Un plano de cola , también conocido como estabilizador horizontal , es una pequeña superficie de elevación ubicada en la cola ( empenaje ) detrás de las superficies de elevación principales de un avión de ala fija , así como de otros aviones no de ala fija, como helicópteros y autogiros . No todos los aviones de ala fija tienen estabilizadores. Los aviones Canard , sin cola y de alas volantes no tienen plano de cola separado, mientras que en los aviones con cola en V el estabilizador vertical , el timón , el plano de cola y el elevador se combinan para formar dos superficies diagonales en un diseño en V.
La función del plano de cola es proporcionar estabilidad y control. En particular, el plano de cola ayuda a ajustarse a los cambios en la posición del centro de presión o del centro de gravedad causados por cambios en la velocidad y actitud, el consumo de combustible o la caída de carga o carga útil.
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:
Un ala con un perfil aerodinámico convencional contribuye negativamente a la estabilidad longitudinal. Esto significa que cualquier perturbación (como una ráfaga) que levante el morro produce un momento de cabeceo con el morro hacia arriba que tiende a elevarlo aún más. Con la misma perturbación, la presencia de un plano de cola produce un momento de cabeceo restaurador con el morro hacia abajo, que puede contrarrestar la inestabilidad natural del ala y hacer que el avión sea longitudinalmente estable (de manera muy similar a como una veleta siempre apunta hacia el viento).
La estabilidad longitudinal de una aeronave puede cambiar cuando se vuela sin intervención; es decir, cuando los controles de vuelo están sujetos a fuerzas aerodinámicas pero no a las fuerzas de entrada del piloto.
Además de proporcionar una fuerza restauradora (que por sí sola causaría un movimiento oscilatorio), un plano de cola proporciona amortiguación. Esto es causado por el viento relativo que ve la cola cuando el avión gira alrededor del centro de gravedad. Por ejemplo, cuando el avión oscila, pero está momentáneamente alineado con el movimiento general del vehículo, el plano de cola todavía ve un viento relativo que se opone a la oscilación.
Dependiendo del diseño de la aeronave y del régimen de vuelo, su plano de cola puede crear sustentación positiva o negativa (carga aerodinámica). A veces se supone que en una aeronave estable esto siempre será una fuerza descendente neta, pero esto no es cierto. [2]
En algunos diseños pioneros, como el Bleriot XI , el centro de gravedad estaba entre el punto neutral y el plano de cola, lo que también proporcionaba sustentación positiva. Sin embargo, esta disposición puede ser inestable y estos diseños a menudo tenían graves problemas de manejo. Los requisitos de estabilidad no se entendieron hasta poco antes de la Primera Guerra Mundial , la época en la que el biplano ligero británico Bristol Scout fue diseñado para uso civil, con una cola elevadora con perfil aerodinámico durante toda su producción hasta los primeros años de la Primera Guerra Mundial y el servicio militar británico. de 1914 a 1916, cuando se descubrió que mover el centro de gravedad más adelante permitía el uso de un plano de cola sin elevación en el que la sustentación no es nominalmente ni positiva ni negativa sino cero, lo que conduce a un comportamiento más estable. [3] Ejemplos posteriores de aviones de la Primera Guerra Mundial y en adelante en los años de entreguerras que tenían planos de cola de sustentación positiva incluyen, cronológicamente, el Sopwith Camel , el Spirit of St. Louis de Charles Lindbergh , el Gee Bee Model R Racer - todos aviones con una reputación de ser difícil de volar, y el biplano de entrenamiento canadiense de dos asientos Fleet Finch , más fácil de volar , que posee una unidad de plano de cola con superficie aerodinámica de fondo plano no muy diferente del anterior Bristol Scout. Pero con cuidado se puede estabilizar un plano de cola elevador. Un ejemplo lo proporciona el interceptor propulsado por cohetes Bachem Ba 349 Natter VTOL , que tenía una cola elevadora y era estable y controlable en vuelo. [4]
Algunas aeronaves y modos de vuelo pueden requerir que el plano de cola genere una carga aerodinámica sustancial. Esto es particularmente cierto cuando vuelas lentamente y con un ángulo de ataque (AoA) alto. En algunos tipos, la exigencia en este modo de vuelo ha sido tan extrema que ha provocado que el estabilizador se cale. En el Gloster Meteor T.7, una turbulencia podría provocar una pérdida cuando se activaron los aerofrenos. En el McDonnell Douglas F-4 Phantom II , esto ocurrió inicialmente durante la aproximación de despegue y aterrizaje, y se colocaron listones de borde de ataque en el plano de cola al revés para mantener un flujo de aire suave y una "elevación" de carga aerodinámica en un AoA alto. El entrenador Pilatus P-3 requería una quilla ventral para curar un efecto similar cuando giraba , mientras que el McDonnell Douglas T-45 Goshawk sufrió un exceso de flujo descendente del ala cuando se desplegaron los flaps , lo que requirió una pequeña superficie "PITUFO" fijada al fuselaje. de modo que se alinee con la raíz del borde de ataque del estabilizador en el ángulo crítico. [5]
El uso de una computadora para controlar el ascensor permite volar de la misma manera aviones aerodinámicamente inestables.
Aviones como el F-16 vuelan con estabilidad artificial. La ventaja de esto es una reducción significativa de la resistencia causada por el plano de cola y una mejor maniobrabilidad.
A velocidades transónicas, un avión puede experimentar un desplazamiento hacia atrás en el centro de presión debido a la acumulación y el movimiento de ondas de choque. Esto provoca un momento de cabeceo con el morro hacia abajo llamado Mach tuck . Es posible que se necesite una fuerza de compensación significativa para mantener el equilibrio, y esto generalmente se logra utilizando todo el plano de cola en forma de un estabilizador o plano de cola totalmente volador.
Un estabilizador generalmente tiene algunos medios que permiten al piloto controlar la cantidad de sustentación producida por el estabilizador. Esto, a su vez, provoca un momento de cabeceo con el morro hacia arriba o hacia abajo en la aeronave, que se utiliza para controlar el cabeceo de la aeronave.
Elevador : Un plano de cola convencional normalmente tiene una superficie trasera con bisagras llamada elevador .
Estabilizador o cola en movimiento : Envuelos transónicos , las ondas de choque generadas por la parte delantera del plano de cola inutilizan cualquier elevador. Los británicos desarrollaron una cola totalmente móvil para el Miles M.52 , pero se vio por primera vez un vuelo transónico real en el Bell X-1 ; Bell Aircraft Corporation había incluido un dispositivo de compensación del elevador que podía alterar el ángulo de ataque de todo el plano de cola. Esto salvó al programa de una reconstrucción del avión costosa y que requería mucho tiempo. [ cita necesaria ]
Los aviones transónicos y supersónicos ahora tienen planos de cola móviles para contrarrestar el retroceso de Mach y mantener la maniobrabilidad cuando vuelan más rápido que el número crítico de Mach . Normalmente llamada estabilizador , esta configuración a menudo se denomina plano de cola "todo en movimiento" o "todo en vuelo".
Es un error pensar que los aviones con cola siempre llevan descargas de plano de cola. Por lo general lo hacen, con los flaps hacia abajo y en las posiciones del CG hacia adelante, pero con los flaps levantados en el CG hacia atrás, las cargas de la cola en alta elevación son frecuentemente positivas (arriba), aunque rara vez se alcanza la capacidad máxima de elevación de la cola..p.19p.20p.21