera 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 experimentará una pequeña cantidad de flujo de aire en sentido contrario simplemente por el movimiento de balanceo. Esto puede conceptualizarse 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 de balanceo positivo se moviera adicionalmente hacia adelante en vuelo, entonces el vector que apunta hacia el aire que se aproxima se movería principalmente hacia adelante debido al movimiento de avance, pero también ligeramente hacia arriba debido al movimiento de balanceo. Este es el vector discontinuo que viene del ala izquierda del diagrama.
Así, para el ala izquierda de un avión que se mueve hacia adelante, un balanceo positivo hace que el aire que se aproxima se desvíe ligeramente hacia arriba. De manera equivalente, el ángulo de ataque efectivo del ala izquierda disminuye debido al balanceo 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 deflexión hacia atrás de la sustentación para el ala izquierda y la deflexión 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 sólo mientras el avión gira con respecto al aire circundante y desaparece cuando el ángulo de inclinación del avión es estable.
Iniciar un giro hacia la derecha requiere una elevación brevemente mayor en la izquierda que en la derecha. Esto también provoca una mayor resistencia inducida en el lado izquierdo que en el derecho, lo que aumenta aún más la guiñada adversa, pero sólo brevemente. Una vez que se establece una velocidad de balanceo constante, el desequilibrio de elevación izquierda/derecha disminuye, [2] : 351 mientras que los otros mecanismos descritos anteriormente persisten.
La desviación del alerón hacia abajo a la izquierda aumenta la curvatura del perfil aerodinámico , lo que normalmente aumentará la resistencia del perfil . Por el contrario, la desviación del alerón hacia arriba a la derecha disminuirá la curvatura y la resistencia del perfil. El desequilibrio de la resistencia del perfil se suma a la guiñada adversa. Un alerón Frise reduce este desequilibrio de resistencia, 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 la guiñada adversa. [7] Esto está influenciado por el momento vertical de la cola (área y brazo de palanca alrededor del centro de gravedad).
Como la inclinación de los vectores de sustentación izquierda/derecha es la causa principal de la guiñada adversa, un parámetro importante es la magnitud de estos vectores de sustentación o, para ser más específicos, el coeficiente de sustentación de la aeronave. Vuelo con un coeficiente de sustentación bajo (o alta velocidad en comparación con la velocidad mínima) produce una guiñada menos adversa. [2] : 365
Como estaba previsto, el timón es el medio más potente y eficiente para gestionar la guiñada, pero acoplarlo mecánicamente a los alerones no es práctico. El acoplamiento electrónico es algo común en los aviones de vuelo por cable.
La geometría de la mayoría de los varillajes de alerones se puede configurar para desviar el recorrido más hacia arriba que hacia abajo. Al desviar excesivamente el alerón hacia arriba, la resistencia del perfil aumenta en lugar de reducirse y la resistencia de separación ayuda aún más a producir resistencia en el ala interior, produciendo una fuerza de guiñada en la dirección del giro. Aunque no es tan eficiente como la mezcla de timón, el diferencial de alerones es muy fácil de implementar en casi cualquier avión y ofrece la ventaja significativa de reducir la tendencia del ala a entrar en pérdida primero en la punta al limitar la deflexión de los alerones hacia abajo y su aumento efectivo asociado en el ángulo. de ataque.
La mayoría de los aviones utilizan este método de mitigación de la guiñada adversa, especialmente notable en uno de los primeros aviones conocidos que los utilizó, el biplano de entrenamiento de Havilland Tiger Moth de la década de 1930, debido a su sencilla implementación y a sus beneficios de seguridad.
Los alerones Frise están diseñados de modo que cuando se aplica el alerón hacia arriba, parte del borde delantero del alerón sobresaldrá hacia abajo en el flujo de aire, provocando una mayor resistencia en este ala (que desciende). Esto contrarrestará la resistencia producida por el otro alerón, reduciendo así la guiñada adversa.
Desafortunadamente, además de reducir la guiñada adversa, los alerones Frise aumentarán la resistencia general del avión mucho más que aplicar la corrección del timón. Por lo tanto, son menos populares en aviones donde es importante minimizar la resistencia (por ejemplo, en un planeador ).
Nota: Los alerones Frise fueron diseñados principalmente para reducir las fuerzas de control de balanceo. Al contrario de lo que se muestra en la ilustración, el borde de ataque del alerón está redondeado para evitar la separación del flujo y el aleteo en caso de deflexiones negativas. [9] Esto evita importantes fuerzas de arrastre diferenciales.
En aviones grandes donde el uso del timón es inapropiado a altas velocidades o los alerones son demasiado pequeños a bajas velocidades, se pueden usar spoilers de balanceo (también llamados spoilerons ) para minimizar la guiñada adversa o aumentar el momento de balanceo. Para funcionar como control lateral, el spoiler se levanta en el ala descendente (alerón de subida) y permanece retraído en la otra ala. El alerón elevado aumenta la resistencia, por lo que la guiñada está en la misma dirección que el balanceo. [10]
Recopilación de datos de pruebas de alerones balanceados, FM Rogallo, Naca WR-L 419