Plano de cola

El estabilizador horizontal es la superficie horizontal fija del empennage

Un tailplane, también conocido como estabilizador horizontal, es una pequeña superficie de sustentación ubicada en la cola (empenaje) detrás de las principales superficies de sustentación de un avión de ala fija. así como otras aeronaves de ala no fija como helicópteros y autogiros. No todos los aviones de ala fija tienen planos de cola. Los aviones Canards, sin cola y de ala voladora no tienen un plano de cola separado, mientras que en los aviones con cola en V, el estabilizador vertical, el timón y el plano de cola y el elevador se combinan para formar dos superficies diagonales en un diseño en V.

La función del plano de cola es proporcionar estabilidad y control. En particular, el plano de cola ayuda a ajustar los cambios en la posición del centro de presión o centro de gravedad causados por cambios en la velocidad y actitud, consumo de combustible o caída de carga o carga útil.

Tipos de plano 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:

• Número de planos - de 0 (sin cola o canario) a 3 (Roe triplane)
• Ubicación del plano de cola - montado alto, medio o bajo en el fuselaje, aleta o bucles de cola.
• Estabilizador fijo y superficies de ascensor móvil; estabilizador móvil y ascensor móvil (por ejemplo, Boeing 737); o un solo estabilizador combinado (por ejemplo, Dinámica General F-111 Aardvark)

Algunas ubicaciones recibieron nombres especiales:

• Cruciform: de montaje medio en la aleta (Hawker Sea Hawk, Sud Aviation Caravelle)
• T-tail: alto montado en la aleta (Gloster Javelin, Boeing 727)

Fuselaje montado

Cruciform

T-tail

Flying tailplane

Estabilidad

Tailplane (en sombra) de un fácilJet Airbus A319

Un ala con un perfil aerodinámico convencional contribuye negativamente a la estabilidad longitudinal. Esto significa que cualquier perturbación (como una ráfaga) que levanta el morro produce un momento de cabeceo con el morro hacia arriba que tiende a elevar aún más el morro. Con la misma perturbación, la presencia de un plano de cola produce un momento de cabeceo restaurador con el morro hacia abajo, que puede contrarrestar la inestabilidad natural del ala y hacer que la aeronave sea longitudinalmente estable (de la misma manera que una veleta siempre apunta hacia el viento).

La estabilidad longitudinal de una aeronave puede cambiar cuando se vuela "sin intervención"; es decir, cuando los controles de vuelo están sujetos a fuerzas aerodinámicas pero no a fuerzas de entrada del piloto.

Amortiguación

Además de brindar una fuerza de restauración (que por sí sola causaría un movimiento oscilatorio), un plano de cola brinda amortiguación. Esto es causado por el viento relativo visto por la cola cuando el avión gira alrededor del centro de gravedad. Por ejemplo, cuando la aeronave está oscilando, pero momentáneamente está alineada con el movimiento general del vehículo, el plano de cola sigue viendo un viento relativo que se opone a la oscilación.

Ascensor

Dependiendo del diseño de la aeronave y el régimen de vuelo, su plano de cola puede generar sustentación positiva o negativa (fuerza aerodinámica). A veces se supone que en un avión estable esto siempre será una fuerza aerodinámica neta, pero esto no es cierto.

