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Diseño de la cola del avión - Relación con tensión
en las líneas de control.
Por Chris Lella - Traducción Jocsan Diaz Lopez

Obtener la tensión adecuada en la líneas de mando puede ser una tarea que nos deje perplejos. Mantener una coherencia de avión a avión, de diseño en diseño, puede ser difícil de encontrar.

Yo he pensado frecuentemente sobre una solución final para los problemas en la tensión de las líneas de control, una configuración que sea tan intrínseca como lo es el diseño de los flaps para los modelos de acrobacia. Pero, espere un momento. ¿Al Rabe no resolvió esto acoplando el elevador a un timón de dirección con bisagras de forma tal que este trabajara tal y como Henry Thomas y Bob Palmer hicieron con los flaps durantes machismos años? De alguna forma el mundo no estaba convencido pues la solución de Rabe nunca trabajó. Usted se preguntará, ¿por qué?

Pensemos.

En la década cuando Rabe estuvo ganando los tres campeonatos nacionales y colocándose en lo máximo de otras 6 veces, otros no adaptaron este mecanismo. Pero con seguridad algunos de ellos obtuvieron resultados sin este elemento, ganando con ejecución y maneras de vuelo bastante memorables. Muchos de estos campeones fueron adeptos al "stick" y mucho de nosotros somos testigos de las capacidades de sus maquinas.

Elevador asimétrico / abertura en la superficie vertical

Esta es una simple configuración de elevador el cual produce un ángulo de desviación solo en conjunto con la deflexión del mismo (ver figura 1)

La idea en mantener desigual la distancia entre la raíz de la cuerda del elevador y la superficie vertical, específicamente, más espacio sobre la parte interna, menos espacio en la parte externa. Esto evita las fallas del conjunto elevador/fuselaje. La abertura apropiada que fue usada es como sigue: En el modelo "A", la abertura en la aparte exterior fue de 1/16" mientras que la interior fue de 5/16", en el modelo "B", la abertura en el exterior fue de 1/16" y la interior de 3/16". (La configuración de la cola para el modelo "A" y "B" fueron similares a las vista en las figuras 1 y 2)

Las dos variantes mostraron favorable características de tensión en las líneas en maniobras exteriores pero el modelo "A" tuvo mayor tensión. Esto concuerda con la teoría. Sin embargo, como hubo otras diferencias en otros aspectos del diseño, y sin variaciones en el espaciado fueron observadas en cada modelo, verdaderamente no se puede llegar a conclusiones empíricas sin tener en cuenta las diferencias en la tensión de la línea. Yo estaré acortando el ancho del elevador de forma tal de incrementar la abertura en el modelo B en un esfuerzo por obtener mayor tensión durante las maniobras y poder observar otras características pero por ahora no hay otras observaciones ha realizar para optimizar. En estos momentos no puedo hacer nada con el Modelo "A" porque éste descansa en paz debido a una rotura en los cables.

En teoría esto es lo que pasa aerodinámicamente:

Cuando se le da manija hacia abajo, el flujo de aire que pasa cerca y paralelo al fuselaje por su parte exterior del estabilizador/elevador es disminuido, mientras que el mismo flujo de aire pero por la parte interna de la misma área es disminuido pero en menor grado creando un desbalance en la presión; específicamente, mayor presión en la parte exterior. Esto produce un movimiento hacia adentro de la cola y por tanto una desviación hacia fuera.

El mismo efecto puede ser producido dando manija hacia arriba durante maniobras internas dependiendo de la abertura entre la cuerda del elevador y el timón de dirección. Esto es eventualmente producido por la proximidad de la superficie vertical (fuselaje y/o timón de dirección) del elevador. Sin embargo, esto pudiera no ser deseado porque las maniobrar interiores están acompañadas de mayor tensión lo cual es causado por otros intrínsecos y dinámicos desbalances tales como la presión giroscópica, diferencias en la velocidad del aire durante maniobras internas contra maniobras externas y posibles cambios de dirección debido a arrastres desiguales producidos por los flaps. En un mundo perfecto, por supuesto, tendríamos igual tensión en ambos tipos de maniobras, pudiendo predecir los cambios dinámicos del avión, requiriendo menos trabajo para el piloto y resultando en fidelidad del comportamiento de ambos, el avión y el piloto.

