Controles de vuelo de alta velocidad

En aviones de alta velocidad, los controles de vuelo se dividen en controles de vuelo primarios y controles de vuelo secundarios o auxiliares. Los controles de vuelo primarios maniobran la aeronave sobre los ejes de cabeceo, alabeo y dirección (o guiñada).

Se incluyen los alerones, elevadores y timón. Los controles de vuelo secundarios o auxiliares incluyen compensadores, flaps de borde de ataque, flaps de borde de fuga, spoilers, y slats.
Los spoilers se utilizan en el extradós alar para
deteriorar o reducir la sustentación. Las aeronaves de alta velocidad, debido a su diseño limpio de baja resistencia utilizan spoilers como frenos de velocidad
para reducir la velocidad. Los spoilers se extienden inmediatamente después de aterrizar para eliminar sustentación y así transferir el peso de la aeronave desde las alas a las ruedas para un mejor rendimiento de frenado.

Los aviones a reacción de transporte tienen alerones pequeños. El espacio para los alerones es limitado debido a la necesidad de la mayor cantidad de borde de fuga como sea posible para los flaps. Además, un alerón de tamaño convencional haría torcer el ala a gran velocidad. Por esa razón, los spoilers se utilizan al unísono con los alerones para proporcionar un control adicional de alabeo.

Algunos transportes a reacción tienen dos juegos de alerones, un par de alerones externos de baja velocidad y un par de alerones internos de alta velocidad. Cuando los flaps están totalmente retraídos después del despegue, los alerones exteriores se bloquean automáticamente en posición carenada.

Cuando se usa para controlar el alabeo, el spoiler en el lado del alerón que sube se extiende y reduce la sustentación de ese lado, provocando que el ala caiga.

Si los spoilers se extienden como frenos de velocidad, todavía se pueden utilizar para controlar el alabeo. Si son del tipo diferencial, se extienden aun más sobre un lado y se retraen en el otro. Si son del tipo no diferencial, se extienden aún más en un lado pero no se retraen en el otro. Cuando están totalmente extendidos, como frenos de velocidad, los spoilers no diferenciales siguen extendidos y no complementan los alerones.

Para obtener una pérdida suave y un mayor AOA sin separación del flujo, el borde de ataque del ala debe tener una forma bien redondeada casi roma a la que el flujo de aire se pueda adherir al mayor AOA. Con esta forma, la separación del flujo empieza en el borde de fuga y progresa gradualmente hacia adelante a medida que se incrementa el AOA.

El borde de ataque señalado necesario para vuelo de alta velocidad resulta en una pérdida abrupta y restringe el uso de flaps del borde de salida porque el flujo de aire no puede seguir la curva cerrada alrededor del borde de ataque del ala. El flujo tiende a desprenderse más bien bruscamente del extradós a un AOA moderado. Para utilizar flaps del borde de fuga, y así
aumentar el CL-MAX, el ala debe ir a un AOA superior sin separación del flujo. Por lo tanto, ranuras (slots), slats, y flaps de borde de ataque se usan para mejorar

las características de baja velocidad durante el despegue, el ascenso, y el aterrizaje. Aunque estos
dispositivos no son tan poderosos como los flaps de borde de fuga, son efectivos cuando se utilizan en toda la envergadura en combinación con flaps del borde de fuga la alta sustentación. Con la ayuda de estos sofisticados dispositivos de hipersustentación, la separación del flujo se retrasa y el CL-MAX se incrementa considerablemente. De hecho, una reducción de 50 nudos en la velocidad de pérdida no es infrecuente.

Los requisitos operacionales de un avión de transporte grande requieren grandes cambios en la compensación de cabeceo. Algunos requisitos son:

• • Un amplio rango de CG
• • Un amplio rango de velocidades
• • La capacidad de realizar grandes cambios de compensación debidos a dispositivos de
  hipersustentación de borde de ataque y de borde de fuga, sin limitar la cantidad restantes de elevador
• • Mantenimiento de resistencia de compensación al mínimo

Estos requisitos se cumplen por el uso de un estabilizador horizontal de incidencia variable. Grandes cambios de compensación en un avión de cola fija requieren grandes deflexiones de elevador. Con estas grandes deflexiones, queda poco movimiento del elevador en la misma dirección. Un estabilizador horizontal de incidencia variable está diseñado para
llevar a cabo los cambios de compensación. El estabilizador es más grande que el elevador, y por lo tanto no es necesario que se mueva en ángulos tan grandes. Esto deja al elevador en línea con el plano de cola con el rango de movimiento completo hacia arriba y hacia abajo. El estabilizador horizontal de incidencia variable se puede establecer para manejar la mayor parte de la demanda de control de cabeceo, con el elevador manejando el resto. En los aviones equipados con un estabilizador horizontal de incidencia variable, el elevador es más pequeño y menos eficaz en solitario de lo que es en un avión de cola fija. En comparación con otros controles de vuelo, el estabilizador horizontal de incidencia variable es enormemente poderoso en sus efectos.

Debido al tamaño y altas velocidades de los aviones de transporte, las fuerzas requeridas para mover las superficies de control pueden estar más allá de la fuerza del piloto. En consecuencia, las superficies de control son accionadas por unidades de potencia hidráulica o eléctrica. Mover los controles en la cabina de mando indica el ángulo de control requerido, y la unidad de potencia posiciona la superficie de control real. En el caso de falla total de la unidad de potencia, el movimiento de las superficies de control puede ser efectuado por control manual de los compensadores (tabs). Moviendo los tabs de control altera el equilibrio aerodinámico lo que hace que la superficie de control se mueva.

Bibliografía.

U.S. Department of Transportation

Federal Aviation Administration