Empenaje

Atlas Aire

El empenaje (o), también conocido como cola o conjunto de cola, es una estructura en la parte trasera de una aeronave que proporciona estabilidad durante el vuelo, de forma similar a las plumas de una flecha. El término deriva del verbo francés empenner que significa "emplumar una flecha". La mayoría de los aviones cuentan con un empenaje que incorpora superficies estabilizadoras verticales y horizontales que estabilizan la dinámica de vuelo de guiñada y cabeceo, así como superficies de control de alojamiento.

A pesar de las superficies de control efectivas, muchos de los primeros aviones que carecían de un empenaje estabilizador eran prácticamente imposibles de volar. Incluso los llamados "aviones sin cola" suelen tener una aleta caudal (normalmente un estabilizador vertical). Los aviones más pesados que el aire sin ningún tipo de empenaje (como el Northrop B-2) son raros y generalmente utilizan perfiles aerodinámicos con formas especiales cuyo borde de salida proporciona estabilidad de cabeceo y alas en flecha hacia atrás, a menudo con un diestro para proporcionar la estabilidad de guiñada necesaria. . En algunos aviones con alas en flecha, la sección del perfil aerodinámico o el ángulo de incidencia pueden cambiar radicalmente hacia la punta.

Estructura

Estructuralmente, el empenaje consta de todo el conjunto de cola, incluyendo la aleta de cola, el plano de cola y la parte del fuselaje a la que están unidos. En un avión de pasajeros, estas serían todas las superficies de vuelo y control detrás del mamparo de presión trasero.

La sección delantera (normalmente fija) del plano de cola se llama estabilizador horizontal y se utiliza para proporcionar estabilidad de cabeceo. La sección trasera del plano de cola se llama elevador y es un perfil aerodinámico móvil que controla los cambios de cabeceo, el movimiento hacia arriba y hacia abajo del morro del avión. En algunos aviones, el estabilizador horizontal y el elevador son una sola unidad, y para controlar el cabeceo, toda la unidad se mueve como una sola. Esto se conoce como estabilizador o estabilizador de pleno vuelo.

La estructura de cola vertical tiene una sección frontal fija llamada estabilizador vertical, que se utiliza para controlar la guiñada, que es el movimiento del fuselaje de derecha a izquierda del morro del avión. La sección trasera de la aleta vertical es el timón, un perfil aerodinámico móvil que se utiliza para girar el morro del avión hacia la derecha o hacia la izquierda. Cuando se utiliza en combinación con los alerones, el resultado es un giro inclinado, un giro coordinado, característica esencial del movimiento de un avión.

Algunos aviones están equipados con un conjunto de cola que tiene bisagras para pivotar en dos ejes delante de la aleta y el estabilizador, en una disposición denominada cola móvil. Todo el empenaje se gira verticalmente para accionar el estabilizador horizontal y hacia los lados para accionar la aleta.

La grabadora de voz de la cabina del avión, el registrador de datos de vuelo y el transmisor de localización de emergencia (ELT) a menudo están ubicados en el empenaje, porque la parte trasera del avión proporciona una mejor protección para estos en la mayoría de los accidentes aéreos.

Recortar

En algunos aviones se proporcionan dispositivos de compensación para eliminar la necesidad de que el piloto mantenga una presión constante en los controles del timón o del elevador.

El dispositivo de recorte puede ser:

• una pestaña de borde en la parte trasera de los ascensores o timón que actúan para cambiar la carga aerodinámica en la superficie. Generalmente controlado por una rueda de la cabina o una manivela.
• un estabilizador ajustable en el que el estabilizador puede ser amontonado en su espaciado y ajustablemente golpeó unos pocos grados en incidencia arriba o abajo. Normalmente controlado por una manivela de la cabina.
• un sistema de bordes de bungee que utiliza un resorte para proporcionar un precarga ajustable en los controles. Generalmente controlado por una palanca de la cabina.
• una pestaña anti-servo usada para recortar algunos ascensores y estabilizadores, así como una mayor sensación de fuerza de control. Generalmente controlado por una rueda de la cabina o una manivela.
• una pestaña servo utilizada para mover la superficie de control principal, así como actuar como una pestaña de borde. Generalmente controlado por una rueda de la cabina o una manivela.

Los aviones multimotor suelen tener pestañas de ajuste en el timón para reducir el esfuerzo del piloto necesario para mantener el avión recto en situaciones de empuje asimétrico, como operaciones con un solo motor.

Configuraciones de cola

Los diseños de empenaje de aeronaves se pueden clasificar en términos generales según las configuraciones de las aletas y el plano de cola.

Las formas generales de las superficies individuales de la cola (planos de cola, perfiles de aletas) son similares a las formas de las alas.

Planos de cola

El plano de cola comprende el estabilizador horizontal fijo montado en la cola y el elevador móvil. Además de su forma en planta, se caracteriza por:

• Configuración – sin cola o canard.
• Ubicación del plano – montado alto, medio o bajo en el fuselaje, aletas o bujes de cola.
• Superficies de ascensor fijas y móviles, o un solo estabilizador combinado o "[toda] cola de vuelo". (General Dynamics F-111 Aardvark)

Algunas ubicaciones han recibido nombres especiales:

• Cola cruciforme– Los estabilizadores horizontales se colocan a mitad del estabilizador vertical, dando la apariencia de una cruz cuando se ve desde el frente. Las colas cruciformes se utilizan a menudo para mantener los estabilizadores horizontales fuera de la vela del motor, evitando al mismo tiempo muchas de las desventajas de una cola T. Ejemplos incluyen el Hawker Sea Hawk y Douglas A-4 Skyhawk.
• T-tail– El estabilizador horizontal se monta en la parte superior de la aleta, creando una forma "T" cuando se ve desde el frente. T-tails mantiene a los estabilizadores fuera de la vela del motor, y da mejor control de lanzamiento. Los T-tails tienen una buena relación de deslizamiento, y son más eficientes en aviones de baja velocidad. Sin embargo, el T-tail tiene varias desventajas. Es más probable que entre en un establo profundo, y es más difícil recuperarse de una vuelta. Por esta razón un pequeño estabilizador secundario o sa-let puede ser instalado abajo donde estará en aire libre cuando el avión esté estancado. Un T-tail debe ser más fuerte, y por lo tanto más pesado que una cola convencional. T-tails también tienden a tener una sección de radar más grande. Ejemplos incluyen el Gloster Javelin y McDonnell Douglas DC-9.

