A pesar de las superficies de control efectivas, muchos de los primeros aviones que carecían de un empenaje estabilizador eran virtualmente 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 de forma especial cuyo borde de salida proporciona estabilidad de cabeceo y alas en flecha hacia atrás , a menudo con diedro 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.
Estructura
Los componentes principales del empenaje de un avión.
Estructuralmente, el empenaje consiste en todo el conjunto de cola, incluyendo la aleta de cola , el plano de cola y la parte del fuselaje a la que estos están unidos. [1] [2] En un avión de pasajeros, esto serían todas las superficies de vuelo y control detrás del mamparo de presión trasero .
La sección delantera (normalmente fija) del estabilizador de cola se denomina estabilizador horizontal y se utiliza para proporcionar estabilidad de cabeceo. La sección trasera del estabilizador de cola se denomina 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 unidad y, para controlar el cabeceo, toda la unidad se mueve como una sola. Esto se conoce como estabilizador o estabilizador de vuelo completo . [1] [2]
La estructura de cola vertical tiene una sección delantera fija llamada estabilizador vertical , que se utiliza para controlar la guiñada, que es el movimiento del fuselaje de derecha a izquierda y el movimiento 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 , la característica esencial del movimiento de la aeronave. [1] [2]
Algunas aeronaves están equipadas con un conjunto de cola articulado que gira en dos ejes por delante de la aleta y el estabilizador, en una disposición denominada cola móvil . Todo el empenaje gira verticalmente para accionar el estabilizador horizontal y lateralmente para accionar la aleta. [5]
En algunas aeronaves se proporcionan dispositivos de compensación para eliminar la necesidad de que el piloto mantenga una presión constante sobre los controles del elevador o del timón. [5] [6]
El dispositivo de recorte puede ser:
una aleta de compensación en la parte trasera de los elevadores o del timón que actúa para cambiar la carga aerodinámica en la superficie. Generalmente se controla mediante un volante o una manivela en la cabina. [5] [7]
un estabilizador ajustable en el que el estabilizador puede articularse en su larguero y elevarse de forma regulable unos pocos grados en incidencia hacia arriba o hacia abajo. Generalmente se controla mediante una manivela en la cabina. [5] [8]
un sistema de ajuste elástico que utiliza un resorte para proporcionar una precarga ajustable en los controles. Generalmente se controla mediante una palanca en la cabina. [5] [6]
una pestaña antiservo que se utiliza para ajustar algunos elevadores y estabilizadores, así como para aumentar la sensación de fuerza de control. Generalmente se controla mediante un volante o una manivela en la cabina. [5]
una pestaña servo que se utiliza para mover la superficie de control principal y también para actuar como una pestaña de compensación. Generalmente se controla mediante un volante o una manivela en la cabina. [5]
Los aviones multimotor suelen tener aletas de compensación 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]
Configuraciones de cola
Los diseños de empenaje de aeronaves pueden clasificarse ampliamente según las configuraciones de las aletas y el plano de cola.
Las formas generales de las superficies de cola individuales (planas del plano de cola, perfiles de las aletas) son similares a las planicies del ala .
Planos de cola
El estabilizador horizontal fijo montado en la cola y el timón de profundidad móvil forman el estabilizador. Además de su forma en planta , se caracteriza por:
A algunos lugares se les han dado nombres especiales:
Cola convencional : el estabilizador vertical y los estabilizadores horizontales están montados en la parte trasera del fuselaje. Esta es la configuración más simple que realiza los tres aspectos de la función de una cola: compensación, estabilidad y control. [10] Alrededor del 60% de los diseños de aeronaves actuales [10] —y alrededor del 80% de los que se han diseñado en el pasado [11] — incorporan este tipo de cola. Se encuentran ejemplos en aeronaves de todos los tamaños y funciones, desde los modelos de aviación general como el omnipresente Cessna 172 hasta los aviones de pasajeros más grandes que jamás hayan volado, como el Airbus A380 . Se utilizaron ejemplos de este tipo de cola ya en el Blériot VII de 1907.
Cola cruciforme : los estabilizadores horizontales se colocan a mitad de camino del estabilizador vertical, lo que da la apariencia de una cruz cuando se ve desde el frente. Las colas cruciformes se utilizan a menudo para mantener los estabilizadores horizontales fuera de la estela del motor, al tiempo que se evitan muchas de las desventajas de una cola en T. Algunos ejemplos incluyen el Hawker Sea Hawk y el Douglas A-4 Skyhawk .
Cola en T : el estabilizador horizontal está montado en la parte superior de la aleta, creando una forma de "T" cuando se ve desde el frente. Las colas en T mantienen los estabilizadores fuera de la estela del motor y brindan un mejor control del cabeceo. Las colas en T tienen una buena relación de planeo y son más eficientes en aeronaves de baja velocidad. Sin embargo, la cola en T tiene varias desventajas. Es más probable que entre en pérdida profunda y es más difícil recuperarse de un giro. Por esta razón, se puede instalar un pequeño estabilizador secundario o cola-let más abajo, donde estará en el aire libre cuando el avión esté en pérdida. [12] Una cola en T debe ser más fuerte y, por lo tanto, más pesada que una cola convencional. Las colas en T también tienden a tener una sección transversal de radar más grande . Los ejemplos incluyen el Gloster Javelin y el McDonnell Douglas DC-9 .
Aletas
La aleta comprende el estabilizador vertical fijo y el timón. Además de su perfil , se caracteriza por:
Número de aletas: normalmente una o dos.
