A estabilidade de um aeródino é sua capacidade de retornar ao seu estado inicial de equilíbrio quando foi removido dele.
A estabilidade de um aeródino é sua capacidade de retornar ao seu estado inicial (ou estado de equilíbrio) quando este estado inicial foi modificado pelo piloto ou por um agente externo (sustentação, turbulência ):
O retorno ao equilíbrio inicial requer o fornecimento de um momento , ou seja, uma força atuando com um braço de alavanca (no modelo da estabilização do dardo e da flecha em arco):
É a estabilidade dos movimentos de um avião em seu plano de simetria (plano axial vertical). A estabilidade de inclinação é a capacidade do avião de manter seu ângulo de ataque para uma determinada velocidade (o ângulo de ataque se refere ao ângulo entre o eixo do avião e o vento relativo).
Qualquer que seja a configuração das superfícies de apoio (clássico ou tandem), a estabilidade do passo é garantida por:
É a estabilidade de um avião em movimento fora de seu plano de simetria (plano axial vertical). Existem então três tipos de movimentos: rotação de guinada, rotação de rolo e translação lateral.
A unidade da cauda sendo colocada na parte traseira por definição:
Quando um movimento da massa de ar altera a posição do avião, podemos ter dois tipos de correções:
Em condições turbulentas, quanto mais estável a aeronave (estabilidade passiva), mais ela reage às perturbações e menos confortável fica. Em aeronaves de transporte comercial, como o Airbus , a estabilização ativa é um elemento essencial do conforto durante o vôo.
A estabilização passiva da inclinação induz um arrasto adicional conhecido como “arrasto de equilíbrio”. O centro de gravidade (CG) estando na frente do centro de sustentação, a cauda é spoiler (ela empurra para baixo). Isso aumenta o arrasto induzido (pela sustentação) da asa, uma vez que deve compensar essa força descendente além do peso da aeronave. Além disso, esta asa precisa ser um pouco maior, mais pesada, etc. .
A estabilização de passo ativa permite que o centro de gravidade seja movido para trás, sendo o estabilizador capaz de suportar levemente a carga em vôo. Nas aeronaves A310-300 equipadas com tanque traseiro (colocado no estabilizador horizontal), o CG recua em voo e o combustível adicional permite aumentar o alcance em 16% em relação ao modelo não A310-200 equipado. com tanque traseiro.
As aeronaves de combate ou acrobacias são projetadas para serem muito instáveis (pouca ou nenhuma estabilidade passiva), o que aumenta sua capacidade de manobra em evolução (a estabilização passiva se oporia à evolução das ordens dos pilotos). Como resultado, esses aeródinos devem ser ativamente estabilizados (para cruzeiro).
A estabilidade do passo e a manutenção da altitude são fornecidas pelo diferencial nas inclinações de sustentação e no posicionamento vertical das duas superfícies.
A estabilidade do passo é assegurada pela diferença nas inclinações de sustentação das duas superfícies, obtida pela diferença na carga alar , relação de aspecto efetiva, perfil usado e número de Reynolds dos dois planos de apoio.
A estabilidade da guinada é mais frequentemente garantida por aletas colocadas na extremidade da asa ou ( winglets ). Para obter alavancagem suficiente (bolinas traseiras), a asa geralmente é levantada.
A posição geralmente retraída da hélice é um elemento estabilizador de inclinação e guinada.
A estabilidade do passo é garantida pela escolha de um perfil de suporte de carga não desestabilizador (com um coeficiente de momento do passo positivo Cm ). O vôo em velocidade supersônica modifica o momento de inclinação da asa: o Concorde variava seu centro de gravidade durante o vôo.
A estabilidade da guinada é convencionalmente assegurada pela barbatana .
A estabilidade de guinada passiva geralmente é fornecida pelas pontas das asas. Quando esses desvios são removidos (para reduzir a assinatura do radar), a estabilidade da guinada é obtida por estabilidade ativa (artificial): arrasto diferencial de freio a ar (AF) ou empuxo diferencial se a velocidade for muito baixa para o AF são eficazes.
A estabilidade do rolamento em uma curva depende do acoplamento com a estabilidade da guinada. O arrasto diferencial do aileron ao entrar em uma curva é acompanhado por um momento de guinada reverso que é difícil de compensar pela baixa estabilidade de guinada. É desejável obter o rolo com sistemas que não gerem guinada reversa ( spoiler ).
A estabilidade do passo é reduzida pela ausência de cauda. Perfis de suporte de carga usuais têm um coeficiente de momento de passo negativo desestabilizador, que deve então ser equilibrado por:
Como as estabilidades em todos os eixos são baixas, é particularmente necessário limitar os efeitos desestabilizadores da propulsão em pitch e yaw (efeitos de explosão, deslocamento vertical entre o eixo de tração e o centro de arrasto, assimetria em caso de falha de uma lateral motor).
O helicóptero é instável em pitch and roll, mas a alta inércia das massas giratórias ( rotor principal , rotor de cauda) e a presença de superfícies estabilizadoras ( desvios de profundidade e direção ) tornam essa instabilidade (diferença de velocidade) suficientemente baixa para ser compatível com pilotagem.