Fuselaje montado

Cruciform

T-tail

Flying tailplane

Aletas

La aleta comprende el estabilizador vertical fijo y el timón. Además de su perfil, se caracteriza por:

• Número de aletas – generalmente uno o dos.
• Ubicación de las aletas - en el fuselaje (sobre o debajo), plano de cola, bucles de cola o alas

Se pueden montar aletas gemelas en varios puntos:

• Doble cola Una cola gemela, también llamada H-tail, consta de dos pequeños estabilizadores verticales en cada lado del estabilizador horizontal. Ejemplos son el Antonov An-225 Mriya, B-25 Mitchell, Avro Lancaster y ERCO Ercoupe.
• Doble boom Un boom gemelo tiene dos fuselages o booms, con un estabilizador vertical en cada uno, y un estabilizador horizontal entre ellos. Ejemplos incluyen el Rayo P-38, el Vampiro de Havilland, el Vampiro Sadler y Edgley Optica.
• Montaje como en la F7U Cutlass o en las puntas del ala como en el Handley Page Manx y Rutan Long-EZ

Tailplane montado

Doble cola boom

Montaje

Las configuraciones de aletas inusuales incluyen:

• Sin aleta– como en el McDonnell Douglas X-36. Esta configuración a veces se conoce incorrectamente como "sin cola".
• Múltiples aletas– ejemplos incluyen la Constelación de Lockheed (tres), Bellanca 14-13 (tres), y el Grumman de Northrop E-2 Hawkeye (cuatro).
• Ventral fin- debajo del fuselaje. A menudo se utiliza además de una aleta convencional como en el (North American X-15 y Dornier Do 335).

Aletas triples

Ventral fin

Colas V, Y y X

Los diseños de cola en V y cola en X proporcionan una alternativa al enfoque de aleta y plano de cola. Aquí, las superficies de la cola están dispuestas en ángulos diagonales, y cada superficie contribuye tanto al cabeceo como a la guiñada. Las superficies de control, a veces llamadas timón, actúan de manera diferencial para proporcionar control de guiñada (en lugar del timón) y actúan juntas para proporcionar control de cabeceo (en lugar del timón).

• V cola: Un V-tail puede ser más ligero que una cola convencional en algunas situaciones y producir menos arrastre, como en el entrenador Fouga Magister, Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk RPV y X-37 naves espaciales. Un V-tail también puede tener una firma de radar más pequeña. Otros aviones con cola V incluyen el modelo Beechcraft 35 Bonanza, y Davis DA-2. Una ligera modificación de la cola V se puede encontrar en el Waiex y Monnett Moni llamado Y-tail.
• La cola V invertida:El Predator no tripulado utiliza un V-tail invertido como lo hacen el Lazair y Mini-IMP.
• Y cola: Una cola V con una aleta vertical inferior (generalmente utilizada para proteger una hélice de popa), como LearAvia Lear Fan
• X cola: El Lockheed XFV contó con una cola "X", que fue reforzado y equipado con una rueda en cada superficie para que la nave pudiera sentarse en su cola y despegar y aterrizar verticalmente.

V-tail

V-tail invertido

X-tail

Cola exterior

Una cola exterior está dividida en dos, con cada mitad montada en un brazo corto justo detrás y fuera de cada punta de ala. Comprende estabilizadores horizontales externos (OHS) y puede incluir o no estabilizadores verticales (aletas) adicionales montados en la pluma. En esta posición, las superficies de la cola interactúan constructivamente con los vórtices de las puntas del ala y, con un diseño cuidadoso, pueden reducir significativamente la resistencia para mejorar la eficiencia, sin aumentar indebidamente las cargas estructurales del ala.

La configuración fue desarrollada por primera vez durante la Segunda Guerra Mundial por Richard Vogt y George Haag en Blohm & Voss. El Skoda-Kauba SL6 probó el sistema de control propuesto en 1944 y, tras varias propuestas de diseño, se recibió un pedido para el Blohm & Voss P 215 pocas semanas antes de que terminara la guerra. La cola exterior reapareció en Scaled Composites SpaceShipOne en 2003 y SpaceShipTwo en 2010.

Aviones sin cola

Un avión sin cola (a menudo sin cola) tradicionalmente tiene todas sus superficies de control horizontales en la superficie del ala principal. No tiene estabilizador horizontal, ni plano de cola ni plano delantero canard (tampoco tiene una segunda ala en disposición tándem). Un "sin cola" El tipo normalmente todavía tiene una aleta estabilizadora vertical (estabilizador vertical) y una superficie de control (timón). Sin embargo, la NASA adoptó el sistema "sin cola" Descripción del novedoso avión de investigación X-36 que tiene un plano delantero canard pero no una aleta vertical.

La configuración sin cola de mayor éxito ha sido la delta sin cola, especialmente para aviones de combate.