Superficies de control de vuelo

Los alerones están montados en el borde de salida de cada ala, cerca de las puntas, y se mueven en direcciones opuestas. Cuando el piloto mueve el control de alerones hacia la izquierda, o gira el volante en sentido contrario a las agujas del reloj, el alerón izquierdo sube y el derecho baja. Un alerón elevado reduce la sustentación en esa ala y uno bajado la aumenta; por lo tanto, al mover el control de alerones de esta manera, el ala izquierda desciende y la derecha asciende. Esto provoca que la aeronave se incline hacia la izquierda y comience a girar hacia la izquierda. Al centrar el control, los alerones vuelven a la posición neutral, manteniendo el ángulo de alabeo . La aeronave continuará girando hasta que el movimiento opuesto de los alerones devuelva el ángulo de alabeo a cero para volar en línea recta.

El elevador es una parte móvil del estabilizador horizontal , articulada a la parte posterior de la sección fija de la cola horizontal. Los elevadores se mueven hacia arriba y hacia abajo simultáneamente. Cuando el piloto tira de la palanca hacia atrás, los elevadores suben. Al empujar la palanca hacia adelante, los elevadores bajan. Los elevadores elevados presionan la cola y hacen que el morro se eleve. Esto hace que las alas vuelen con un mayor ángulo de ataque , lo que genera más sustentación y más resistencia . Al centrar la palanca, los elevadores vuelven a su posición neutra y se detiene el cambio de cabeceo. Algunas aeronaves, como el MD-80 , utilizan una aleta de control dentro de la superficie del elevador para mover aerodinámicamente la superficie principal a su posición. Por lo tanto, la dirección de desplazamiento de la aleta de control será opuesta a la de la superficie de control principal. Es por esta razón que la cola de un MD-80 parece tener un sistema de elevador dividido.

En la configuración canard , los elevadores están articulados a la parte trasera del plano delantero y se mueven en sentido contrario; por ejemplo, cuando el piloto tira de la palanca hacia atrás, los elevadores bajan para aumentar la sustentación en la parte delantera y levantar el morro.

El timón de dirección suele estar montado en el borde de salida del estabilizador vertical , que forma parte del empenaje . Al accionar el pedal izquierdo, el timón se desvía hacia la izquierda. Al accionar el pedal derecho, se desvía hacia la derecha. Al desviar el timón hacia la derecha, la cola se desplaza hacia la izquierda y el morro gira hacia la derecha. Al centrar los pedales del timón, este vuelve a su posición neutral y se detiene el giro.

A diferencia de girar un barco, cambiar la dirección de una aeronave normalmente se hace con los alerones en lugar del timón. El timón hace girar (guiñada) la aeronave, pero tiene poco efecto en su dirección de vuelo. En las aeronaves, el cambio de dirección se produce por la componente horizontal de la sustentación, que actúa sobre las alas. El piloto inclina la fuerza de sustentación, que es perpendicular a las alas, en la dirección del giro deseado al girar la aeronave. A medida que aumenta el ángulo de alabeo, la fuerza de sustentación se puede dividir en dos componentes: una vertical y otra horizontal.

Si la sustentación total se mantiene constante, la componente vertical de la sustentación disminuirá. Dado que el peso de la aeronave permanece invariable, esto provocaría un descenso si no se contrarresta. Para mantener el vuelo nivelado se requiere un aumento del elevador positivo (hacia arriba) para incrementar el ángulo de ataque, aumentar la sustentación total generada y mantener la componente vertical de la sustentación igual al peso de la aeronave. Esto no puede continuar indefinidamente. El factor de carga total requerido para mantener el vuelo nivelado está directamente relacionado con el ángulo de alabeo . Esto significa que, para una velocidad aerodinámica dada, el vuelo nivelado solo puede mantenerse hasta un cierto ángulo de alabeo. Más allá de este ángulo, la aeronave sufrirá una pérdida acelerada si el piloto intenta generar suficiente sustentación para mantener el vuelo nivelado.

Algunas configuraciones de aeronaves presentan controles primarios no estándar. Por ejemplo, en lugar de elevadores en la parte posterior de los estabilizadores, todo el plano de cola puede cambiar de ángulo . Algunas aeronaves tienen una cola en forma de V , y las partes móviles en la parte posterior combinan las funciones de elevadores y timón. Las aeronaves de ala delta pueden tener alerones en la parte posterior del ala, que combinan las funciones de elevadores y alerones.

