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El empenaje ( / ˌ ɑː m p ɪ ˈ n ɑː ʒ / o / ˈ ɛ m p ɪ n ɪ dʒ / ), también conocido como cola o conjunto de cola , es una estructura en la parte trasera de una aeronave que proporciona estabilidad durante el vuelo, de manera similar a las plumas de una flecha . [ 1 ] : 194 [ 2 ] : 10 [ 3 ] El término deriva del verbo francés empenner que significa " emplumar una flecha". [ 4 ] La mayoría de las aeronaves cuentan con un empenaje que incorpora superficies estabilizadoras verticales y horizontales que estabilizan la dinámica de vuelo de guiñada y cabeceo , [ 1 ] : 194 [ 2 ] : 10 además de albergar superficies de control .
Muchos aviones antiguos que carecían de un empenaje estabilizador eran prácticamente imposibles de volar, a pesar de contar con otras superficies de control eficaces. Incluso los llamados " aviones sin cola " suelen tener una aleta de cola (generalmente un estabilizador vertical ). Los aviones más pesados que el aire sin ningún tipo de empenaje (como el Northrop B-2 ) son raros y generalmente utilizan perfiles aerodinámicos de forma especial cuyo borde de salida proporciona estabilidad de cabeceo, y alas en flecha hacia atrás , a menudo con diedro para proporcionar la estabilidad de guiñada necesaria . En algunos aviones con alas en flecha, la sección del perfil aerodinámico o el ángulo de incidencia pueden cambiar radicalmente hacia la punta.
Estructura
Estructuralmente, el empenaje consta de todo el conjunto de cola, incluyendo la aleta de cola , el plano de cola y la parte del fuselaje a la que están unidos. [ 1 ] : 194 [ 2 ] : 10 En un avión de pasajeros, esto serían todas las superficies de vuelo y control detrás del mamparo de presión trasero .
La sección delantera (generalmente fija) del plano de cola se llama estabilizador horizontal y se utiliza para proporcionar estabilidad de cabeceo. La sección trasera del plano de cola se llama elevador y es un perfil aerodinámico móvil que controla los cambios de cabeceo, el movimiento vertical del morro de la aeronave. En algunas aeronaves, el estabilizador horizontal y el elevador forman una sola unidad, y para controlar el cabeceo, toda la unidad se mueve como una sola. Esto se conoce como estabilizador o estabilizador totalmente volante . [ 1 ] : 194 [ 2 ] : 10
La estructura de la cola vertical tiene una sección frontal fija llamada estabilizador vertical , que se utiliza para controlar la guiñada, que es el movimiento del fuselaje de derecha a izquierda y el movimiento de la nariz de la aeronave. La sección trasera de la aleta vertical es el timón de dirección , un perfil aerodinámico móvil que se utiliza para girar la nariz de la aeronave hacia la derecha o hacia la izquierda. Cuando se utiliza en combinación con los alerones , el resultado es un viraje inclinado, un viraje coordinado , la característica esencial del movimiento de la aeronave. [ 1 ] : 194 [ 2 ] : 10
Algunas aeronaves están equipadas con un conjunto de cola articulado que pivota en dos ejes delante de la aleta y el estabilizador, en una disposición conocida como cola móvil . Todo el empenaje gira verticalmente para accionar el estabilizador horizontal y lateralmente para accionar la aleta. [ 2 ] : 14
La grabadora de voz de la cabina , la grabadora de datos de vuelo y el transmisor localizador de emergencia (ELT) de la aeronave suelen estar ubicados en la cola, ya que la parte trasera del avión proporciona una mejor protección para estos dispositivos en la mayoría de los accidentes aéreos.
Recortar
En algunas aeronaves, se proporcionan dispositivos de compensación para eliminar la necesidad de que el piloto mantenga una presión constante sobre los controles del elevador o del timón. [ 2 ] : 14 [ 5 ]
El dispositivo de ajuste puede ser:
- Un compensador en la parte trasera de los elevadores o del timón que actúa para cambiar la carga aerodinámica sobre la superficie. Generalmente se controla mediante una rueda o manivela en la cabina. [ 2 ] : 14 [ 6 ]
- Un estabilizador ajustable en el que se puede articular en su mástil y elevar o bajar unos pocos grados con un gato hidráulico. Generalmente se controla mediante una manivela en la cabina. [ 2 ] : 14 [ 1 ] : 524
- Un sistema de ajuste elástico que utiliza un resorte para proporcionar una precarga ajustable en los controles. Generalmente se controla mediante una palanca en la cabina. [ 2 ] : 14 [ 5 ]
- Una aleta antiservo utilizada para ajustar algunos elevadores y estabilizadores, así como para aumentar la sensación de la fuerza de control. Generalmente se controla mediante una rueda o manivela en la cabina. [ 2 ] : 14
- Una aleta servo que se utiliza para mover la superficie de control principal, además de funcionar como aleta de compensación. Generalmente se controla mediante una rueda o manivela en la cabina. [ 2 ] : 14
Las aeronaves multimotor suelen tener compensadores en el timón para reducir el esfuerzo del piloto necesario para mantener la aeronave recta en situaciones de empuje asimétrico, como en operaciones con un solo motor. [ 6 ]
Configuraciones de cola
Los diseños de la cola de las aeronaves pueden clasificarse a grandes rasgos según la configuración de la aleta y el plano de cola.
