Alerón

Otros que anteriormente se creía que habían sido los primeros en introducir los alerones fueron:

• El estadounidense John J. Montgomery incluyó flaps de borde de fuga accionados por resorte en su segundo planeador (1885): estos podían ser operados por el piloto como alerones. En 1886, su tercer diseño de planeador utilizó la rotación de toda el ala en lugar de solo una porción del borde de fuga para el control de alabeo. Según sus propias palabras, todos estos cambios, además del uso de un elevador para el control de cabeceo, proporcionaron "un control total de la máquina con viento, evitando que se desestabilizara". ^{[ 20 ]}
• Se dice que el neozelandés Richard Pearse realizó un vuelo motorizado en un monoplano que incluía pequeños alerones ya en 1902, pero sus afirmaciones son controvertidas —y a veces contradictorias— e, incluso según sus propios informes, su aeronave no estaba bien controlada.

• En 1906, el 14-bis de Alberto Santos-Dumont fue uno de los primeros (si no el primero) aviones con motor equipados con alerones en volar, ya que fue modificado para agregarle alerones interplanos de planta octogonal en sus bahías de alas más externas el 12 de noviembre de ese año para sus sesiones de vuelo finales en los terrenos del Chateau de Bagatelle ; pero esas superficies de control de alabeo no eran verdaderos alerones de "borde de salida" articulados directamente a la estructura de los paneles del ala; para el 14-bis, estos estaban en cambio pivotando alrededor de un eje horizontal centrado en los puntales interplanos exteriores delanteros , y sobresalían hacia adelante más allá de los bordes de ataque de las alas, que se dice que eran muy similares a los del diseño de planeador biplano de Robert Esnault-Pelterie de 1904. ^{[ 21 ]}
• El 18 de mayo de 1908, el ingeniero y diseñador de aeronaves Frederick Baldwin , miembro de la Aerial Experiment Association dirigida por Alexander Graham Bell , voló su primer avión controlado por alerones, el AEA White Wing , ^{[ 7 ]} que más tarde fue copiado por el pionero aeronáutico estadounidense Glenn Curtiss ^{[ 22 ]} ese mismo año, con el AEA June Bug .
• Los alerones del Farman III de Henry Farman de 1909 fueron los primeros en asemejarse a los alerones de los aviones modernos, ya que estaban articulados directamente a la estructura del ala, y por lo tanto se consideraron como precursores razonables del alerón actual. ^{[ 7 ]}
• Los alerones en las puntas de las alas también se utilizaron en el Bleriot VIII contemporáneo , el primer avión conocido apto para el vuelo que utilizó la forma pionera de controles de vuelo modernos de palanca de mando y timón ^{[ 23 ]} en una sola estructura, y el biplano propulsor Curtiss Modelo D de 1911 tenía alerones interplanos rectangulares a lo largo de la envergadura de naturaleza similar a los de la forma final del Santos-Dumont 14-bis , ^{[ 16 ]} pero montados y pivotando desde los puntales interplanos traseros exteriores.
• Otro concursante muy tardío fue el estadounidense William Whitney Christmas , quien afirmó haber inventado el alerón en la patente de 1914 para lo que se convertiría en el Christmas Bullet , que se construyó en 1918. ^{[ 24 ]} Ambos prototipos "Bullet" se estrellaron durante sus primeros "vuelos" cuando sus alas se rompieron en vuelo debido al aleteo como resultado de haber sido deliberadamente desarmadas.