Em guinada e inclinação, os dirigíveis podem ser estabilizados passivamente pela instalação de uma unidade de cauda com área de superfície suficiente, a última recuando suficientemente os centros de sustentação para trás do centro de massa (no modelo do dardo ou da flecha em arco). No entanto, a experiência mostra que a adição de uma certa estabilidade "ativa" (controlada pelo piloto através dos lemes de cauda) permite uma redução nas superfícies desta unidade de cauda (e, portanto, no arrasto de atrito e no peso.).
A estabilidade dos foguetes, na parte atmosférica de sua trajetória, é assegurada tanto passivamente por uma cauda de tamanho suficiente (no modelo da flecha ou do dardo - esta solução sendo geralmente a de foguetes amadores), ou ativamente, por uma rápida orientação do impulso do motor.
As cápsulas espaciais tripuladas, em sua trajetória de vôo de retorno, devem ser suficientemente estáveis, caso contrário sua tripulação (já sujeita a uma desaceleração muito forte) será morta rolando em todas as direções. Sua estabilidade é geralmente passiva (ainda no modelo da flecha de arco ou dardo), seu centro de sustentação estando suficientemente atrás de seu centro de massa. Na primeira nave tripulada da história da humanidade, a esférica Vostok 1 de Yuri Gagarin , o centro de sustentação estava no centro geométrico da esfera: era, portanto, o centro das massas que foi deportado para a frente pelo posicionamento do técnico mais pesado componentes. Em cápsulas posteriores ( Mercúrio , Apollo e a atual Soyuz ), o uso de um escudo térmico de calota esférica muda fortemente seu centro de sustentação para a parte traseira do navio (o centro de sustentação de uma calota esférica é seu centro geométrico). o centro da esfera completa). Escudos térmicos de cone cego também podem ser usados (como na nave Stardust não tripulada ).
Em certos pontos de seu caminho de retorno à atmosfera, o ônibus espacial dos EUA era passivamente instável e, portanto, precisava ser ativamente pilotado por pequenos motores de foguete de atitude.
Quando o procedimento de resgate é acionado (este procedimento visa evacuar a tripulação de um foguete de cima, utilizando uma torre de resgate em caso de perigo de explosão do referido foguete), certas espaçonaves (cápsula, mais compartimento de máquinas e instrumentos) acontecem ser passivamente instável, como o pacote de resgate Soyuz. Este então desdobra em sua parte traseira quatro painéis celulares adequados para estabilizá-lo (painéis visíveis - dobrados - na imagem ao lado).
O exemplo da estabilidade das cápsulas Apollo (ou outras) durante sua reentrada atmosférica é fácil de entender se considerarmos que a resultante das forças de pressão exercidas sobre seu escudo térmico (em forma de capa esférica) está necessariamente no centro geométrico da dita capa esférica (isto é, o centro da esfera completa). Este centro de levantamento estando claramente atrás do centro de massa, a estabilidade da máquina é facilmente adquirida. Isso pode ser facilmente experimentado observando-se a queda de uma tampa esférica de espuma de poliestireno (possivelmente um hemisfério) ou mesmo um guarda-chuva cuja tela adota uma forma bastante próxima a uma tampa esférica (abandonando-a à gravidade).
Da mesma forma, é fácil fazer cones de papel abertos o suficiente (no modelo dos chapéus chineses) para verificar a estabilidade de sua queda.
O vídeo ao lado mostra que um guarda-chuva (cujo formato é próximo a uma tampa esférica) é estável em um vento forte quando é articulado quase no final de sua alça (tiras de tecido indicam a direção do vento local) (veja esta foto do experimento ). Poderíamos esperar que este guarda-chuva girasse como um paraquedas, mas seu centro de sustentação estando ligeiramente atrás do eixo de rotação, é, pelo contrário, muito estável nesta posição de "asa à frente" ...
Uma das deficiências da cápsula Apollo é que ela só garante sua estabilidade se for apresentada na direção certa, ou seja, "escudo térmico na frente" (a cápsula também é estável quando apresentada "escudo térmico atrás"). Deste ponto de vista, parece que a atual cápsula russa Soyuz, com sua forma de farol de um carro antigo, não consegue estabilizar o "escudo térmico traseiro".
“A velocidade desses veículos é obviamente baixa em comparação com sua massa, o que significa que seu número de Froude é comparativamente baixo. Consequentemente, os distúrbios de sua trajetória ocorrem com uma velocidade angular suficientemente lenta para que uma correção manual ou automática possa se opor a eles. […] Embora seja possível tornar [uma aeronave] estável aumentando o tamanho de sua empenagem, concluiu-se rapidamente que esta estabilização [passiva] não poderia ser "paga" (uma empenagem maior adicionando arrasto e peso). "
Hoerner também observa que em um dirigível, na prática, seu piloto pode manter o curso usando orientações dos flaps de cauda de mais ou menos 4 °.