El empenaje ( / ˌ ɑː m p ɪ ˈ n ɑː ʒ / o / ˈ ɛ m p ɪ n ɪ dʒ / ), también conocido como cola o conjunto de cola , es una estructura en la parte trasera de una aeronave que proporciona estabilidad durante el vuelo. , de forma similar a las plumas de una flecha . [1] [2] [3] El término deriva del verbo francés empenner que significa " emplumar una flecha". [4] La mayoría de los aviones cuentan con un empenaje que incorpora superficies estabilizadoras verticales y horizontales que estabilizan la dinámica de vuelo de guiñada y cabeceo , [1] [2] así como superficies de control de la carcasa .
A pesar de las superficies de control efectivas, muchos de los primeros aviones que carecían de un empenaje estabilizador eran prácticamente imposibles de volar. Incluso los llamados " aviones sin cola " suelen tener una aleta de cola (normalmente un estabilizador vertical ). Los aviones más pesados que el aire sin ningún tipo de empenaje (como el Northrop B-2 ) son raros y generalmente utilizan perfiles aerodinámicos con formas especiales cuyo borde de salida proporciona estabilidad de cabeceo, y alas en flecha hacia atrás , a menudo con diédrico para proporcionar la estabilidad de guiñada necesaria. . En algunos aviones con alas en flecha, la sección del perfil aerodinámico o el ángulo de incidencia pueden cambiar radicalmente hacia la punta.
Estructuralmente, el empenaje consta de todo el conjunto de cola, incluyendo la aleta de cola , el plano de cola y la parte del fuselaje a la que estos se unen. [1] [2] En un avión de pasajeros, estas serían todas las superficies de vuelo y control detrás del mamparo de presión trasero .
La sección delantera (generalmente fija) del plano de cola se llama estabilizador horizontal y se utiliza para proporcionar estabilidad de cabeceo. La sección trasera del plano de cola se llama elevador y es un perfil aerodinámico móvil que controla los cambios de cabeceo, el movimiento hacia arriba y hacia abajo del morro del avión. En algunos aviones, el estabilizador horizontal y el elevador son una sola unidad y, para controlar el cabeceo, toda la unidad se mueve como una sola. Esto se conoce como estabilizador o estabilizador de pleno vuelo . [1] [2]
La estructura de cola vertical tiene una sección frontal fija llamada estabilizador vertical , que se utiliza para controlar la guiñada, que es el movimiento del fuselaje de derecha a izquierda del morro del avión. La sección trasera de la aleta vertical es el timón , un perfil aerodinámico móvil que se utiliza para girar el morro del avión hacia la derecha o hacia la izquierda. Cuando se utiliza en combinación con los alerones , el resultado es un viraje inclinado, un viraje coordinado , característica esencial del movimiento de un avión. [1] [2]
Algunos aviones están equipados con un conjunto de cola que tiene bisagras para pivotar en dos ejes delante de la aleta y el estabilizador, en una disposición denominada cola móvil . Todo el empenaje se gira verticalmente para accionar el estabilizador horizontal y hacia los lados para accionar la aleta. [5]
La grabadora de voz de la cabina del avión , el registrador de datos de vuelo y el transmisor de localización de emergencia (ELT) a menudo se encuentran en el empenaje, porque la popa del avión proporciona una mejor protección para estos en la mayoría de los accidentes aéreos.
En algunas aeronaves se proporcionan dispositivos de compensación para eliminar la necesidad de que el piloto mantenga una presión constante sobre los controles del timón o del elevador. [5] [6]
El dispositivo de recorte puede ser:
Los aviones multimotor suelen tener pestañas de ajuste en el timón para reducir el esfuerzo del piloto necesario para mantener el avión recto en situaciones de empuje asimétrico, como operaciones con un solo motor. [7]
Los diseños de empenaje de aeronaves se pueden clasificar en términos generales según las configuraciones de las aletas y el plano de cola.
Las formas generales de las superficies individuales de la cola (formas en planta del plano de cola, perfiles de aletas) son similares a las formas en planta de las alas .
El plano de cola comprende el estabilizador horizontal fijo montado en la cola y el elevador móvil. Además de su forma en planta , se caracteriza por:
Algunas ubicaciones han recibido nombres especiales:
La aleta comprende el estabilizador vertical fijo y el timón. Además de su perfil , se caracteriza por:
Se pueden montar aletas gemelas en varios puntos:
Las configuraciones de aletas inusuales incluyen:
Una alternativa al enfoque de aleta y plano de cola la proporcionan los diseños de cola en V y cola en X. Aquí, las superficies de la cola están dispuestas en ángulos diagonales, y cada superficie contribuye tanto al cabeceo como a la guiñada. Las superficies de control, a veces llamadas timón , actúan de manera diferencial para proporcionar control de guiñada (en lugar del timón) y actúan juntas para proporcionar control de cabeceo (en lugar del timón). [1]
Una cola exterior está dividida en dos, con cada mitad montada en un brazo corto justo detrás y fuera de cada punta de ala. Comprende estabilizadores horizontales externos (OHS) y puede incluir o no estabilizadores verticales (aletas) adicionales montados en la pluma. En esta posición, las superficies de la cola interactúan constructivamente con los vórtices de las puntas del ala y, con un diseño cuidadoso, pueden reducir significativamente la resistencia para mejorar la eficiencia, sin aumentar indebidamente las cargas estructurales del ala. [11]
La configuración fue desarrollada por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial por Richard Vogt y George Haag en Blohm & Voss . El Skoda-Kauba SL6 probó el sistema de control propuesto en 1944 y, tras varias propuestas de diseño, se recibió un pedido para el Blohm & Voss P 215 apenas unas semanas antes de que terminara la guerra. [12] [13] La cola exterior reapareció en Scaled Composites SpaceShipOne en 2003 y SpaceShipTwo en 2010. [14]
Un avión sin cola (a menudo sin cola ) tradicionalmente tiene todas sus superficies de control horizontales en la superficie del ala principal. No tiene estabilizador horizontal , ni plano de cola ni plano de proa canard (tampoco tiene una segunda ala en disposición tándem ). Un tipo "sin cola" generalmente todavía tiene una aleta estabilizadora vertical ( estabilizador vertical ) y una superficie de control ( timón ). Sin embargo, la NASA adoptó la descripción "sin cola" para el novedoso avión de investigación X-36 , que tiene un plano delantero canard pero no una aleta vertical. [ cita necesaria ]
La configuración sin cola de mayor éxito ha sido la delta sin cola , especialmente para aviones de combate. [ cita necesaria ]