En aerodinámica , el momento de cabeceo en un perfil aerodinámico es el momento (o par ) producido por la fuerza aerodinámica sobre el perfil aerodinámico si se considera que dicha fuerza aerodinámica se aplica, no en el centro de presión , sino en el centro aerodinámico del perfil aerodinámico. El momento de cabeceo en el ala de un avión es parte del momento total que debe equilibrarse utilizando la sustentación en el estabilizador horizontal . [1] : Sección 5.3 De manera más general, un momento de cabeceo es cualquier momento que actúa sobre el eje de cabeceo de un cuerpo en movimiento.
La sustentación de un perfil aerodinámico es una fuerza distribuida que se puede decir que actúa en un punto llamado centro de presión. Sin embargo, a medida que cambia el ángulo de ataque en un perfil aerodinámico combado , se produce un movimiento del centro de presión hacia delante y hacia atrás. Esto dificulta el análisis cuando se intenta utilizar el concepto de centro de presión. Una de las propiedades notables de un perfil aerodinámico combado es que, aunque el centro de presión se mueve hacia delante y hacia atrás, si se imagina que la sustentación actúa en un punto llamado centro aerodinámico , el momento de la fuerza de sustentación cambia en proporción al cuadrado de la velocidad aerodinámica. Si el momento se divide por la presión dinámica , el área y la cuerda del perfil aerodinámico, el resultado se conoce como coeficiente de momento de cabeceo. Este coeficiente cambia solo un poco en el rango operativo del ángulo de ataque del perfil aerodinámico.
El coeficiente de momento de un avión en su conjunto no es el mismo que el de sus alas. La figura de la derecha muestra la variación del momento con el ángulo de ataque para un avión estable. La pendiente negativa para un α positivo indica estabilidad en el cabeceo. La combinación de los dos conceptos de centro aerodinámico y coeficiente de momento de cabeceo hace que sea relativamente sencillo analizar algunas de las características de vuelo de un avión. [1] : Sección 5.10
El centro aerodinámico de un perfil aerodinámico suele estar cerca del 25 % de la cuerda detrás del borde de ataque del perfil aerodinámico. Al realizar pruebas en un perfil aerodinámico modelo, como en un túnel de viento, si el sensor de fuerza no está alineado con el cuarto de cuerda del perfil aerodinámico, sino desplazado por una distancia x , el momento de cabeceo sobre el punto del cuarto de cuerda se obtiene mediante
donde los valores indicados de D y L son la resistencia y la sustentación en el modelo, medidas por el sensor de fuerza.
El coeficiente de momento de cabeceo es importante en el estudio de la estabilidad estática longitudinal de aeronaves y misiles.
El coeficiente de momento de cabeceo se define de la siguiente manera [1] : Sección 5.4
donde M es el momento de cabeceo, q es la presión dinámica , S es el área del ala y c es la longitud de la cuerda del perfil aerodinámico. es un coeficiente adimensional, por lo que se deben utilizar unidades consistentes para M , q , S y c .
El coeficiente del momento de cabeceo es fundamental para la definición del centro aerodinámico de un perfil aerodinámico. El centro aerodinámico se define como el punto en la línea de cuerda del perfil aerodinámico en el que el coeficiente del momento de cabeceo no varía con el ángulo de ataque, [1] : Sección 5.10 o al menos no varía significativamente en el rango operativo del ángulo de ataque del perfil aerodinámico.
En el caso de un perfil aerodinámico simétrico, la fuerza de sustentación actúa a través de un punto para todos los ángulos de ataque y el centro de presión no se mueve como ocurre en un perfil aerodinámico combado . En consecuencia, el coeficiente del momento de cabeceo en torno a este punto para un perfil aerodinámico simétrico es cero.
Por convención, se considera que el momento de cabeceo es positivo cuando actúa para inclinar el perfil aerodinámico en la dirección de morro arriba. Los perfiles aerodinámicos convencionales con curvatura se apoyan en el centro aerodinámico y inclinan el morro hacia abajo, por lo que el coeficiente de momento de cabeceo de estos perfiles aerodinámicos es negativo. [2]
