Configuración alar, TSA (Three-surface aircraft )

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RjNDSSOUn avión de tres superficies tiene un plano delantero, un ala central y un plano de cola. La superficie del ala central es la que como en cualquier configuración proporciona el grueso de la sustentación, mientras que las funciones de los planos delantero y trasero pueden variar entre tipos e incluir elevación, flaps o alabeo.

 La configuración de tres superficies se desarrolló buscando proporcionar características de perdida  más controlables y suaves,  mejorar la rotación y dotar al modelo de mejores prestaciones en despegue y aterrizaje corto.(STOL). Adicionalmente, la configuración TSA (Abreviatura de la denominación en inglés, Three-surface aircraft), permite minimizar el área total de la superficie del ala, reduciendo, teóricamente, la resistencia. El aumento de la sustentación permite un al modelo incrementar su capacidad de carga, lo que puede ser interesante para modelos en los que se quiera incluir elementos de toma de datos o fotografía.   grizzly17

Las posibles desventajas de una configuración TSA típica son la resistencia adicional, el posible mayor peso de la aeronave, y especialmente la estabilidad y las características aeroelásticas. Es decir, la respuesta dinámica de las estructuras ante fuerzas aerodinámicas.

 

Oy28zEl equilibrio

En la mayoría de los aviones, el centro de presiones del ala se mueve hacia delante y hacia atrás según las condiciones de vuelo. Si no se alinea con el centro de gravedad, debe aplicarse una fuerza correctiva y así mantener el equilibrio.

En un avión convencional esta corrección del desequilibrio es aplicada por un plano de cola que normalmente ejerce una fuerza descendente. Un empuje negativo generado por la cola debe ser compensado por un incremento en la incidencia del ala principal, aumentando así el área de ala enfrentada al viento relativo y en consecuencia, la resistencia al avance.

Si embardo, en un TSA, la compensación de la inestabilidad y el control pueden ser compartidos, según sea necesario en vuelo, entre el plano anterior y el plano de cola. El equilibrio puede lograrse con elevación desde el plano delantero en lugar del empuje hacia abajo desde el plano de cola. Ambos efectos, la reducción de la carga aerodinámica y la fuerza de elevación adicional, reducen la carga en el ala principal.

 

Estabilidad

En un avión convencional, el coeficiente de sustentación máximo del ala esta peligrosamente cerca del AoA de perdida, lo que nos obliga a estar muy atentos a la velocidad y ángulo si no queremos que nuestro modelo toque prematura y violentamente el suelo.

 Para mantener la estabilidad estática en vuelo normal, en un canard, el plano delantero debe proporcionar sustentación y además, este debe tener una incidencia  mayor que el ala para que entre en perdida antes, permitiendo una rápida recuperación, lo cual es una de las características más notables de un canard. Un inconveniente de esto es que no podemos usar todas las características del ala ya que reducimos su capacidad de carga al impedir que, en la práctica, pueda llegar a AoA de máxima elevación. Consecuentemente la tendencia será aumentar la superficie alar.

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En un avión de tres superficies, el plano de cola actúa como un estabilizador horizontal convencional. En la condición de AoA máximo, incluso si el ala principal está al borde de la perdida, el plano de cola puede proporcionar control y permitir la recuperación. De este modo, el ala puede utilizarse hasta su coeficiente de elevación máximo ya que como se ha mencionado las fuerzas de elevación y control pueden repartirse entre el plano delantero y trasero. Como la sustentación también se reparte entre el plano delantero y el ala, ambos pueden ser mas pequeños que en una configuración típica canard.

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Desplazamiento del centro de presiones en un perfil alar a diferentes ángulos de ataque.

Todo no van a ser ventajas, unos párrafos antes se menciona que un inconveniente de esta configuración está relacionada con la estabilidad, en concreto con el centrado. En un TSA  puede ser crítico, si bien el CG puede compensarse con ajustes en los planos delantero y trasero, lo cierto es que la configuración es muy poco permisiva con los desplazamientos del centro de presiones. Lo que conocemos como coeficiente de estabilidad se reduce al mínimo por lo que conviene usar perfiles en los que el desplazamiento del centro de presiones a diferentes velocidades y ángulos sea muy pequeño o nulo, como los de la serie 5 de naca o los denominados simétricos.

Conclusión

Las pruebas y estudios sugieren que un TSA es más eficiente que un avión convencional y que con un área menor sus características superan a un modelo de dos superficies de superficie equivalente. Esta característica nos proporciona la oportunidad de reducir el tamaño de los planos, y en consecuencia el peso y la resistencia aerodinámica. Adicionalmente la configuración TSA proporciona una mayor maniobrabilidad lo que unido a modernos sistemas de control activo a permitido su aplicación en cazas de combate de última generación con extraordinarios resultados.

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