Las formas generales de las superficies de cola individuales (planos de cola, perfiles de aletas) son similares a las formas de las alas .
Planos de cola
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:
- Configuración: sin cola o canard
- Ubicación del estabilizador horizontal: montado en la parte alta, media o baja del fuselaje, la aleta o los brazos de cola.
- Estabilizador fijo y superficies elevadoras móviles, o un único estabilizador combinado o "cola totalmente voladora" [ 7 ].
Algunos lugares han recibido nombres especiales:
- Cola convencional
- El estabilizador vertical y los estabilizadores horizontales están montados en la parte trasera del fuselaje. Esta es la configuración más simple que cumple con los tres aspectos de la función de una cola: compensación, estabilidad y control. [ 8 ] Alrededor del 60 % de los diseños de aeronaves actuales [ 8 ] —y cerca del 80 % de los diseños anteriores [ 9 ] — incorporan este tipo de cola. Se encuentran ejemplos en aeronaves de todos los tamaños y funciones, desde aeronaves de aviación general como el omnipresente Cessna 172 hasta los aviones de pasajeros más grandes jamás volados, como el Airbus A380 . Ejemplos de este tipo de cola se utilizaron ya en el Blériot VII de 1907.
- cola cruciforme
- Los estabilizadores horizontales se ubican a media altura del estabilizador vertical, lo que da la apariencia de una cruz al observarlos de frente. Las colas cruciformes se utilizan a menudo para mantener los estabilizadores horizontales fuera de la estela del motor, evitando así muchas de las desventajas de una cola en T. Algunos ejemplos son el Hawker Sea Hawk y el Douglas A-4 Skyhawk .
- Cola en T
- El estabilizador horizontal está montado sobre la aleta, creando una forma de "T" vista desde el frente. Las colas en T mantienen los estabilizadores fuera de la estela del motor y proporcionan un mejor control de cabeceo. Las colas en T tienen una buena relación de planeo y son más eficientes en aeronaves de baja velocidad. Sin embargo, la cola en T tiene varias desventajas. Es más probable que entre en pérdida profunda y es más difícil recuperarse de una barrena. Por esta razón, se puede instalar un pequeño estabilizador secundario o cola más abajo, donde estará en aire libre cuando la aeronave esté en pérdida. [ 10 ] Una cola en T debe ser más fuerte y, por lo tanto, más pesada que una cola convencional. Las colas en T también tienden a tener una sección transversal de radar más grande . Ejemplos incluyen el Gloster Javelin y el McDonnell Douglas DC-9 .
Aletas
La aleta comprende el estabilizador vertical fijo y el timón. Además de su perfil , se caracteriza por:
- Número de aletas: normalmente una o dos
- Ubicación de las aletas: en el fuselaje (por encima o por debajo), plano de cola, brazos de cola o alas.
Las aletas gemelas pueden montarse en varios puntos:
- Cola doble Una cola doble, también llamada cola en H , consta de dos pequeños estabilizadores verticales a cada lado del estabilizador horizontal. Algunos ejemplos son el Antonov An-225 Mriya , el B-25 Mitchell , el Avro Lancaster y el ERCO Ercoupe .
- Un avión de doble fuselaje tiene dos fuselajes o brazos, con un estabilizador vertical en cada uno y un estabilizador horizontal entre ellos. Algunos ejemplos son el Northrop P-61 Black Widow , el P-38 Lightning , el de Havilland Sea Vixen , el Sadler Vampire y el Edgley Optica .
- Montado en la parte media del ala, como en el F7U Cutlass , o en las puntas de las alas, como en el Handley Page Manx y el Rutan Long-EZ.
Las configuraciones de aletas inusuales incluyen:
- Sin aleta , como en el McDonnell Douglas X-36 . A esta configuración a veces se la denomina erróneamente "sin cola".
- Múltiples aletas : algunos ejemplos son el Lockheed Constellation (tres), el Bellanca 14-13 (tres) y el Northrop Grumman E-2 Hawkeye (cuatro).
- Aleta ventral : debajo del fuselaje. A menudo se utiliza además de una aleta convencional, como en el ( North American X-15 y Dornier Do 335 ).
Colas V, Y y X
Una alternativa al enfoque de aleta y plano de cola la proporcionan los diseños de cola en V y cola en X. En estos, las superficies de la cola se disponen en ángulos diagonales, y cada superficie contribuye tanto al cabeceo como a la guiñada. Las superficies de control, a veces llamadas timones de profundidad , actúan de forma diferencial para proporcionar control de guiñada (en lugar del timón) y actúan conjuntamente para proporcionar control de cabeceo (en lugar del elevador). [ 1 ]
- Cola en V: En algunas situaciones, una cola en V puede ser más ligera, generar menos resistencia aerodinámica y tener una firma de radar menor que una cola convencional. Algunos ejemplos son el avión de entrenamiento Fouga Magister , el Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk , el avión espacial Boeing X-37 , el Beechcraft Model 35 Bonanza y el Davis DA-2 .