En aeronaves de baja resistencia aerodinámica, como los planeadores , los alerones se utilizan para interrumpir el flujo de aire sobre el ala y reducir considerablemente la sustentación. Esto permite al piloto de un planeador perder altitud sin ganar una velocidad excesiva. A los alerones también se les denomina "reductores de sustentación". Los alerones que se pueden usar de forma asimétrica se llaman spoilers y pueden afectar el alabeo de la aeronave.

Los flaps están montados en el borde de salida de la sección interior de cada ala (cerca de las raíces). Se desvían hacia abajo para aumentar la curvatura efectiva del ala. Los flaps aumentan el coeficiente de sustentación máximo de la aeronave y, por lo tanto, reducen su velocidad de pérdida. ^{[ 9 ]} Se utilizan durante vuelos a baja velocidad y alto ángulo de ataque, incluyendo el despegue y el descenso para el aterrizaje. Algunas aeronaves están equipadas con flaperones , que comúnmente se denominan alerones interiores . Estos dispositivos funcionan principalmente como alerones, pero en algunas aeronaves, se despliegan cuando se despliegan los flaps, actuando así como un flap y un alerón interior de control de alabeo.

Los slats , también conocidos como dispositivos de borde de ataque , son extensiones en la parte delantera del ala que aumentan la sustentación y tienen como objetivo reducir la velocidad de pérdida modificando el flujo de aire sobre el ala. Los slats pueden ser fijos o retráctiles. Los slats fijos (como los del Fieseler Fi 156 Storch ) ofrecen excelentes capacidades a baja velocidad y STOL (despegue y aterrizaje cortos), pero comprometen el rendimiento a mayor velocidad. Los slats retráctiles, presentes en la mayoría de los aviones comerciales, reducen la velocidad de pérdida durante el despegue y el aterrizaje, pero se retraen para el vuelo de crucero.

Los frenos aerodinámicos se utilizan para aumentar la resistencia al aire. Los alerones pueden funcionar como frenos aerodinámicos, pero no son frenos aerodinámicos puros, ya que también actúan como reductores de sustentación o, en algunos casos, como superficies de control de alabeo. Los frenos aerodinámicos suelen ser superficies que se desvían hacia afuera del fuselaje (en la mayoría de los casos simétricamente en lados opuestos) hacia la corriente de aire para aumentar la resistencia de forma. Como generalmente se ubican en otras partes de la aeronave, no afectan directamente la sustentación generada por el ala. Su propósito es reducir la velocidad de la aeronave. Son particularmente útiles cuando se requiere una alta velocidad de descenso. Son comunes en aeronaves militares de alto rendimiento, así como en aeronaves civiles, especialmente en aquellas que carecen de capacidad de empuje inverso.

El compensador del elevador equilibra la fuerza de control necesaria para mantener la fuerza aerodinámica correcta en la cola y así estabilizar la aeronave. Durante ciertos ejercicios de vuelo, puede ser necesario un gran compensador para mantener el ángulo de ataque deseado. Esto se aplica principalmente al vuelo lento , donde se requiere una actitud de morro hacia arriba, lo que a su vez requiere un gran compensador, provocando que el plano de cola ejerza una fuerte fuerza descendente. El compensador del elevador está correlacionado con la velocidad del flujo de aire sobre la cola, por lo que los cambios en la velocidad de la aeronave requieren un recompensado. Un parámetro de diseño importante para las aeronaves es la estabilidad de la aeronave cuando está compensada para vuelo nivelado. Cualquier perturbación, como ráfagas o turbulencias, se amortiguará en un corto período de tiempo y la aeronave volverá a su velocidad de vuelo nivelado compensada.

Bocina de control

Una bocina de control es una sección de la superficie de control que sobresale del punto de pivote. Genera una fuerza que tiende a aumentar la deflexión de la superficie, reduciendo así la presión de control que experimenta el piloto. Las bocinas de control también pueden incorporar un contrapeso que ayuda a equilibrar el control y evita que vibre con la corriente de aire. Algunos diseños incluyen contrapesos antivibración independientes.

(En los aviones modelo radiocontrolados, el término "bocina de control" tiene un significado diferente) ^{[ 10 ] [ 11 ]}

La mayoría de los aviones de ala fija cuentan con un control de compensación en el elevador , pero los aviones más grandes también tienen un control de compensación para el timón de dirección y otro para los alerones. La compensación del timón de dirección sirve para contrarrestar cualquier empuje asimétrico de los motores. La compensación de los alerones sirve para contrarrestar los efectos del desplazamiento del centro de gravedad con respecto al eje central del avión. Esto puede deberse a que el combustible o la carga útil se distribuyen de forma desigual en un lado del avión, como cuando un tanque de combustible contiene más combustible que el otro.