Por que o grupo de cauda de praticamente todos os aviões é varrido em vez de reto?

8

Mesmo aviões de baixo desempenho, como ultraleves, têm seu grupo de cauda (estabilizador vertical e horizontal com leme e elevador) recuado, sabendo muito bem que um grupo de cauda reta produzirá mais força do que um grupo de cauda varrida da mesma área. A varredura do grupo de cauda de um avião é simplesmente estética ou há alguma vantagem aerodinâmica envolvida?

A razão pela qual estou perguntando é porque estou tentando projetar e construir uma luz ultraleve e queria saber se posso apenas construir um grupo de cauda retangular e retangular, como visto abaixo (por uma questão de simplicidade). insira a descrição da imagem aqui

por David Teahay 04.06.2019 / 21:02

3 respostas

Há mais do que apenas aparência.

Um benefício imediato é uma localização mais atrasada do centro de pressão na superfície varrida para trás. Mas esse efeito é pequeno e deve ser comprado com uma inclinação mais baixa da curva de elevação, ou seja, menor efetividade em ângulos de ataque baixos rsp. deslizamento lateral.

Mas, uma vez que a varredura for grande o suficiente, ela ampliará a faixa útil de ângulos das lamelas laterais em que a cauda é eficaz. A varredura reduz a inclinação da curva de elevação, mas estende seu alcance linear para ângulos mais altos, de modo que a elevação máxima por área de uma superfície varrida é quase tão alta quanto a de uma superfície não varrida. Isto é especialmente verdade para asas de baixa proporção onde o movimento externo da camada limite não é um grande fator. Portanto, a aerodinâmica de uma cauda vertical sofre muito menos com os efeitos usuais de varredura sabemos de asas varridas.

A adição de um filete à frente da raiz da cauda vertical aumenta ainda mais esse efeito e tem sido fundamental na criação de projetos como o Boeing 307 à prova de rotação. Antes dessa mudança, o protótipo Boeing 307 sofreu um fluxo separado na vertical em um giro e caiu quando a aeronave ultrapassou numa tentativa do piloto de terminar o giro aplicando empuxo diferencial.

Enquanto a asa opera em um ângulo estreito de ataques e endireita o fluxo de ar da cauda, ​​para que a cauda horizontal possa trabalhar em um alcance ainda mais estreito, a fuselagem cria um momento instável de guinada em uma faixa muito maior de ângulos de inclinação lateral . Para ter estabilidade direcional suficiente, mesmo em ângulos altos de deslizamento lateral, uma cauda vertical varrida é muito útil. Sim, essa cauda varrida precisa ser maior que uma cauda vertical equivalente, projetada para ângulos de um dígito da derrapagem lateral, mas essa cauda reta tornará a aeronave instável quando se aventurar em ângulos mais altos da derrapagem lateral.

Referência: Relatório NLR A-1582. Desculpe, não encontrei nenhuma fonte online. É discutido no artigo de Ed Obert "Projeto aerodinâmico de aeronaves de transporte"na página 418.

As caudas horizontais não precisam de uma faixa de trabalho estendida - aqui, basta adicionar guarnição do estabilizador para ajustar a elevação da cauda para diferentes configurações das abas das asas. Além disso, a construção de uma cauda horizontal com uma linha de dobradiça varrida é muito mais complicada do que a construção de uma linha de dobradiça reta; portanto, a maioria das superfícies horizontais tem apenas uma pequena varredura, de modo que afunilar e varrer juntos resultará em uma linha de dobradiça reta.

Mas há uma exceção: no início dos 70s, muitos projetos de planadores usavam uma cauda horizontal varrida em pleno vôo, como esta Cirro Padrão abaixo (foto fonte):

Cirro padrão em voo

Obviamente, isso não é para compressibilidade. Ao varrer a cauda, ​​seu centro de gravidade pode ser movido para perto do centro de pressão, de modo que ela não precisa de equilíbrio de massa e possui baixas forças de atuação. A desvantagem é o perfil aerodinâmico rígido e simétrico: a baixa velocidade e maior ângulo de ataque, ele tem muito pouca efetividade, porque o fluxo permanece separado enquanto uma cauda convencional com um estabilizador fixo já mostra o fluxo anexado. Isso levou a uma série de acidentes fatais nos lançamentos de guinchos quando a aeronave entrava em um estábulo e não podia ser controlada.

04.06.2019 / 23:50

Não há dúvida de que há algum benefício aerodinâmico em varrer as caudas em aviões de alta velocidade, e há algum benefício, como diz Zeiss, em haver um aumento modesto no momento de braço sem alongar a fuselagem (por outro lado, a varredura transmite uma pequena momento em que o leme é deslocado, mas não é o suficiente para ser um grande negócio).

De qualquer forma, em quase todas as aeronaves de baixa velocidade, especialmente as aeronaves GA, é realmente apenas "estilo"; um dos únicos lugares no projeto de aeronaves em que a forma substitui a função.

No início e meados do 60s, a Cessna mudou as caudas verticais em seus modelos de reta para varrida. Isso não teve absolutamente nenhum efeito no desempenho. Era um estilo puro, porque uma cauda varrida parecia mais "moderna" (também é o momento em que eles lançaram nomes de marketing bobos como "equipamento Land-O-Matic" ... você sabe, folhas de aço com mola ou pernas de engrenagem de haste). Enquanto isso, praticamente todas as caudas horizontais permaneceram retas. Por quê? Ninguém se importa com a aparência de baixo. É tudo sobre o perfil.

Portanto, se houver um grande benefício técnico em varrer uma cauda em um projeto específico, geralmente você pode esperar ver a cauda horizontal também varrida. Caso contrário, estilizando.

04.06.2019 / 21:34

Um dos motivos é economizar peso.

É assim: quanto mais para trás as superfícies da cauda são, menores (e mais leves) elas podem ser, mas a estrutura da fuselagem é pesada. Se você fizer as superfícies varrerem, a área será movida para trás, mas pouco ou nenhum peso será adicionado em comparação às superfícies não varridas.

Além do peso real economizado na cauda, ​​costumávamos dizer na construção de modelos que "uma onça na cauda vale um quilo no nariz". Isso é por causa dos braços do momento; uma pequena quantidade de peso na cauda pode exigir uma massa muito grande de estrutura (ou até mesmo lastro) perto do nariz para manter o centro de massa onde você precisa para estabilidade.

04.06.2019 / 21:19