Cauda

A unidade de cauda é um conjunto de planos fixos e móveis que fornecem estabilidade e controle de inclinação (profundidade) e guinada (direção) de uma aeronave.
Historicamente, a primeira empenagem inventada pelo homem é aquela que estabiliza a flecha de arco (a palavra empenagem vem de penne que significa "pena grande"); na verdade, sem a cauda, ​​a flecha tende a atrapalhar sua trajetória, o que limita severamente seu alcance e, portanto, sua eficácia. (imagem do dardo ao lado)

Composição e operação

A cauda convencional é composta por um conjunto de aerofólios posicionados para ter pouca ou nenhuma incidência quando a aeronave está em vôo de cruzeiro estável. Em caso de perturbação deste equilíbrio, o ângulo de incidência induzido pelo movimento cria uma força e, portanto, um momento em torno do centro de massas que traz a aeronave de volta à posição neutra. Para aumentar o momento, as superfícies de apoio da unidade da cauda ficam o mais longe possível do centro das massas e, na maioria das vezes, localizadas na cauda da fuselagem. O tamanho desses elementos é condicionado pela presença de fatores desestabilizadores (falha de um motor para aeronaves com múltiplos motores, alta sobrelevação , grande faixa do centro de gravidade ) e pelo grau de estabilidade buscado. A superfície da cauda é relativamente grande para uma aeronave de transporte de passageiros; relativamente baixo para um avião de caça, de modo a não prejudicar a manobrabilidade da aeronave.

A guinada estabilizadora é obtida por uma superfície vertical, denominada estabilizador vertical ou deriva .

A estabilização do pitch é obtida por uma superfície horizontal, chamada de estabilizador horizontal. Como o equilíbrio da aeronave pode ser modificado em função da carga e do consumo de combustível, esta superfície horizontal possui uma parte móvel (leme), ou é totalmente móvel, de forma a garantir um momento de compensação. Em vôo estabilizado, o ângulo de ataque pode ser ligeiramente positivo ou negativo para manter a aeronave na horizontal.

Cada uma dessas superfícies também tem partes móveis para modificar voluntariamente o equilíbrio da guinada, o leme para o controle da curva, e o equilíbrio na inclinação, o profundor para o controle da subida ou descida.

Além dos arranjos "clássicos", também encontramos:

Cauda vertical

Deriva única

O estabilizador vertical geralmente consiste em uma parte fixa e uma parte móvel:

Existem estabilizadores verticais "inteiros" (toda a superfície gira); este arranjo é encontrado em aeronaves leves (Jodel, Luciole, Volksplane).

Multi-drift

A cauda vertical pode ser dupla ou tripla em algumas aeronaves, geralmente multimotores com hélices.

As aeronaves de viga dupla como o Lockheed P-38 são geralmente bidérivas. O alongamento efetivo do estabilizador horizontal é aumentado pelo efeito da placa final das aletas. Ele também desempenha um papel estrutural ao unir as duas vigas.

A aeronave stealth para uso militar como Lockheed Martin F-22 Raptor (EUA), Sukhoi T-50 (PAK-FA) (Rússia) ou Chengdu J-20 (China) cauda dupla diagonal. No J-20 chinês, eles são compostos por uma única peça totalmente móvel e giram em torno de um eixo central.

Cauda horizontal

O estabilizador horizontal geralmente consiste em uma parte horizontal que pode ter várias variantes:

Tipos de cauda

Cauda em T

O plano de profundidade pode ser montado no topo da aleta:

Exemplos: Douglas DC-9 , Vickers VC-10 , Xian Y-20 ...

Cauda em V

Em alguns modelos, a cauda é composta por duas partes oblíquas, criando uma cauda de “borboleta”.

Exemplos: Fouga Magister , Beech V-35 , Robin ATL …

Cauda "pelikan"

Esta cauda experimental foi projetada por Ralph Pelikan, engenheiro da McDonnell .

É composto por duas superfícies horizontais estendidas por unidades de cauda inclinadas para fora que permitem, como no caso de uma unidade de cauda em V, o controle de guinada e de inclinação simultânea ou independente.

Este tipo de empenagem foi originalmente escolhido pela Boeing para equipar o X-32 .

Outros móbiles com empenagem

Dirigíveis

Como um corpo com menos arrasto (em um determinado volume), os dirigíveis também apresentam problemas de estabilidade aerodinâmica (seu centro lateral de sustentação fica na frente de seu nariz, portanto, muito à frente de seu centro de massa). Em seu livro Drag , SF Hoerner indica que a estabilização passiva de dirigíveis por empenagens imporia superfícies muito grandes de empenagens. Para tal estabilização passiva, portanto, prefere-se que a estabilização ativa seja obtida por meio da deflexão das superfícies de controle pelo piloto, sendo esta pilotagem efetiva, na prática, com ângulos de controle das superfícies de controle menores que 5 °.

