O que causa a força de abaixamento?

O fenômeno é chamado de aparar.

Este é o processo pelo qual o piloto ajusta o elevador na superfície da cauda para deslocar o centro de pressão acima ou abaixo do centro de gravidade e remove qualquer força do braço para que o avião mantenha essa atitude sem ajuda.

Se o centro de gravidade (CG) estiver acima ou abaixo do centro aerodinâmico (CA), a estabilidade estática longitudinal da aeronave é indiferente. Mova-o para frente e a estabilidade aumenta, mova-o para trás e o avião fica instável. O centro aerodinâmico é onde as forças de sustentação dependentes do ângulo de ataque atuam e, em uma configuração indiferente, o coeficiente de sustentação na asa e na cauda será igual. O aumento da estabilidade significa, portanto, reduzir o levantamento na superfície traseira e, se for desejada muita estabilidade, a elevação na superfície traseira se tornará negativa.

Quando o avião é atingido por uma rajada (mudança na velocidade vertical do vento), o ângulo de ataque tanto na asa quanto na cauda mudará na mesma quantidade. Agora é importante a quantidade de mudanças de elevação em relação ao levantamento antes da rajada. Se o coeficiente de sustentação na asa for maior do que na cauda, a mesma quantidade de mudança de ângulo de ataque causará uma mudança relativamente menor de sustentação na asa do que na cauda, e o centro de pressão se moverá de tal forma que cause corrigindo o momento do passo.

Selecionando a localização correta do centro de gravidade, o piloto pode ajustar o nível de estabilidade que deseja. Para permanecer na atitude desejada em vôo, ele agora tem que mover a incidência da empenagem (ou a deflexão do elevador) para um ponto em que qualquer momento de tom desaparece. A conseqüência é uma força descendente na cauda, se é isso que precisa para aparar a aeronave com o centro de gravidade determinado.

Em uma configuração convencional de asa e cauda, o centro de sustentação normalmente fica atrás do centro de gravidade. Isso causa uma força de inclinação, que é neutralizada com a sustentação descendente do estabilizador. À medida que a velocidade aumenta, a asa produz mais sustentação, assim, é necessário mais força para manter a atitude. Em uma configuração de asa traseira o mesmo é realizado com um canard. A única diferença é que o canard fornece ascensão ascendente e, portanto, aumenta a sustentação total, ao contrário de uma cauda convencional apenas aumentando o arrasto.

A cauda é uma superfície de levantamento como as asas. A força descendente é apenas o fenómeno do levantamento dirigido na direção oposta. Você também pode ver exemplos de downforce em coisas como os spoilers em um carro de Fórmula 1. Ir mais rápido produz mais sustentação e mais força descendente.

Diminuindo o zoom de maneira mais ampla, o motivo pelo qual você deseja downforce é a estabilidade longitudinal. Em alguns planos e em certas configurações, a cauda produz um levantamento positivo em vez de força descendente, tudo em nome do equilíbrio do avião, embora esses projetos sejam mais difíceis de voar.

Você pode notar que a cauda é geralmente muito menor que as asas. Isso permite uma melhor estabilidade longitudinal, já que a cauda experimenta maiores mudanças relativas no levantamento (força descendente) em comparação com as asas, o que proporciona um circuito de realimentação negativa que traz o avião de volta ao equilíbrio.

A localização do centro de gravidade em relação ao centro de levantamento é importante porque produz um certo momento de arremesso que precisa ser neutralizado pela força produzida pela cauda.