Por que as caudas verticais geralmente são afiladas?

Existem vantagens aerodinâmicas e estruturais do obvioius para a conicidade (e varredura), mas lembre-se também de que um fator significativo na forma de uma cauda vertical é o que se resume a ... estilo. A barbatana e o leme formam talvez um terço da forma do avião e o "visual" que o define. Designers não são máquinas; eles são humanos com um senso estético como qualquer outra pessoa, e há um pouco de arte nisso, e uma das grandes coisas da aviação é que as formas artísticas fluem naturalmente de formas eficientes, como lágrimas e superfícies cônicas e varridas. Qualquer designer considerará a aparência como parte da forma geral da cauda, ​​em algum grau ou outro.

Agora, a Pilatus Porter usa uma cauda vertical de corda constante e funciona perfeitamente bem e é mais barato e mais simples de construir e, na maioria dos aviões leves de baixa velocidade, é um fator mais importante que os aerodinâmicos. Mas parece incrivelmente feio, e quem diabos quer criar algo feio, a menos que você tenha decidido fazer parte da sua marca, ou não se importe com a aparência ou o avião tenha sido projetado por um comitê sem senso de estética.

Desde os 50s, em aeronaves GA, a varredura tornou-se associada a "moderno" e alto desempenho, já que em aeronaves de alto desempenho isso era realmente verdade.

Entre 1950 e 1966, as caudas de Cessna foram de:

e não fez a menor diferença no manuseio ou no desempenho dos aviões. Era estritamente para looks. De uma perspectiva de manufatura e aerodinâmica, eles deveriam ter ficado com o quadrado cônico médio usado dos 50s médios até os primeiros 60s, mas, no meio dos 60s, as caudas varridas eram toda a raiva no GA.

A cauda vertical e a cauda horizontal são asas e seguem as mesmas regras de construção. A distribuição de elevação em sentido horário é muito melhor se a asa for afunilada: mais elevação na raiz, menos na ponta.

• A asa pode ser construída mais leve, a área da raiz é maior, a rigidez à torção é maior.
• O arrasto induzido por vórtice é menor.

Como referência, de Torenbeek: páginas 232 e 233

It is observed that nowadays there are basically three forms of straight wings: the tapered wing, the untapered (rectangular) wing and the wing with a prismatic inner portion and a tapered outboard portion.

Sobre o cone para asas (e para superfícies de cauda):

Tapered wings have been adopted for the majority of aircraft since they offer an efficient solution on account of their low induced drag, high maximum lift, low structural weight...(and) acceptable stalling characteristics can be obtained, provided the wing is not too sharply tapered.

Asas sem proteção são inferiores e baratas:

The untapered wing is attractive from the point of view of manufacture, since only one airfoil contour is involved; this simplifies jigging as there are no compound curvatures. It is aerodynamically inferior to the tapered wing, but may nevertheless be the logical choice for inexpensive private aircraft, where the utilization factor is low and initial cost and cheapness of components are important.

Um pequeno dilema aqui (mais uma vez obrigado pela arte de John) pelo designer:

Profissionais da cauda mais antiga - muito fortes com a borda traseira de estilo Prandtl desejável e borda dianteira varrida, baixa relação de aspecto e AOA de estol alto. Por acaso, este foi o rabo do Bf 109. Contras - não tão eficientes na geração de sustentação quanto nas asas retas (os leitores da ASE devem estar vendo essa tendência), muita área para o vento cruzado "desaparecer". O filete visto no P 51 também melhoraria a elevação AOA alta.

Cauda quadrada Prós - mais uma vez, muito forte, baixa relação de aspecto, alta AOA. Confiável e fácil de fazer. Contras - não é tão eficaz no levantamento, é necessário que seja maior (arraste, desvanecimento do tempo).

Pros de cauda de asa varrida - Elegante, melhor distribuição de carga em sentido horário (graças a Peter), mais eficiente na geração de elevação (mesma elevação para tamanho menor). Menos tempo desaparecendo. Contras - irá parar em uma AOA mais baixa e, por causa de seu comprimento maior, não é tão forte. É por isso que os pilotos de linhas aéreas não podem leme agressivamente, principalmente em altas velocidades. Isso vai quebrar.

Assim, aerodinamicamente, a cauda cônica recebe uma vantagem pela aparência e eficiência de elevação, mas menos uma força e alto desempenho AOA. Os dois primeiros, principalmente o primeiro, podem ser uma escolha melhor, principalmente para acrobacias.