Por que o uso da força de abaixamento é tão comum?

Se fosse tão simples ...

Para alcançar a estabilidade longitudinal natural (a aeronave permanece na velocidade aparada, mesmo após distúrbios como rajadas de vento), as superfícies de levantamento traseiras precisam ter uma elevação menor por área do que as superfícies dianteiras. Por quê? Em uma rajada, o ângulo de ataque da aeronave muda em todas as superfícies quase ao mesmo tempo. Por ter menos sustentação por área, o aumento relativo de sustentação devido a um aumento no ângulo de ataque é maior para as superfícies traseiras, de modo que agora elas ganham relativamente mais aumento de sustentação do que as superfícies dianteiras. Isso cria um desequilíbrio que eleva a cauda, até que o antigo ângulo de ataque (e, conseqüentemente, a velocidade antiga) seja alcançado novamente.

Um carregamento de cauda negativo é um sinal de alta estabilidade. Isso cria mais arrasto, mas permite que o piloto retire as mãos do bastão, leia seus mapas, verifique algo ou tome uma xícara de chá. Mas o seu efeito no arrastamento induzido pode realmente ser útil. Você pode se surpreender, por favor, tenha paciência comigo!

O que é arrastado induzido, afinal? É a consequência da criação de sustentação ao longo de um período limitado. A asa cria sustentação ao desviar o ar para baixo. Isso acontece gradualmente sobre o acorde da asa e cria uma força de reação ortogonal à velocidade local do ar. Isso significa que a força de reação está apontando para cima e ligeiramente para trás. Este componente para trás é induzido pelo arrasto! A distribuição longitudinal das superfícies que fazem a deflexão para baixo é de pouca importância (para uma explicação muito técnica: veja aqui , onde eles falam sobre o avião Treffz): Se você tiver uma asa canard altamente carregada, a sua descida atingirá a asa eventualmente, criando um elevador inclinado para trás. O canard por si só não causará tanto arrasto induzido, mas estragará o fluxo de ar sobre a asa. Por trás do avião, não importa se você voa um canard ou uma configuração convencional, o que importa é quanto tempo você distribui a criação do elevador (para uma quantidade constante de sustentação a uma determinada velocidade).

Você provavelmente sabe que uma distribuição elíptica de circulação sobre a envergadura produz o menor arrasto induzido. Agora imagine que sua asa tem mais uma distribuição triangular que uma elíptica. A elevação descendente na cauda reduzirá essa elevação no meio, tornando a distribuição mais próxima daquela distribuição elíptica ideal atrás do avião inteiro. O arrasto induzido de todo o avião é reduzido pela cauda!

Outra explicação: Como a asa cria um strong downwash no seu centro, a cauda voa em um fluxo de ar que aponta ligeiramente para baixo. Um elevador negativo lá (sendo aproximadamente ortogonal ao fluxo de ar local) irá, na verdade, apontar um pouco para frente, então sua cauda carregada negativamente produz uma pequena quantidade de empuxo!

Preto: Força total, Azul: Levante, Vermelho: Arrastar

E se você acha que uma distribuição triangular de sustentação é incomum, leia este Relatório NACA de RT Jones . Leva em conta o peso das asas, e isso muda a aparência da distribuição de sustentação para o arrasto mínimo induzido.

Fonte da imagem

A superfície de canardos perturba o fluxo de ar sobre a asa principal. A longa canard acoplada coloca o avião dianteiro a uma distância considerável da asa principal, a fim de reduzir a interferência mútua. Torenbeek cita os seguintes problemas de design para esta configuração:

• To achieve an acceptable range for the center of gravity, the forward plane has to be capable of producing a higher maximum lift coefficient than the main wing. Generally this can only be achieved when the main wing possesses a low aspect ratio. The forward plane has to be provided with a sophisticated flap system.
• The trailing vortices of the forward plane affect the flow over the wing and will set up a rolling moment in a sideslip. The vortices may also strike the fin.

O layout canard tem a vantagem de proporcionar um momento aerodinâmico com elevação positiva: ajuda a elevar o avião e, se parar, o nariz descerá, corrigindo automaticamente a situação de parada. A desvantagem do layout é: em altos ângulos de ataque, a asa de canard fornece uma grande força de levantamento e está sempre mais perto de parar do que a asa principal. Isso deixaria sem uso uma grande parte da capacidade de elevação da asa principal a baixas velocidades.

Assim, a disposição do canard parece ser particularmente adequada para aeronaves transônicas e supersônicas - aeronaves convencionais com uma superfície horizontal na cauda também podem navegar com uma carga de cauda positiva e ter a vantagem de um fluxo limpo sobre a asa principal. mais uma grande variedade de CoGs.

A ideia de colocar a força em algo que você está tentando levantar inicialmente não soa bem, mas olhar mais de perto revela a verdadeira função do corretamente projetado H stab, para definir a asa no máximo ângulo de ataque eficiente enquanto a punhalada H está em (menor arrasto) 0 AOA!

Todos nós sabemos que uma asa é mais eficiente que 2. Realmente não faz sentido carregar positivamente ou negativamente o estabilizador horizontal para uma ótima eficiência de cruzeiro. O ponto de design com uma eficiência ideal asa de cruzeiro AOA seria Clift diretamente sobre CG.

A punhalada de H, com AOA nulo, estaria fazendo seu trabalho mantendo-a lá, com suficiente autoridade de corte e elevação para lidar com outras situações.

O benefício adicional de uma facada de retaguarda H ajuda a estabilidade direcional e ajuda a baixar o nariz se a aeronave está afundando.

Bob