Como uma asa voadora evita uma rotação plana ao manobrar?

Existem duas abordagens diferentes: estabilidade passiva e ativa nos três eixos.

Eixo X (rolo):

No eixo X, as asas voadoras são estabilizadas da mesma forma que qualquer outro avião. A estabilidade passiva é alcançada através de um ligeiro diédrico ascendente entre as asas esquerda e direita.

A estabilidade ativa é alcançada através de ailerons próximos às pontas das asas, que criam uma elevação diferencial controlada, permitindo que o piloto ou o computador de vôo controle a velocidade de rotação.

Eixo Y (passo)

A estabilidade passiva no eixo Y nos planos tradicionais é alcançada através da força corretiva de alta alavanca do estabilizador horizontal (com exceção dos planos do tipo canard, onde a asa principal em si assume esse papel)

A estabilidade ativa é alcançada através dos controles do elevador neste estabilizador, que aumentam ou diminuem a força vertical em uma ou outra direção.

Em uma asa voadora, esse estabilizador não está presente. Em vez disso, a área traseira da asa principal assume esse papel. Para que isso funcione, uma asa voadora estável precisa ter asas significativamente recuadas, de modo que a força geral de torque no ângulo de ataque positivo e negativo alto esteja sempre diminuindo esse ângulo de ataque.

A estabilidade ativa é alcançada através de superfícies de controle na parte traseira da asa. Essas são geralmente as mesmas superfícies de controle também usadas para o controle de rolagem, mas desviando em uníssono em vez de direções opostas (Elevons)

Eixo Z (guinada)

Semelhante à afinação, o controle passivo e ativo da guinada em aviões convencionais é feito com uma barbatana estabilizadora com um leme na cauda.

Nas verdadeiras asas voadoras, isso não está presente (algumas nem têm asas), mas a varredura alta da asa (geralmente as asas de uma asa voadora se encontram aproximadamente no ângulo 90 ° na ponta) causa uma força de arrasto mais alta na asa voltada para a frente se a embarcação se guiar para um lado, o que aplica a força corretiva necessária.

O controle ativo é obtido causando um arrasto adicional através de algum tipo de aba de frenagem perto das pontas da asa (as implementações reais variam - elevações de divisão - abas de interrupção separadas - ...) Isso também pode ser aumentado usando o impulso diferencial.

(Nota: a força corretiva é muito menor do que a causada por uma barbatana caudal. Como uma asa voadora com motor deveria ter seus motores relativamente perto do centro, caso contrário, um cenário de um motor só causaria um momento de guinada incorrigível. limita a eficácia do impulso diferencial se a aeronave permanecer em condições de voar nessas condições)

Velocidade e estabilidade de estol:

Um avião com velocidade estável tem o nariz levantado em velocidades mais altas e afundado se a nave ficar mais lenta, graças ao centro de gravidade estar na frente do centro de elevação, o que faz com que o nariz caia. Isso é equilibrado por uma força descendente (geralmente parasitária) do estabilizador horizontal que atua na cauda do avião. Esse arranjo de forças também deve fazer com que o nariz caia e o ângulo de ataque diminua em uma situação de estol.

Como uma asa voadora não possui esse estabilizador, é necessário obter um equilíbrio de forças semelhante através de um design cuidadoso do perfil e torção da asa. Se você observar os projetos de planadores de asas voadoras da Horton, por exemplo, eles têm um perfil "grosso", criando a maior parte da sustentação no centro (que, graças à varredura das asas, também é a frente). torna-se mais fino e mais simétrico. Ao mesmo tempo, as asas são levemente torcidas, de modo que o ângulo de ataque intrínseco é um pouco mais baixo na ponta (e, como tal, na parte traseira da asa) do que próximo ao nariz.

Em altas velocidades, a frente da asa cria mais sustentação que a traseira e eleva o nariz. Esta parte tem a maior carga de asa e irá parar primeiro, enquanto a área de asa traseira recuada - graças ao seu perfil, a AoA mais baixa e a menor carga ainda não terão parado. O nariz cai e as superfícies de controle nesta parte traseira permanecem funcionais.

Deve-se notar que nem todos os projetos de asas voadoras alcançaram um comportamento de estol seguro. Alguns, como os primeiros projetos americanos da 1940 e da 1950, falharam em implementar a estabilidade de estol corretamente, enquanto outros (como o bombardeiro B2) o avião foi deliberadamente projetado aerodinamicamente inseguro para facilitar outros recursos (furtivos) que seriam comprometidos por uma asa "torcida".

Sweepback ajuda muito, e o restante é conseguido com dispositivos de arrasto próximos às pontas das asas.

(Fonte: aerospaceweb.org)

Você notou que o B-2 dividiu ailerons e eles estão parcialmente abertos durante o vôo? O arrasto puxa a ponta da asa para trás e, em combinação com a varredura, a asa dianteira na mandíbula terá um braço de alavanca mais longo; portanto, o mesmo arrasto produz um momento de guinada estabilizador maior.

O empuxo diferencial não está disponível em planadores, e há muitos planadores de asas voadoras. Horten III e IV, Fauvel AV-36 e SB-13 são alguns exemplos. Os Hortens usavam freios rápidos perto das pontas das asas e o SB-13 possui lemes com deflexão diferencial (70 ° para o exterior, 20 ° para o interior) em suas asas para aumentar o momento de guinada.

O controle direcional não é problema com asas voadoras. Flutter e um baixo $ c_ {L max} $ são as verdadeiras desvantagens. Manuseio no solo, características de aterrissagem e espaço de carga útil são outros, mas podem ser superados.

E rodadas planas não são possíveis com asas voadoras. Seus modos de rotação são todos bastante íngremes devido ao falta de um momento inercial forte da distribuição longitudinal das massas.

Asas voadoras usam impulso diferencial para o controle da guinada, em vez de estabilizadores verticais e lemes. Alguns também possuem pequenos lemes externos ou spoilers para esse fim.