Guiñada adversa - Adverse yaw
La guiñada adversa es la tendencia natural e indeseable de una aeronave a guiñar en la dirección opuesta a la de un alabeo . Es causado por la diferencia en la sustentación y el arrastre de cada ala. El efecto se puede minimizar en gran medida con alerones diseñados deliberadamente para crear resistencia cuando se desvían hacia arriba y / o mecanismos que aplican automáticamente cierta cantidad de timón coordinado . Como las principales causas de la guiñada adversa varían con la sustentación, cualquier mecanismo de relación fija no resolverá completamente el problema en todas las condiciones de vuelo y, por lo tanto, cualquier aeronave operada manualmente requerirá cierta cantidad de entrada del timón por parte del piloto para mantener un vuelo coordinado .
Historia
La guiñada adversa fue experimentada por primera vez por los hermanos Wright cuando no pudieron realizar giros controlados en su planeador 1901 que no tenía superficie de control vertical. Orville Wright describió más tarde la falta de control direccional del planeador.
Causas
La guiñada adversa es un efecto secundario de la inclinación de los vectores de sustentación en el ala debido a su velocidad de balanceo y de la aplicación de los alerones. Algunos manuales de entrenamiento de pilotos se enfocan principalmente en la resistencia adicional causada por el alerón desviado hacia abajo y solo hacen menciones breves o indirectas de los efectos de balanceo. De hecho, el balanceo de las alas suele causar un efecto mayor que los alerones. Suponiendo una velocidad de balanceo hacia la derecha, como en el diagrama, las causas se explican a continuación:
Levantar la deflexión del vector durante el balanceo
Durante un movimiento de balanceo positivo, el ala izquierda se mueve hacia arriba. Si un avión estuviera suspendido de alguna manera en el aire sin ningún movimiento más que un balanceo positivo, entonces, desde el punto de vista del ala izquierda, el aire vendrá desde arriba y golpeará la superficie superior del ala. Por lo tanto, el ala izquierda experimentará una pequeña cantidad de flujo de aire que se aproxima simplemente por el movimiento de balanceo. Esto se puede conceptualizar como un vector que se origina en el ala izquierda y apunta hacia el aire que se aproxima durante el balanceo positivo, es decir, perpendicularmente hacia arriba desde la superficie del ala izquierda. Si esta aeronave de balanceo positivo se moviera adicionalmente hacia adelante en vuelo, entonces el vector que apunta hacia el aire que se aproxima será principalmente hacia adelante debido al vuelo de avance, pero también ligeramente hacia arriba debido al movimiento de balanceo. Este es el vector punteado que viene del ala izquierda del diagrama.
Por lo tanto, para el ala izquierda de un avión que se mueve hacia adelante, un balanceo positivo hace que el aire que se aproxima se desvíe ligeramente hacia arriba. De manera equivalente, el ángulo de ataque efectivo del ala izquierda se reduce debido a la tirada positiva. Por definición, la sustentación es perpendicular al flujo que se aproxima. La desviación hacia arriba del aire que entra hace que el vector de elevación se desvíe hacia atrás . A la inversa, a medida que el ala derecha desciende, su vector que apunta hacia el aire que se aproxima se desvía hacia abajo y su vector de sustentación se desvía hacia adelante . La deflexión hacia atrás de la sustentación para el ala izquierda y la deflexión hacia adelante de la sustentación para el ala derecha resulta en un momento de guiñada adverso hacia la izquierda, opuesto al giro a la derecha previsto. Este momento de guiñada adverso está presente solo mientras la aeronave está rodando en relación con el aire circundante y desaparece cuando el ángulo de inclinación lateral de la aeronave es estable.
Arrastre inducido
Iniciar un giro hacia la derecha requiere una elevación brevemente mayor a la izquierda que a la derecha. Esto también provoca una mayor resistencia inducida a la izquierda que a la derecha, lo que aumenta aún más el desvío adverso, pero solo brevemente. Una vez que se establece una velocidad de balanceo constante, el desequilibrio de elevación izquierda / derecha disminuye, mientras que los otros mecanismos descritos anteriormente persisten.