El abogado de patentes de los hermanos Wright en Ohio, Henry Toulmin, presentó una extensa solicitud de patente y, el 22 de mayo de 1906, se les concedió la patente estadounidense 821393. ^{[ 25 ]} La importancia de la patente radicaba en su reivindicación de un método nuevo y útil para controlar un avión. La solicitud de patente incluía la reivindicación del control lateral del vuelo de la aeronave, que no se limitaba a la torsión de las alas, sino que abarcaba cualquier manipulación de las "...relaciones angulares de los márgenes laterales de las alas del avión... que variaban en direcciones opuestas". Así, la patente establecía explícitamente que se podían utilizar otros métodos además de la torsión de las alas para ajustar las partes exteriores de las alas de un avión a diferentes ángulos en sus lados derecho e izquierdo para lograr el control del balanceo lateral. A John J. Montgomery se le concedió la patente estadounidense 831173 ^{[ 26 ]} casi al mismo tiempo por sus métodos de torsión de alas. Tanto la patente de los hermanos Wright como la de Montgomery fueron revisadas y aprobadas por el mismo examinador de patentes de la Oficina de Patentes de los Estados Unidos, William Townsend. ^{[ 27 ]} En ese momento, Townsend indicó que ambos métodos de deformación de alas se inventaron de forma independiente y eran suficientemente diferentes como para justificar la concesión de su propia patente.

Varias decisiones judiciales estadounidenses favorecieron la extensa patente de Wright, que los hermanos Wright intentaron hacer valer con tarifas de licencia que comenzaban en $1,000 por avión, ^{[ 5 ] [ 28 ]} y que, según se dice, llegaban hasta $1,000 por día. ^{[ 29 ]} Según Louis S. Casey, ex curador del Museo Nacional del Aire y el Espacio Smithsoniano en Washington, D.C., y otros investigadores, debido a la patente que habían recibido, los Wright se mantuvieron firmes en la posición de que todo vuelo que utilizara el control de alabeo lateral, en cualquier parte del mundo, solo se realizaría bajo su licencia. ^{[ 29 ]}

Posteriormente, los hermanos Wright se vieron envueltos en numerosas demandas contra fabricantes de aeronaves que utilizaban controles de vuelo laterales, y se les culpó de desempeñar un papel fundamental en la falta de crecimiento y competencia de la industria aeronáutica en Estados Unidos en comparación con otras naciones como Alemania, antes y durante la Primera Guerra Mundial. ^{[ 28 ]} Se sucedieron años de prolongados conflictos legales con muchos otros fabricantes de aeronaves hasta que Estados Unidos entró en la Primera Guerra Mundial, momento en el que el gobierno impuso un acuerdo legislado entre las partes que resultó en el pago de regalías del 1 % a los hermanos Wright. ^{[ 29 ]}

Aún hoy existen discrepancias sobre quién inventó el alerón. Otros ingenieros y científicos del siglo XIX, como Charles Renard , Alphonse Pénaud y Louis Mouillard , describieron superficies de control de vuelo similares. Otra técnica para el control del vuelo lateral, la torsión de las alas , también fue descrita o experimentada por varias personas, entre ellas Jean-Marie Le Bris , John Montgomery , Clement Ader , Edson Gallaudet , DD Wells y Hugo Mattullath. ^{[ 5 ] [ 30 ]} El historiador de la aviación CH Gibbs-Smith escribió que el alerón fue «...uno de los inventos más notables... de la historia aeronáutica, que se perdió de vista inmediatamente». ^{[ 5 ]}

En 1906, los hermanos Wright obtuvieron una patente no por la invención de un avión (que había existido durante varias décadas en forma de planeadores) sino por la invención de un sistema de control aerodinámico que manipulaba las superficies de una máquina voladora, incluido el control de vuelo lateral, ^{[ 31 ]} aunque los timones , elevadores y alerones ya se habían inventado anteriormente.

Particularmente en aeronaves más grandes o rápidas, las fuerzas de control pueden ser extremadamente pesadas. Un descubrimiento de los barcos, que demostró que extender el área de una superficie de control por delante de la bisagra reduce las fuerzas necesarias, apareció por primera vez en los alerones durante la Primera Guerra Mundial, cuando estos se extendieron más allá de la punta del ala y se les proporcionó una bocina delante de la bisagra. Conocidos como alerones en voladizo, posiblemente los ejemplos más conocidos sean el Handley Page Tipo O (primer vuelo el 17 de diciembre de 1915), el Sopwith Snipe , el Fokker Dr.I y el Fokker D.VII . Ejemplos posteriores alinearon el contrapeso con el ala para mejorar el control y reducir la resistencia. Esto se ve con menos frecuencia ahora, debido al alerón tipo Frise, que proporciona el mismo beneficio.

