Los timones equilibrados se utilizan tanto en barcos [1] como en aviones. Ambos métodos pueden indicar una parte de la superficie del timón por delante de la bisagra, colocada para reducir las cargas de control necesarias para girar el timón. En el caso de los aviones, el método también se puede aplicar a los elevadores y alerones ; las tres superficies de control del avión también pueden estar equilibradas en masa , principalmente para evitar el aleteo aerodinámico .
Un timón equilibrado es un timón en el que el eje de rotación del timón está detrás de su borde delantero. Esto significa que cuando se gira el timón, la presión del agua causada por el movimiento del barco a través del agua actúa sobre la parte delantera para ejercer una fuerza que aumenta el ángulo de deflexión, contrarrestando así la presión que actúa sobre la parte trasera, que actúa para reducir el ángulo de deflexión. Un cierto grado de semiequilibrio es normal para evitar la inestabilidad del timón, es decir, el área delante del pivote es menor que la de detrás. Esto permite mover el timón con menos esfuerzo del que es necesario con un timón desequilibrado. Sin embargo, es más común en barcos más pequeños, ya que el par es insuficiente para barcos más pesados. [1]
Los timones equilibrados probablemente se utilizaron por primera vez a principios del siglo XV, en los barcos del tesoro de la China Ming , [2] y fueron reinventados y utilizados por primera vez en los barcos modernos por Isambard Kingdom Brunel en el SS Great Britain , botado en 1843. [3]
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El control de las aeronaves se complica por su movimiento en tres dimensiones, guiñada , cabeceo y balanceo , en lugar de una, pero existe una necesidad similar de reducir las cargas, abordada de la misma manera que en un barco con una parte de la superficie que se extiende hacia delante de su bisagra. Esto se conoce como equilibrio aerodinámico. Además, debido a que las superficies de control de las aeronaves están montadas en estructuras flexibles como las alas, son propensas a oscilar ("revolotear"), un efecto peligroso que se puede remediar llevando el centro de gravedad (cg) de la superficie de control a la línea de bisagra. Esto se llama equilibrio de masa. [4]
El principio se utiliza en timones , elevadores y alerones , con métodos refinados a lo largo de los años. Dos ilustraciones de timones de aeronaves, publicadas por Flight Magazine en 1920, [5] ilustran formas tempranas, ambas con bordes de ataque y de salida curvados . Ambos están montados de manera que el área de la superficie de equilibrio delante de la bisagra sea menor que la del timón detrás. Se han probado varios diseños a lo largo de los años, generalmente con áreas de timón/equilibrio más pequeñas. La mayoría entran en una de dos categorías: equilibrado con bocina , con pequeñas extensiones de las superficies de control delante de las líneas de bisagra en sus puntas, o equilibrado con inserción con extensión(es) de la superficie de control en recortes en su superficie fija de soporte. Los alerones frisé utilizan una variante de este último equilibrio, con la nariz de la superficie ascendente proyectada debajo del ala, pero no al revés, para proporcionar tanto equilibrio como resistencia asimétrica. Los alerones equilibrados de Irving no tienen proyecciones, pero aprovechan el cambio de presión inducido por la deflexión del alerón por encima y por debajo del ala, detectado a través del espacio de la bisagra, para ayudar al movimiento. [4]
El aleteo se produce cuando la superficie de control se desplaza de su deflexión prevista. Debido a que los alerones están en las alas largas y estrechas que pueden torcerse bajo carga, son la superficie más propensa a oscilar. Si el centro de gravedad está detrás de la bisagra, la superficie puede moverse como un péndulo y experimentar un movimiento armónico simple forzado con una amplitud creciente. Agregar pesos de equilibrio que hagan que el centro de gravedad y la línea de la bisagra coincidan resuelve el problema. Estos pesos pueden estar en la punta de la superficie o masas más ligeras unidas más adelante de la bisagra externamente. [4]
Acorazados británicos de Oscar Parkes ISBN 0-85052-604-3