Contribuição da localização vertical da asa para estabilidade do rolo

Um avião em uma curva pura e coordenada tem um desvio dos ailerons e do leme. Isso é complicado, no entanto, é muito mais fácil desviar a roda, inclinar o vetor de elevação e deixar a aeronave balançar na curva. A cauda vertical experimentará um ângulo de escorregamento, que apontará o nariz na direção da curva à custa de uma pequena velocidade de oscilação: lateralmente.

Então agora a pergunta é: como o avião reage a uma corrente de ar lateral que chega. O que queremos é que, se o piloto desviar a roda para a direita, ele deve manter a roda para a direita para manter a rotação da mão direita. Assim, em uma curva des coordenada, sem tocar nos pedais, queremos que a aeronave tente se nivelar novamente com uma velocidade lateral de entrada.

Se olharmos primeiro para o que acontece com uma aeronave de asa baixa, vemos que o fluxo lateral de entrada vê pouca resistência ao fluir sobre o topo da fuselagem, mas é pego no cruzamento da asa / fuselagem e aumenta a pressão lá. Assim, a velocidade lateral introduz um momento de rolagem na direção da curva, que o piloto deve compensar girando a roda para o outro lado. Este não é o comportamento que queremos.

Para corrigir isso, podemos introduzir asa diédrica: agora a corrente de ar lateral quer nivelar o avião novamente e o piloto precisa manter a roda desviada na curva, que é o que queremos.

E, é claro, com um avião de asa alta, o acima é válido vice-versa: o fluxo lateral quer nivelar a aeronave, de modo que o comportamento de rolagem é naturalmente como queremos que já seja. Dependendo da forma da asa / fuselagem e de muitos outros fatores, o avião pode ser muito estável e precisamos implementar asas anédricas, apontando para baixo.

Os aviões de asa alta geralmente são projetados com menos diédricos que os de asa baixa, devido às várias maneiras diferentes pelas quais uma colocação de asa alta aumenta a estabilidade do rolo.

Vários deles são abordados nesta resposta: Por que as aeronaves de asa baixa têm diédrica mais alta do que as aeronaves de asa alta?

Para que tudo isso faça algum sentido, é imperativo que entendamos que, quando uma aeronave é depositada, ela tende a virar (ou seja, a trajetória de vôo tende a se curvar) e, por sua vez, tende a haver deslizamento lateral, a menos que o piloto está usando o leme para eliminá-lo. O deslizamento é o fator fundamental por trás de quase toda a dinâmica em jogo no que diz respeito à estabilidade do rolamento. As razões reais para o deslizamento lateral não são óbvias e estão relacionadas ao fato de que, em uma curva constante, as pontas das asas estão se movendo em velocidades diferentes, o que tende a criar um torque de guinada. Além disso, se a aleta vertical for tangente à trajetória de vôo em curva através da massa de ar, a linha central da fuselagem em um local mais à frente na aeronave não poderá ser tangente à trajetória de vôo em curva através da massa de ar, portanto, não há como a aleta elimine completamente o deslizamento lateral na ausência de uma entrada do leme. De fato, em alguns casos, pode-se dizer que a barbatana vertical está realmente causando deslizamento lateral. (Imagine uma fuselagem muito longa e um pequeno raio de curvatura da trajetória de vôo.)

Portanto, uma atitude de banco não nivelado causa uma curva que causa deslizamento lateral, o que pode criar um torque de rotação em direção ao nível das asas via diédrica, "efeito pendular" e outros efeitos aerodinâmicos.

Observe que em uma aeronave de asa alta, o vetor de arrasto da asa, atuando acima do CG da aeronave, tenderá a contribuir com um torque estabilizador de rotação (tendendo a rolar a aeronave em direção ao nível das asas) em um deslizamento lateral, mesmo na ausência de qualquer força lateral aerodinâmica significativa. Este é um exemplo do que é freqüentemente chamado de "efeito pêndulo".

O "efeito pêndulo" é tremendamente forte nos parapentes e também desempenha um papel significativo nas asas delta. Nas asas delta, quando o piloto não exerce força muscular, o peso do piloto age como se estivesse localizado onde a tira flexível de conexão se conecta à estrutura da aeronave. Elevar ou abaixar esse ponto de conexão afeta a dinâmica de estabilidade do pitch and roll da aeronave. Algumas asa-delta mais antigas tinham o "ponto de parada" localizado vários pés abaixo da asa, criando um forte "efeito pêndulo" estabilizador.

Considere a diferença nas características de voo de um modelo de avião com um peso pesado anexado ao final de uma haste fina projetando-se acima da aeronave, em comparação com um modelo de avião com um peso pesado anexado ao final de uma haste fina projetando-se muito abaixo da aeronave. É claro que as características do voo não seriam idênticas em cada caso. Também está claro que, se as duas aeronaves fossem aparadas para um deslize constante, a aeronave seria muito mais estável tanto no pitch quanto no roll no último caso do que no primeiro.

Veja esta resposta para uma discussão mais extensa sobre a dinâmica da asa delta e outros problemas relacionados ao "efeito pêndulo" e estabilidade do rolo: O "efeito pêndulo" se aplica a planadores suspensos ou a qualquer aeronave?