Las aletas de compensación son pequeñas secciones móviles que se asemejan a alerones a escala reducida, ubicadas en el borde de salida del alerón o cerca de él. En la mayoría de las aeronaves con motor de hélice, la rotación de las hélices induce un movimiento de alabeo contrario debido a la tercera ley del movimiento de Newton , que establece que toda acción tiene una reacción igual y opuesta. Para evitar que el piloto tenga que ejercer una presión continua sobre la palanca en una dirección, lo que provoca fatiga, se proporcionan aletas de compensación para ajustar o compensar la presión necesaria contra cualquier movimiento no deseado. La aleta se desvía con respecto al alerón, lo que provoca que este se mueva en la dirección opuesta. Las aletas de compensación se presentan en dos formas: ajustables y fijas. Una aleta de compensación fija se dobla manualmente hasta la deflexión requerida, mientras que la ajustable se puede controlar desde la cabina para compensar diferentes configuraciones de potencia o actitudes de vuelo. Algunos aviones grandes de la década de 1950 (incluido el Canadair Argus ) utilizaban superficies de control flotantes que el piloto controlaba únicamente mediante la deflexión de los compensadores, en cuyo caso también se proporcionaban compensadores adicionales para ajustar con precisión el control y lograr un vuelo recto y nivelado.

Las palas son placas metálicas planas, generalmente fijadas a la superficie inferior del alerón, delante de la bisagra, mediante una palanca. Reducen la fuerza que el piloto necesita para desviar el alerón y se ven a menudo en aeronaves acrobáticas . Al desviarse el alerón hacia arriba, la pala produce una fuerza aerodinámica hacia abajo, que tiende a rotar todo el conjunto para desviar aún más el alerón hacia arriba. El tamaño de la pala (y su palanca) determina la fuerza que el piloto necesita aplicar para desviar el alerón. Una pala funciona de la misma manera que una bocina, pero es más eficaz debido a su brazo de palanca más largo .

Para aumentar la velocidad a la que el aleteo de la superficie de control ( aleteo aeroelástico ) podría convertirse en un riesgo, el centro de gravedad de la superficie de control se desplaza hacia la línea de bisagra de dicha superficie. Para lograr esto, se pueden añadir contrapesos de plomo en la parte delantera del alerón. En algunas aeronaves, la estructura del alerón puede ser demasiado pesada para permitir que este sistema funcione sin un aumento excesivo de su peso. En este caso, el contrapeso se puede añadir a una palanca para desplazarlo hacia adelante, hasta el cuerpo del alerón. Estos contrapesos tienen forma de lágrima (para reducir la resistencia aerodinámica), lo que los hace bastante diferentes de las palas, aunque ambos se proyectan hacia adelante y por debajo del alerón. Además de reducir el riesgo de aleteo, los contrapesos también reducen las fuerzas necesarias en la palanca de mando para mover la superficie de control durante las maniobras.

Algunos diseños de alerones, especialmente cuando se instalan en alas en flecha, incluyen deflectores, como los deflectores de ala, que quedan al ras con su plano interior, con el fin de suprimir parte del componente transversal del flujo de aire que discurre por la parte superior del ala, que tiende a perturbar el flujo laminar por encima del alerón cuando este se desvía hacia abajo.

Utilizados durante la "era pionera" de la aviación previa a la guerra y hasta los primeros años de la Primera Guerra Mundial, estos alerones se controlaban cada uno mediante un solo cable, que los elevaba. Cuando la aeronave estaba en reposo, los alerones colgaban verticalmente hacia abajo. Este tipo de alerón se utilizó en el biplano Farman III 1909 y en el Short 166. Una versión "inversa" de este, que utilizaba torsión de las alas, existió en la versión posterior del Santos-Dumont Demoiselle , que solo deformaba las puntas de las alas "hacia abajo". ^{[ 33 ]} Una de las desventajas de esta configuración era una mayor tendencia a guiñar que incluso con alerones básicos interconectados. ^{[ 34 ]} Durante la década de 1930, varias aeronaves ligeras utilizaron controles de simple efecto, pero empleaban resortes para devolver los alerones a sus posiciones neutras cuando se soltaba la palanca.