Arrastre de perfil
La deflexión del alerón hacia abajo a la izquierda aumenta la curvatura de la superficie aerodinámica , que normalmente aumentará la resistencia del perfil . Por el contrario, la desviación del alerón hacia arriba a la derecha disminuirá la inclinación y la resistencia del perfil. El desequilibrio de arrastre del perfil se suma al desvío adverso. Un alerón Frise reduce este arrastre de desequilibrio, como se describe más adelante.
Minimizar la guiñada adversa
Hay una serie de características de diseño de aeronaves que se pueden utilizar para reducir el desvío adverso y facilitar la carga de trabajo del piloto:
Estabilidad de guiñada
Una fuerte estabilidad direccional es la primera forma de reducir el desvío adverso. Esto está influenciado por el momento de cola vertical (área y brazo de palanca alrededor del centro de gravedad).
Coeficiente de sustentación
Dado que la inclinación de los vectores de sustentación izquierda / derecha es la causa principal de la guiñada adversa, un parámetro importante es la magnitud de estos vectores de sustentación, o el coeficiente de sustentación de la aeronave para ser más específicos. El vuelo con un coeficiente de sustentación bajo (o una velocidad alta en comparación con la velocidad mínima) produce una guiñada menos adversa.
Mezcla de alerón a timón
Como se pretendía, el timón es el medio más potente y eficiente de gestionar la guiñada, pero acoplarlo mecánicamente a los alerones no es práctico. El acoplamiento electrónico es un lugar común en las aeronaves fly-by-wire.
Deflexión diferencial de alerones
La geometría de la mayoría de los enlaces de los alerones se puede configurar para desviar el recorrido más hacia arriba que hacia abajo. Al desviar excesivamente el alerón hacia arriba, la resistencia del perfil aumenta en lugar de reducirse y la resistencia de separación ayuda aún más a producir resistencia en el ala interior, produciendo una fuerza de guiñada en la dirección del giro. Aunque no es tan eficiente como la mezcla del timón, el diferencial de alerones es muy fácil de implementar en casi cualquier avión y ofrece la ventaja significativa de reducir la tendencia del ala a detenerse en la punta primero al limitar la deflexión del alerón hacia abajo y su aumento efectivo asociado en el ángulo. de ataque.
La mayoría de los aviones usan este método de mitigación de desvío adverso, particularmente notable en uno de los primeros aviones conocidos en usarlos, el biplano de entrenamiento de Havilland Tiger Moth de la década de 1930, debido a la implementación simple y los beneficios de seguridad.
Alerones frise
Los alerones Frise están diseñados para que cuando se aplica el alerón hacia arriba, parte del borde delantero del alerón sobresalga hacia abajo en el flujo de aire, lo que aumenta la resistencia a esta ala (descendente). Esto contrarrestará la resistencia producida por el otro alerón, reduciendo así la guiñada adversa.
Desafortunadamente, además de reducir el desvío adverso, los alerones Frise aumentarán la resistencia general de la aeronave mucho más que aplicar la corrección del timón. Por lo tanto, son menos populares en aviones donde es importante minimizar la resistencia (por ejemplo, en un planeador ).
Nota: Los alerones Frise fueron diseñados principalmente para reducir las fuerzas de control de balanceo. Contrariamente a la ilustración, el borde de ataque de los alerones está redondeado para evitar la separación del flujo y el aleteo en las deflexiones negativas. Eso evita importantes fuerzas de arrastre diferencial.
Rollo de spoilers
En aviones grandes donde el uso del timón es inapropiado a altas velocidades o los alerones son demasiado pequeños a bajas velocidades, se pueden usar spoilers de balanceo (también llamados spoiler ) para minimizar el desvío adverso o aumentar el momento de balanceo. Para funcionar como un control lateral, el spoiler se levanta en el ala descendente (alerón arriba) y permanece retraído en el otro ala. El spoiler elevado aumenta la resistencia, por lo que la guiñada está en la misma dirección que el balanceo.
Referencias y notas
Recopilación de datos de prueba de alerones equilibrados, FM Rogallo, Naca WR-L 419