En algunos diseños pioneros, como el Bleriot XI, el centro de gravedad estaba entre el punto neutral y el plano de cola, que también proporcionaba sustentación positiva. Sin embargo, esta disposición puede ser inestable y estos diseños a menudo presentaban graves problemas de manipulación. Los requisitos de estabilidad no se entendieron hasta poco antes de la Primera Guerra Mundial, la era en la que el biplano ligero británico Bristol Scout se diseñó para uso civil, con una cola de elevación aerodinámica a lo largo de su producción hasta los primeros años de la Primera Guerra Mundial y el servicio militar británico. de 1914 a 1916, cuando se dio cuenta de que mover el centro de gravedad más hacia adelante permitía el uso de un plano de cola sin sustentación en el que la sustentación no es nominalmente ni positiva ni negativa sino cero, lo que conduce a un comportamiento más estable. Los ejemplos posteriores de aviones de la Primera Guerra Mundial y en adelante en los años de entreguerras que tenían planos de cola de elevación positiva incluyen, cronológicamente, el Sopwith Camel, el Spirit of St. Louis de Charles Lindbergh, el Gee Bee Model R Racer, todos aviones con un reputación de ser difícil de volar, y el biplano de entrenamiento canadiense de dos asientos Fleet Finch, más fácil de volar, que posee una unidad de plano de cola aerodinámico de fondo plano no muy diferente del anterior Bristol Scout. Pero con cuidado, un plano de cola elevable puede estabilizarse. Un ejemplo lo proporciona el interceptor propulsado por cohete Bachem Ba 349 Natter VTOL, que tenía una cola de elevación y era estable y controlable en vuelo.

Algunos aviones y modos de vuelo pueden requerir que el plano de cola genere una carga aerodinámica sustancial. Esto es especialmente cierto cuando se vuela lentamente y con un ángulo de ataque alto (AoA). En algunos tipos, la demanda en este modo de vuelo ha sido tan extrema que ha provocado que el plano de cola se detenga. En el Gloster Meteor T.7, las turbulencias podrían provocar una entrada en pérdida cuando se desplegaran los frenos de aire. En el McDonnell Douglas F-4 Phantom II, ocurrió inicialmente durante la aproximación de despegue y aterrizaje, y los listones de borde de ataque se colocaron al revés en el plano de cola para mantener un flujo de aire suave y la fuerza aerodinámica 'ascensor'. en AoA alto. El entrenador Pilatus P-3 requirió una quilla ventral para curar un efecto similar cuando giraba, mientras que el McDonnell Douglas T-45 Goshawk sufrió un exceso de corriente descendente del ala cuando se desplegaron los flaps, lo que requirió un pequeño 'SMURF'. superficie fijada al fuselaje, de manera que se alinee con la base del borde de ataque del estabilizador en el ángulo crítico.

Estabilidad activa

El uso de una computadora para controlar el elevador permite volar aeronaves aerodinámicamente inestables de la misma manera.

Los aviones como el F-16 vuelan con estabilidad artificial. La ventaja de esto es una reducción significativa en la resistencia causada por el plano de cola y una maniobrabilidad mejorada.

Mach Tuck

A velocidades transónicas, una aeronave puede experimentar un desplazamiento hacia atrás en el centro de presión debido a la acumulación y el movimiento de las ondas de choque. Esto provoca un momento de cabeceo con el morro hacia abajo llamado Mach tuck. Es posible que se necesite una fuerza de ajuste significativa para mantener el equilibrio, y esto se proporciona con mayor frecuencia utilizando todo el plano de cola en forma de estabilizador o plano de cola totalmente volador.

Control

Un plano de cola suele tener algunos medios que permiten al piloto controlar la cantidad de sustentación producida por el plano de cola. Esto, a su vez, provoca un momento de cabeceo con el morro hacia arriba o hacia abajo en la aeronave, que se utiliza para controlar el cabeceo de la aeronave.

Elevador: un plano de cola convencional normalmente tiene una superficie trasera con bisagras llamada elevador,

Estabilizador o cola móvil: en el vuelo transónico, las ondas de choque generadas por la parte delantera del plano de cola inutilizan cualquier elevador. Los británicos desarrollaron una cola en movimiento para el Miles M.52, pero primero vieron un vuelo transónico real en el Bell X-1; Bell Aircraft Corporation había incluido un dispositivo de ajuste del elevador que podía alterar el ángulo de ataque de todo el plano de cola. Esto salvó al programa de una costosa y lenta reconstrucción de la aeronave.

Los aviones transónicos y supersónicos ahora tienen planos de cola que se mueven por completo para contrarrestar el pliegue de Mach y mantener la maniobrabilidad cuando vuelan más rápido que el número de Mach crítico. Normalmente llamado estabilizador, esta configuración a menudo se denomina "todo en movimiento" o "todo volador" plano de cola