Utilizado en el primer fuselaje que tuvo la combinación de controles "joystick/barra de timón" que condujo directamente al moderno sistema de control de vuelo , el Blériot VIII en 1908, ^{[ 35 ]} algunos diseños de aeronaves tempranas usaban alerones "en la punta del ala", donde toda la punta del ala giraba para lograr el control de alabeo como una superficie de control de alabeo pivotante separada; el AEA June Bug usó una forma de estos, al igual que el experimental alemán Fokker V.1 de 1916 y las versiones anteriores del monoplano demostrador de metal de duraluminio Junkers J 7, que los usaban; el J 7 condujo directamente al diseño del caza alemán de metal de duraluminio Junkers DI de 1918, que tenía alerones articulados convencionales. El principal problema con este tipo de alerón es la peligrosa tendencia a entrar en pérdida si se usa agresivamente, especialmente si la aeronave ya está en peligro de entrar en pérdida, de ahí su uso principalmente en prototipos y su reemplazo en aeronaves de producción con alerones más convencionales.

El ingeniero Leslie George Frise (1897–1979) de la Bristol Aeroplane Company ^{[ 37 ]} desarrolló una forma de alerón que pivota aproximadamente entre el 25 y el 30% de su cuerda y cerca de su superficie inferior.Para disminuir las fuerzas en la palanca de mando a medida que las aeronaves aumentaban su velocidad durante la década de 1930, cuando el alerón se desvía hacia arriba (para hacer que el ala baje), el borde de ataque del alerón comienza a sobresalir por debajo de la parte inferior del ala, en el flujo de aire que pasa por debajo de ella. El momento del borde de ataque en el flujo de aire ayuda a mover el borde de salida hacia arriba, lo que disminuye la fuerza en la palanca de mando. El alerón que se mueve hacia abajo también agrega energía a la capa límite. El borde del alerón dirige el flujo de aire desde la parte inferior del ala hacia la superficie superior del alerón, creando así una fuerza de sustentación que se suma a la sustentación del ala. Esto reduce la deflexión necesaria del alerón. Tanto el biplano Canadian Fleet Model 2 de 1930 como el popular monoplano estadounidense Piper J-3 Cub de 1938 poseían alerones Frise tal como fueron diseñados y contribuyeron a su introducción a un público amplio.

Una supuesta ventaja del alerón Frise es su capacidad para contrarrestar la guiñada adversa. Para ello, el borde de ataque del alerón debe ser afilado o ligeramente redondeado, lo que añade una resistencia significativa al alerón elevado y ayuda a contrarrestar la fuerza de guiñada generada por el otro alerón bajado. Esto puede generar un efecto no lineal desagradable y/o vibraciones aerodinámicas potencialmente peligrosas (aleteo). ^{[ 38 ]} El momento de guiñada adversa se contrarresta básicamente mediante la estabilidad de guiñada de la aeronave y también mediante el uso del movimiento diferencial de los alerones. ^{[ 39 ]}

El alerón tipo Frise también forma una ranura, lo que permite que el aire fluya suavemente sobre el alerón bajado, haciéndolo más efectivo a altos ángulos de ataque. Los alerones tipo Frise también pueden diseñarse para funcionar de forma diferencial. Al igual que el alerón diferencial , el alerón tipo Frise no elimina por completo la guiñada adversa. Aún se requiere la aplicación coordinada del timón cuando se aplican los alerones. ^{[ 36 ]}

Mediante un diseño cuidadoso de los mecanismos de articulación, el alerón superior puede deflectarse más que el inferior (p. ej., patente estadounidense 1.565.097). ^{[ 40 ]} Esto ayuda a reducir la probabilidad de una entrada en pérdida en la punta del ala cuando se realizan deflexiones de alerones con altos ángulos de ataque. Además, la consiguiente diferencia en la resistencia aerodinámica reduce el guiñada adversa ^{[ 41 ]} (como también se ha comentado anteriormente ). La idea es que la pérdida de sustentación asociada al alerón superior no conlleva ninguna penalización, mientras que el aumento de sustentación asociado al alerón inferior se minimiza. El par de balanceo en la aeronave es siempre la diferencia de sustentación entre las dos alas. Un diseñador de De Havilland inventó un mecanismo de articulación simple y práctico, y su clásico biplano británico De Havilland Tiger Moth se convirtió en una de las aeronaves más conocidas, y una de las primeras, en utilizar alerones diferenciales. ^{[ 42 ]}