Un vistazo a la figura 2 nos demuestra cómo la asimetría del timón de profundidad produce una abertura y esta es usada en conjunto a con la configuración estándar de cola para producir desviaciones durantes maniobras externas y en menor grado o ninguna desviación durante las maniobras internas. El espacio entre el elevador y el timón de dirección es mucho más amplio durante los movimientos hacia arriba del elevador, restringiendo el flujo de aire en un menor grado y permitiendo un equilibrio en la presión interna/externa.

La figura 3 demuestra como esto se puede trabajar de una forma ajustable cuando es usada en conjunto con un timón de dirección ajustable, potencializando una configuración óptima.

El defecto de este sistema hasta el momento es que no permite un fácil ajuste. Aún es más complicado cuando se utiliza con un timón de dirección ajustable, es necesario ajustes en la asimetría tanto para maniobras internas como externas. La tarea es variar el ancho del elevador agrandando o disminuyendo la cuerda y obtener un ajuste óptimo. Esto puede ser logrado construyendo simétricamente, haciendo que la cuerda pueda deslizarse y poder obtener la correcta simetría. Aunque esto no es difícil, no es tan solo ajustar una tornillo y ya.

Si anhela obtener tensión en esos puntos críticos de las maniobras de la acrobacia, le sugiero que utilice el timón de dirección móvil. Aunque no es muy popular, esta probado. Aún en el mejor de los casos es difícil imaginarse un giro el cual permita un mejor borde ya que ninguna tensión adicional que pueda ser producida por un empuje hacia fuera es mínima de cualquier forma – una pequeña componente vectorial del empuje del motor seria:

F adicional causada por una desviación = seno (ángulo de la desviación) * F empuje

Si el avión se desvía unos 5 grados, la tensión adicional de la línea seria de unos 8.72% del empuje. Además de que hay una ramificación. Este ángulo de desviación va a provocar una disminución pequeña de la velocidad pues la línea de empuje del motor es sacada de la dirección de vuelo. Esto trae como consecuencia perdidas en la velocidad y por tanto la fuerza centrifuga disminuye:

F centrifuga = M * V² / r

Auque no podemos calcular la perdida de velocidad que acompaña este ángulo de desviación, sabemos que esta disminución no importa cuanto.

Por tanto, cualquier tensión ganada por un ángulo de desviación es parcialmente perdida debido al mismo ángulo, y la tensión adicional ganada es realmente menor que su componente vectorial del impulso del motor. Note que la componente principal de la fuerza centrífuga es la velocidad pues es el cuadrado de la misma. Cualquier cambio de velocidad durante las maniobras afectará la tensión en las líneas. Esto nos dice cuán importante es el rendimiento del motor. Para mantener o optimizar la tensión de las líneas durante las maniobras, necesitamos realmente mantener la velocidad, o siendo más realistas, prevenir una perdida excesiva de velocidad. La única forma de soportar esto no es manteniendo el impulso de motor sino incrementándolo para sopesar la gravedad durante los puntos críticos de las maniobras. Esto es un axioma de la acrobacia.

Habiendo visto a Mike y a Patternmasters por años, estoy medianamente convencido que el timón de cola movible es efectivo para ayudar a ejecutar esas formidables maniobras que engañan a la fuerza centrifuga, (las ya nombradas ocho cuadrado y reloj de arena).

Por supuesto, la calidad del diseño y los ajustes (TRIM) son también factores. Los "Patternmasters" tienen una modesta área de timón y el centro de presión del mismo está cerca del CP del ala para evitar complicaciones. Aún con pequeña área, Mike (y también Rabe) apuntan que el ajuste (TRIM) es critico y que mucha deflexión es perjudicial: el avión exhibirá sacudidas y ligeras variaciones de velocidad si utiliza mucha deflexión en el timón de dirección.

No recuerdo a Mike batallando con problemas en la tensión de las líneas como tampoco recuerdo lamentándose al respecto. Por supuesto, mirando a Rabe con su campeón P-51 es como mirar a Bethoven tocando una de sus propias sonatas. Seria muy bueno volverlo a ver pero a pesar de esto, vale la pena leer lo que nos dejó, todo el material no solo en los confines de modelos acrobáticos de medio tamaño sino también los fundamentos sobre el diseño.
Chris Lella. Stunt News Nov/Dec 96