Submarinos

Os submarinos sofrem dos mesmos problemas de estabilidade que os dirigíveis. Os grandes engenheiros militares Gustave Zédé e Henri Dupuy de Lôme concluem juntos que, para a estabilidade das estradas (em inclinação e guinada), os dirigíveis e submarinos devem ser dotados de empenagens. Prova disso é o submarino elétrico Gymnote , lançado em 1888.

Em submarinos militares, entretanto, a necessidade de reduzir o eco do sonar retornado por essas empenagens necessariamente limita sua área ao mínimo.

Barcos rápidos

A extrema velocidade de certos barcos de competição (que são veículos meio aquáticos, meio aéreos) os torna aerodinamicamente instáveis; se o casco se afasta muito do corpo d'água, ele se comporta como uma asa de avião na decolagem, de modo que seus fabricantes devem adotar, para estabilizá-los, estabilizadores horizontais e verticais (veja foto à direita).

Aeronave sem cauda

Algumas aeronaves não possuem empenagem:

Asa voadora pura (sem estabilizador nem horizontal nem vertical) As funções de estabilização e leme nos eixos de rotação e guinada são transferidas para a asa, cuja forma plana, perfis de suporte de carga e leme são modificados em conformidade. Tipo de pêndulo de asa livre Esses dispositivos (chamados de asa delta ) possuem uma flecha forte, bem como uma pequena bolsa na quilha que atua como um estabilizador. desenvolver. Foguetes Se os entusiastas de foguetes têm cauda (geralmente Phillips, isto é, arranjada + ou x, veja a imagem acima contras), os foguetes lançando satélites (foguetes de agências estaduais, freqüentemente) freqüentemente não exibem nenhuma cauda. Como tais dispositivos são aerodinamicamente instáveis , sua estabilização e controle de sua trajetória são garantidos pela rápida orientação do empuxo de seus motores (bicos direcionáveis ​​ou motores direcionais com empuxo vetorial ). Historicamente, as quatro pequenas aletas de cauda do foguete lunar Saturno V estavam lá apenas para desacelerar a guinada que teria necessariamente seguido uma falha total dos motores do primeiro estágio. O objetivo dessa desaceleração do tosamento era apenas prolongar o tempo necessário para tomar a decisão de abandonar a missão (e resgatar a tripulação acionando a torre de resgate ). Um dispositivo equivalente existia no foguete lunar N1 soviético, na forma de uma unidade de cauda de quatro painéis celulares .

Aviões sem estabilizador horizontal

Alguns aviões não têm cauda horizontal:

Asa voadora Com uma barbatana de fuselagem axial (asa direita) ou então duas barbatanas colocadas na extremidade da asa (asa varrida); Asas delta Em aviões de asa delta sem cauda, ​​o profundor é integrado à asa e é chamado de profundor. Se também cumpre a função de aileron (mistura das superfícies de controle), é denominado elevon  ; Aviões pato Alguns aviões têm um plano canard localizado na frente, que não é uma cauda, ​​mas uma asa a favor do vento. A função de elevador pode ser cumprida por uma aba colocada no avião de pato, mas é na verdade a asa traseira que desempenha o papel de estabilizador estabilizador.

Planos de "três superfícies"

O Piaggio P180 Avanti é uma aeronave convencional (cauda traseira) também apresentando um avião canard na frente. Tais configurações são chamadas de três superfícies (devemos adicionar a elas o par de asas principais).

Material e decoração das unidades da cauda

Os planos podem ser individualizados por gráficos particulares, em particular nas superfícies verticais das unidades da cauda.

Falha em voo

Falhas na cauda vertical levaram à perda de controle e ao acidente:

Notas e referências

Notas

  1. Por exemplo, no modelo de dardos.
  2. Pilotagem é o termo utilizado no domínio dos foguetes para designar as ações destinadas a controlar a sua instabilidade aerodinâmica.
  3. Em caso de excesso, a máquina entra em um loop aéreo que termina em uma colisão muitas vezes dramática.

Referências

  1. Definições lexicográficas e etimológicas de "empenagem" (significando B) do tesouro informatizado de língua francesa , no site do Centro Nacional de Recursos Textuais e Lexicais .
  2. (em) Evan Hadingham, "  Winner Take All (Todas as unhas roendo, suposições e brilho de engenharia na batalha para construir o JSF melhor.)  " , Revista Air & Space , Smithsonian Institution ,1 ° de janeiro de 2003, p.  2 e 3 ( ler online , consultado em 5 de maio de 2008 ).
  3. Hoerner 1965 .
  4. Hoerner 1992 .
  5. SF Hoerner e HV Borst 1985 , p.  19-24.
  6. P. 48 e 49 de A enciclopédia dos submarinos franceses, nascimento de uma nova arma, Éditions SPE Barthélémy

Apêndices

Bibliografia

Artigos relacionados