En las primeras aeronaves de la Era Pionera , como el Wright Flyer y los posteriores Blériot XI y Etrich Taube de 1909 , ^{[ 43 ]} el control lateral se lograba girando la parte exterior del ala para aumentar o disminuir la sustentación cambiando el ángulo de ataque. Esto tenía las desventajas de sobrecargar la estructura, ser pesado para los controles y arriesgarse a que el lado con el ángulo de ataque aumentado entrara en pérdida durante una maniobra. Para 1916, la mayoría de los diseñadores habían abandonado la torsión de las alas en favor de los alerones. Investigadores de la NASA y otros lugares han estado revisando la torsión de las alas nuevamente, aunque con nuevos nombres. La versión de la NASA es el Ala Aeroelástica Activa X-53, mientras que la Fuerza Aérea de los Estados Unidos probó el Ala Adaptativa Flexible . ^{[ 44 ] [ 45 ]}

Los spoilers son dispositivos que, al extenderse sobre el flujo de aire que pasa por encima de un ala, interrumpen dicho flujo y reducen la sustentación generada. Muchos diseños de aeronaves modernas, especialmente los aviones a reacción , utilizan spoilers en lugar de alerones o para complementarlos, como el F4 Phantom II y el Northrop P-61 Black Widow , que contaban con flaps de casi todo el ancho del ala (además, tenían alerones convencionales muy pequeños en las puntas de las alas).

Todas las aeronaves con diedro poseen algún tipo de acoplamiento guiñada-balanceo para promover la estabilidad. Los aviones de entrenamiento comunes, como la serie Cessna 152/172, pueden controlarse el balanceo únicamente con el timón de dirección. El timón de dirección del Boeing 737 tiene mayor autoridad de balanceo sobre la aeronave que los alerones a altos ángulos de ataque. Esto provocó dos accidentes notables en los que el timón de dirección se atascó en la posición de máxima deflexión, causando vuelcos (véase Problemas con el timón de dirección del Boeing 737 ).

Algunas aeronaves, como el Fokker Spin y los planeadores, carecen de control lateral. Estas aeronaves utilizan un ángulo diedro mayor que las aeronaves convencionales. Al desviar el timón, se produce guiñada y una gran sustentación diferencial en las alas, lo que genera un momento de alabeo inducido por la guiñada. Este tipo de sistema de control se observa con mayor frecuencia en la familia de aeronaves pequeñas Flying Flea y en planeadores más sencillos de dos funciones (control de cabeceo y guiñada) o en aeronaves a motor de tres funciones (control de cabeceo, guiñada y aceleración), como las versiones radiocontroladas de los modelos a motor de vuelo libre "Old Timer" .

• El control por desplazamiento de peso se utiliza ampliamente en alas delta, alas delta motorizadas y aeronaves ultraligeras.
• En un pequeño número de incidentes aéreos , el vuelo con los controles desactivados ha tenido éxito.
• Válvulas de control de reacción como las que se utilizan en la familia de aviones militares Harrier .
• Timón superior: este dispositivo se instaló en el avión británico n.º 1 del ejército . Consistía en una aleta totalmente móvil montada sobre el ala superior y que pivotaba sobre un eje vertical. En funcionamiento, aplicaba una fuerza lateral aproximadamente por encima del centro de presión, lo que provocaba que la aeronave girara. El diseño también incluía alerones totalmente móviles entre los planos de las alas, pero estos se retiraron en el momento del primer vuelo oficial de un avión británico y el control del alabeo durante el vuelo se lograba únicamente mediante el timón superior. ^{[ 46 ]}