- Cola en V invertida: Utilizada por el Predator no tripulado , el ultraligero Lazair y el Mini-IMP de construcción casera .
- Cola en Y : Una cola en V con una aleta vertical inferior añadida (generalmente utilizada para proteger una hélice trasera), como LearAvia Lear Fan , Waiex y Monnett Moni .
- Cola en forma de "X": El Lockheed XFV tenía una cola en forma de "X", que estaba reforzada y equipada con una rueda en cada superficie para que la aeronave pudiera apoyarse sobre su cola y despegar y aterrizar verticalmente.
Cola fueraborda
La cola exterior se divide en dos, cada una montada en un brazo corto justo detrás y hacia afuera de cada punta del ala. Consta de estabilizadores horizontales exteriores (OHS) y puede incluir o no estabilizadores verticales adicionales montados en brazos (aletas). En esta posición, las superficies de la cola interactúan constructivamente con los vórtices de las puntas de las alas y, con un diseño cuidadoso, pueden reducir significativamente la resistencia para mejorar la eficiencia, sin aumentar indebidamente las cargas estructurales sobre el ala. [ 11 ]
La configuración fue desarrollada por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial por Richard Vogt y George Haag en Blohm & Voss . El Skoda-Kauba SL6 probó el sistema de control propuesto en 1944 y, tras varias propuestas de diseño, se recibió un pedido del Blohm & Voss P 215 pocas semanas antes del final de la guerra. [ 12 ] [ 13 ] La cola exterior reapareció en el SpaceShipOne de Scaled Composites en 2003 y en el SpaceShipTwo en 2010. [ 14 ]
Avión sin cola
Un avión sin cola (a menudo denominado " sin cola " ) tradicionalmente tiene todas sus superficies de control horizontales en la superficie principal del ala. No tiene estabilizador horizontal , ni plano de cola ni plano delantero canard (ni tampoco una segunda ala en disposición en tándem ). Un avión "sin cola" generalmente aún cuenta con una aleta estabilizadora vertical ( estabilizador vertical ) y una superficie de control ( timón ). Sin embargo, la NASA adoptó la descripción "sin cola" para el novedoso avión de investigación X-36 , que tiene un plano delantero canard pero carece de aleta vertical.
Véase también
Referencias
- 1 2 3 4 5 6 7 Crane, Dale (1997). Diccionario de términos aeronáuticos (3.ª ed.). Aviation Supplies & Academics. pág. 194. ISBN 1-56027-287-2.
- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Peppler, IL, ed. (1996). From the Ground Up (27.ª ed.). Aviation Publishers Co. ISBN 0-9690054-9-0.
- ↑ "Manual de la ATA para aerolíneas" . Asociación de Transporte Aéreo . 10 de noviembre de 2011. Capítulo 5: Cómo vuelan los aviones. Archivado del original el 10 de noviembre de 2011.
- ↑ "Empenaje" . Diccionarios Oxford en línea . Diccionarios Oxford. Archivado del original el 22 de julio de 2012.
- 1 2 Reichmann, Helmet (1980). Planeadores voladores . Thompson Publications. pág. 26.
- 1 2 Transport Canada: Aviación (1994). Manual de entrenamiento de vuelo (4.ª ed.). Gage Educational Publishing Company. pág. 12. ISBN 0-7715-5115-0.
- ↑ Anderson, John D. Introducción al vuelo (5.ª ed.). pág. 517.
- 1 2 Mohammad H. Sadraey, Diseño de aeronaves: un enfoque de ingeniería de sistemas , Wiley 2013, pág. 289
- ↑ Snorri Gudmundsson, Diseño de aeronaves de aviación general: métodos y procedimientos aplicados , Elsevier Science 2013, pág. 483
- ↑ Kimberlin, Ralph D. (2003). Pruebas de vuelo de aeronaves de ala fija . AIAA. pág. 380.
- ↑ Muller, Kurt W. (2002). Análisis del diseño de una aeronave semi-sin cola (PDF) (Tesis de maestría). Escuela Naval de Posgrado, EE. UU. Archivado del original (PDF) el 23 de noviembre de 2022.
- ↑ Zdenek Titz y Jaroslav Zazvonil; "Los enanos de Kauba", Flying Review International , noviembre de 1965, páginas 169-172.
- ↑ Pohlmann, Hermann. Chronik Eines Flugzeugwerkes 1932-1945. B&V – Blohm & Voss Hamburgo – HFB Hamburger Flugzeugbau (en alemán). Motor Buch Verlag, 1979 ISBN 3-87943-624-X.
- ↑ Benjamin Darrenougue; "Configuraciones de aeronaves con estabilizadores horizontales externos" (Informe del proyecto de fin de carrera), Universidad Queen's de Belfast, 14 de mayo de 2004.
- Componentes de aeronaves
