Por que os aviões não têm lemes nos winglets?

O propósito do leme é controlar o rumo da aeronave. Ele gira a aeronave criando um momento aerodinâmico sobre o eixo vertical da aeronave. O momento é produto da força aerodinâmica e do braço.

_{imagem: NASA}

A força aerodinâmica é a força lateral no leme, o braço é a distância entre o leme e o centro de gravidade da aeronave.

Se o leme estivesse nos winglets, a força lateral do leme atuaria a uma curta distância atrás do centro de gravidade, reduzindo muito a eficácia.

Seria possível ter airbrakes nas winglets / wingtips e usar a frenagem diferencial para criar o momento de rotação. Isso é feito, por exemplo, no B2 que não possui um estabilizador vertical. A complexidade e o aumento de peso adicionais fazem dele uma opção pouco atraente para aeronaves convencionais.

É possível, mas não é tão útil.

Controlabilidade

A fim de maximizar o momento incutido pelo leme (ou manter o leme tão pequeno quanto possível para fornecer este momento), você quer posicionar o leme tão longe (no sentido longitudinal) do centro de gravidade. Isso aumenta o momento induzido e, portanto, a eficácia do leme. Em um avião normal, você terá um tubo com asas no meio e, assim, a parte mais traseira para colocar o leme é no final do tubo. Na aeronave em sua foto, a parte mais traseira é a ponta da asa, então faz sentido colocar o leme lá.

Razões estruturais

Se você colocar o leme no final, isso significará que haverá forças substanciais induzidas na ponta da asa se você usar o leme. Isso significa que você terá um momento de flexão substancial adicionado à asa, tornando-a muito mais pesada. Isso é discutido em Winglet vs span extension

Resposta curta:

• Caudas verticais criam mais momento de guinada por unidade de arrasto.
• Caudas verticais criam um momento de rolamento menos adverso para um determinado momento de guinada.

O leme funciona criando uma força lateral, assim como uma asa cria sustentação. Isso gera uma pequena quantidade de arrasto (cerca de um décimo da força lateral).

Mesmo em uma asa varrida, o braço de alavanca no sentido longitudinal é pequeno em comparação com a envergadura. Se os winglets fossem usados como lemes, eles seriam mais eficientes como dispositivos de arrasto, porque então sua força atuaria em uma alavanca mais longa. Isso foi feito em asas (note que o planador sem cauda SB-13 tem uma deflexão máxima do leme de 70 ° para criar resistência).

SB-13 em voo (imagem source )

Isso torna o uso de um leme muito mais eficiente para criar um momento de guinada do que o uso de winglets.

A deflexão dos lemes de winglet também mudará a distribuição de sustentação na asa, para que eles não criem apenas um momento de guinada, mas também um momento de rolamento. Caudas verticais que são altas acima do eixo de rolagem também adicionam um momento de rolagem, mas isso é comparativamente pequeno ao momento de rolagem de um winglet com leme em uma asa de proporção alta. Em ambos os casos, o momento de rolagem atua contra a direção de rolagem desejada, então é preferível novamente criar o momento de guinada com a cauda vertical.

As respostas existentes perdem o que parece ser uma resposta bastante óbvia: os winglets são um acréscimo, adicionado a projetos existentes e comprovados (por exemplo, 737) para melhorar a economia de combustível. Colocar lemes neles exigiria a execução de cabos de controle, talvez fortalecendo a estrutura da asa, em vez de apenas aparafusar novas pontas.

Você poderia, talvez, projetar um novo avião do zero para fazer isso, mas, novamente, por que abandonar um projeto básico comprovado, a menos que haja grandes ganhos a serem obtidos?