Ubicación de las aletas: en el fuselaje (encima o debajo), el plano de cola, los brazos de cola o las alas
Las aletas gemelas se pueden montar en varios puntos:
Aleta ventral : debajo del fuselaje. Se utiliza a menudo como complemento de una aleta convencional, como en el North American X-15 y el Dornier Do 335 .
Colas V, Y y X
Los diseños de cola en V y en X ofrecen una alternativa al enfoque de aletas y plano de cola . En estos casos, las superficies de cola se colocan en ángulos diagonales y cada superficie contribuye tanto al cabeceo como a la guiñada. Las superficies de control, a veces llamadas timón de dirección , actúan de forma diferencial para proporcionar control de la guiñada (en lugar del timón de dirección) y actúan juntas para proporcionar control de cabeceo (en lugar del elevador). [1]
Cola en V: una cola en V puede ser más ligera que una cola convencional en algunas situaciones y producir menos resistencia, como en el entrenador Fouga Magister , el RPV Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk y la nave espacial X-37 . Una cola en V también puede tener una firma de radar más pequeña. Otras aeronaves que cuentan con una cola en V incluyen el Beechcraft Model 35 Bonanza y el Davis DA-2 . Se puede encontrar una ligera modificación de la cola en V en el Waiex y el Monnett Moni llamada cola en Y.
Cola en V invertida: el Predator no tripulado utiliza una cola en V invertida al igual que el Lazair y el Mini-IMP .
Cola en Y : una cola en V con una aleta vertical inferior agregada (generalmente utilizada para proteger una hélice de popa), como LearAvia Lear Fan
Cola en "X": El Lockheed XFV contaba con una cola en "X", que estaba reforzada y equipada con una rueda en cada superficie para que la nave pudiera apoyarse sobre su cola y despegar y aterrizar verticalmente.
Cola exterior
SpaceShipOne en el Museo Nacional del Aire y el Espacio de EE. UU.
La cola exterior está dividida en dos, cada mitad montada sobre un brazo corto justo detrás y por fuera de cada punta del ala. Incluye estabilizadores horizontales exteriores (OHS) y puede incluir o no estabilizadores verticales adicionales montados en el brazo (aletas). En esta posición, las superficies de la cola interactúan de manera constructiva con los vórtices de la punta del ala y, con un diseño cuidadoso, pueden reducir significativamente la resistencia para mejorar la eficiencia, sin agregar indebidamente cargas estructurales sobre el ala. [13]
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, después de varias propuestas de diseño, se recibió un pedido para el Blohm & Voss P 215 solo unas semanas antes de que terminara la guerra. [14] [15] La cola exterior reapareció en el Scaled Composites SpaceShipOne en 2003 y en el SpaceShipTwo en 2010. [16]
Un avión sin cola (a menudo tail-less ) tradicionalmente tiene todas sus superficies de control horizontales en la superficie principal del ala. No tiene estabilizador horizontal , ni plano de cola ni plano delantero canard (ni tiene una segunda ala en disposición en 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 nuevo avión de investigación X-36 que tiene un plano delantero canard pero no tiene aleta vertical. [ cita requerida ]
La configuración sin cola más exitosa ha sido el delta sin cola , especialmente para aviones de combate. [ cita requerida ]
^ abcdef Crane, Dale: Diccionario de términos aeronáuticos, tercera edición , pág. 194. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
^ abcde Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up , pág. 10 (27.ª edición revisada) ISBN 0-9690054-9-0
^ Asociación de Transporte Aéreo (10 de noviembre de 2011). «Manual de aerolíneas ATA, capítulo 5: Cómo vuelan los aviones». Archivado desde el original el 10 de noviembre de 2011. Consultado el 5 de marzo de 2013 .
^ "Empenaje". Oxford Dictionaries Online . Oxford Dictionaries. Archivado desde el original el 22 de julio de 2012 . Consultado el 5 de marzo de 2013 .
^ abcdefg Aviation Publishers Co. Limited, From the Ground Up , pág. 14 (27.ª edición revisada) ISBN 0-9690054-9-0
^ ab Transport Canada : Manual de entrenamiento de vuelo, cuarta edición , pág. 12. Gage Educational Publishing Company, 1994. ISBN 0-7715-5115-0
^ Crane, Dale: Diccionario de términos aeronáuticos, tercera edición , pág. 524. Aviation Supplies & Academics, 1997. ISBN 1-56027-287-2
^ Anderson, John D., Introducción al vuelo , 5.ª ed., pág. 517
^ ab Mohammad H. Sadraey, Diseño de aeronaves: un enfoque de ingeniería de sistemas , Wiley 2013, pág. 289
^ Snorri Gudmundsson, Diseño de aeronaves de aviación general: métodos y procedimientos aplicados , Elsevier Science 2013, pág. 483
^ Ralph D. Kimberlin, Pruebas de vuelo de aeronaves de ala fija , AIAA 2003, pág. 380.
^ Kurt W. Muller; "Análisis del diseño de una aeronave semi-sin cola" (tesis de maestría), Naval Postgraduate School, EE. UU., 2002.[1] Archivado el 23 de noviembre de 2022 en Wayback Machine.
^ Zdenek Titz y Jaroslav Zazvonil; "Los enanos de Kauba", Flying Review International , noviembre de 1965, páginas 169-172.
^ Pohlmann, Hermann. Chronik Eines Flugzeugwerkes 1932-1945. B&V – Blohm & Voss Hamburgo – HFB Hamburger Flugzeugbau (en alemán). Motor Buch Verlag, 1979 ISBN 3-87943-624-X .
^ Benjamin Darrenougue; "Configuraciones de aeronaves con estabilizadores horizontales externos" (informe del proyecto de último año), Queens University Belfast, 14 de mayo de 2004.[2]
