Para ângulos de deflexão do leme dos graus 5, 10, 20, 30 e 45, em que ângulo de ataque (negativo) uma combinação aleta-leme (incluindo a aleta dorsal se presente) cria exatamente a mesma quantidade de força lateral que seria o caso, se a barbatana desaparecer de alguma forma, deixando o leme agir como uma cauda vertical móvel, sem alteração de sua orientação geométrica em relação à aeronave?
Para os fins desta pergunta, defina o ângulo de ataque em relação apenas à linha de acordes da barbatana, sem incluir o leme desviado. Se ignorarmos coisas como a corrente de deslizamento em espiral, a deflexão do fluxo de ar ao redor da cabine, etc., seria o mesmo que o ângulo da inclinação lateral.
Assuma um aerofólio simétrico na barbatana vertical.
Suponha que a direção do deslizamento lateral (se o ângulo do deslizamento for diferente de zero) é tal que o fluxo de ar atinja o lado da aleta que é oposto à direção da deflexão do leme - ou seja, a deflexão do leme está na direção pró-derrapagem. O leme desviado está promovendo, não se opondo, o deslizamento lateral.
Está implícita nesta pergunta a idéia de que, em um ângulo de ataque de zero em relação à barbatana, a combinação leme-barbatana cria uma força lateral ligeiramente mais do que o leme desviado criaria por si só, para qualquer ângulo de deflexão do leme. Ou seja, a zero grau de ângulo de ataque e, presumivelmente, em outros ângulos de ataque muito pequenos, a barbatana está realmente ajudando o leme a criar força lateral. Esta questão é sobre o ponto em que isso deixa de ser verdade. No entanto, você pode responder "zero graus" se achar que é a resposta correta. Se você acha que a barbatana está realmente reduzindo a força lateral líquida produzida por um leme desviado, mesmo a zero grau de ângulo de ataque em relação à barbatana, faça uma anotação disso em sua resposta; neste caso, a pergunta não teria resposta correta.
Para permitir uma resposta definitiva, especificarei o uso da barbatana (incluindo a barbatana dorsal) e o leme de um Cessna 172 S de produção atual, mas tento postar uma resposta abordando a barbatana e o leme de qualquer outra aeronave.
As aproximações são boas - obviamente uma resposta exata envolveria um projeto complicado de modelagem por computador ou experimentos reais em túneis de vento. Minha esperança é que as informações existentes relacionadas às curvas de sustentação de perfis aerodinâmicos simétricos com abas implantadas possam ser adaptadas para dar uma aproximação de uma resposta a esta pergunta.
Aqui está o objetivo básico desta pergunta: em geral, durante um deslizamento lateral forte (como um deslizamento lateral intencional com controle cruzado para um pouso em vento cruzado), a aleta vertical fixa está criando um torque de guinada que se opõe ao torque de guinada do leme desviado , e o ângulo da inclinação lateral aumentaria se a barbatana fixa desaparecesse de repente. No entanto, parece provável que, em ângulos muito pequenos da borda lateral, isso não seja mais verdade. Em um ângulo de inclinação lateral de zero - o que ainda seria compatível com um leme desviado se algum outro torque de guinada estivesse atuando na aeronave - parece provável que a combinação leme-aleta forme um melhor perfil aerodinâmico - gerando mais sustentação lateral - do que o leme desviado por si só se a barbatana estivesse ausente. Esta pergunta está perguntando em que ângulo de escorregamento isso não é mais verdade, para uma determinada deflexão do leme. Em outras palavras, para uma dada deflexão do leme, em que ângulo de escorregamento a aleta fixa não adiciona nem subtrai a força lateral aerodinâmica criada pelo leme desviado.
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Observe que a pergunta atual é diferente da pergunta relacionada Em que ângulo de ataque (ângulo da inclinação lateral) uma barbatana vertical simétrica mais um leme desviado teriam um coeficiente de sustentação de exatamente zero? . A pergunta relacionada pergunta sobre as condições em que a combinação leme-nadadeira não cria elevação. Obviamente, nesse caso, se o leme for desviado, a barbatana estará produzindo uma força lateral que age contra a força lateral do leme desviado. A presente questão atua sobre as condições em que a força lateral criada pela combinação leme-nadadeira é exatamente a mesma que a força lateral que seria criada apenas pelo leme desviado se a nadadeira desaparecesse.