Por que os estabilizadores horizontais não podem ser mais longos do que são hoje?

13

Eu me perguntei essa questão porque se o estabilizador horizontal é mais longo do que isso significa mais sustentação. Meu palpite para essa pergunta seria o resultado da força do vórtice da ponta da asa em uma asa mais longa

    
por Ethan 07.08.2015 / 17:20

5 respostas

Os estabilizadores horizontais podem ser mais longos, eles simplesmente não precisam para serem mais longos do que são.

Cada centímetro quadrado adicional adicionará arrastamento induzido e arrasto parasita (formulário / perfil) que custa combustível para que eles não sejam maiores que o necessário para fornecer controle adequado do avião.

    
07.08.2015 / 17:26

Na maioria das aeronaves, as superfícies horizontais na parte traseira são estabilizadores horizontais. Estas superfícies proporcionam, na verdade, uma elevação negativa, que equilibra o centro de gravidade à frente do centro da força de elevação. Esse equilíbrio de forças fornece estabilidade natural de uma maneira simples, e é por isso que é o projeto padrão para aeronaves grandes e pequenas. É claro que este elevador negativo está trabalhando contra a asa principal, o que aumenta o arrasto, de modo que esta superfície é mantida tão pequena quanto possível para fornecer estabilidade suficiente com o menor arrasto possível.

Existe um layout de aeronave chamado tandem wing , onde há duas alas em uma configuração tandem que fornecem ascensão para cima .

    
07.08.2015 / 18:34

As superfícies da cauda de uma aeronave também são chamadas de "empenagem", um termo que se origina da palavra francesa para a flecha de uma flecha. O termo indica assim o propósito. Os estabilizadores horizontais e verticais são exatamente isso, estabilizadores. Sua finalidade é manter a fuselagem do avião alinhada com o vento relativo causado pelo movimento da aeronave pelo ar. Sem eles, o avião poderia facilmente entrar em um deslize ou numa queda. Eles também fornecem controle de afinação e guinada, redirecionando o vento relativo para cima ou para baixo, tendo o efeito oposto na fuselagem (a terceira lei de Newton).

Eles não se destinam a gerar sustentação para combater a gravidade, e em muitos casos o estabilizador horizontal faz exatamente o oposto, fornecendo uma força para baixo na parte de trás da aeronave através de uma combinação de passo negativo e "downwash" de ar do asas Isso mantém o nariz para cima durante o voo para frente, compensando uma distribuição de peso levemente rente ao nariz que, por sua vez, proporciona características de voo desejáveis, como a tendência para o nariz para baixo em uma baia (se você vai cair do céu, você pode também cair em uma atitude que restaure um baixo ângulo de ataque e, portanto, tem o potencial de se recuperar).

Portanto, em uma configuração tradicional, eles não são maiores do que são porque não precisam ser. Um estabilizador horizontal maior aumentará o arrasto devido à maior área de superfície e volume de ar deslocado, sem ganho real. Potencialmente, a área da superfície de controle pode ser aumentada, mas há um limite de quão grande ela pode ser antes que as forças que atuam na superfície de controle em uma posição defletida excedam a resistência dos materiais da superfície de controle ou da estrutura da aeronave. Mesmo antes disso, superfícies de controle maiores tornam o avião mais sensível à entrada stick / yoke, o que é útil para um avião de combate ou acrobático, mas potencialmente mortal para um avião projetado para uso pelo piloto "everyman".

    
07.08.2015 / 20:20

Como já foi observado, eles podem ser, mas não são, para reduzir o arrasto.

Em geral, os estabilizadores horizontais na atual geração de aeronaves são menores que seus antecessores. Isso é resultado dos avanços no projeto da aeronave com a introdução de sistemas fly-by-wire.

Os estabilizadores horizontais são projetados para dar estabilidade à aeronave, proporcionando um momento negativo de lançamento em negativo . A asa da aeronave, por si só, é instável. Conforme o elevador é gerado, a asa se eleva, o que aumenta o ângulo de ataque, aumentando a sustentação. Esse processo continua até a asa parar. O estabilizador horizontal é efetivamente uma asa menor localizada no outro lado do centro de gravidade a uma distância maior, negando esse momento de elevação da asa principal.

Então, basicamente, o estabilizador horizontal produz um elevador positivo , mas um momento de arremesso negativo . Quanto maior o estabilizador horizontal, mais o elevador e a estabilidade, mas também o arrasto.

Uma maneira de reduzir o arrasto é ter um estabilizador horizontal menor, mas isso reduz a estabilidade, exigindo que o piloto ajuste continuamente os controles para pilotar a aeronave. No entanto, a introdução de controles controlados por computador (sistemas fly-by-wire) significava que a aeronave poderia ser instável, com o computador ajustando os controles continuamente para obter um vôo estável.

Como resultado, a aeronave projetada após os anos 90 tem sistemas de controle fly-by-wire com estabilizadores horizontais menores, resultando em menos arrasto e menor consumo de combustível.

Como exemplo, compare os estabilizadores horizontais de DC10 e MD11.


Fonte: Boeing 757 Maya

O MD11 foi baseado no DC10, com fuselagem esticada e envergadura aumentada, porém com um pequeno tailplane. Isto foi conseguido usando um estabilizador horizontal (parcialmente) controlado por computador. Como pode ser visto na imagem, o estabilizador horizontal no MD11 era menor que o DC10, embora a aeronave fosse maior.

Assim, a razão para os estabilizadores horizontais menores é reduzir o peso e o arrasto e isso é conseguido principalmente através do uso de superfícies de controle controladas por computador. Porque o estabilizador menor relaxa a estabilidade , apesar de poder ter controle suficiente devido ao braço do momento mais longo:

Relaxed stability designs are not limited to military jets. The McDonnell Douglas MD-11 has a relaxed stability design which was implemented to save fuel. To ensure stability for safe flight, an LSAS (Longitudinal Stability Augmentation System) was introduced to compensate for the MD-11's rather short horizontal stabilizer and ensure that the aircraft would remain stable. However, there have been incidents in which the MD-11's relaxed stability caused an "inflight upset."

    
08.08.2015 / 19:57

Os designers do Concorde adotaram uma abordagem diferente: eles removeram os planos horizontais da cauda para diminuir o arrasto o máximo possível.

Qualquer coisa desnecessária (pod / pylon / etc.) na parte externa da fuselagem ou sob as asas adiciona resistência, mesmo sem gerar sustentação.

Outro exemplo histórico é o MD-11, evolução do DC-10. Se você notar, o MD-11, mesmo que seja mais comprido e pesado, tem planos traseiros menores para melhor desempenho de cruzeiro.

    
07.08.2015 / 18:23