Empennage - Empennage

A empenagem de um Boeing 747-200

A empenagem ( / ˌ ɑ m p ɪ n ɑ ʒ / ou / ɛ m p ɪ n ɪ / ), também conhecida como a cauda ou cauda de montagem , é uma estrutura na parte de trás de um avião que proporciona estabilidade durante o voo , de uma forma semelhante às penas de uma flecha . O termo deriva da língua francesa verbo empenner que significa " a pena uma flecha". A maioria das aeronaves apresenta empenagem incorporando superfícies de estabilização vertical e horizontal que estabilizam a dinâmica de voo de guinada e inclinação , bem como superfícies de controle de alojamento .

Apesar das superfícies de controle eficazes, muitas das primeiras aeronaves que não tinham empenagem de estabilização eram virtualmente impossíveis de voar. Mesmo as chamadas " aeronaves sem cauda " geralmente têm uma barbatana de cauda (geralmente um estabilizador vertical ). Aeronaves mais pesadas que o ar sem qualquer tipo de empenagem (como o Northrop B-2 ) são raras e geralmente usam aerofólios de formato especial, cuja borda de fuga fornece estabilidade de inclinação e asas inclinadas para trás , muitas vezes com diedro para fornecer a estabilidade de guinada necessária . Em algumas aeronaves com asas varridas, a seção do aerofólio ou o ângulo de incidência pode mudar radicalmente em direção à ponta.

Estrutura

Yaw, pitch e roll em uma aeronave.

Estruturalmente, a empenagem consiste em todo o conjunto da cauda, ​​incluindo a cauda , o plano da cauda e a parte da fuselagem à qual estão fixados. Em um avião comercial, isso seria todas as superfícies de vôo e de controle atrás da antepara de pressão traseira .

A seção frontal (geralmente fixa) do painel traseiro é chamada de estabilizador horizontal e é usada para fornecer estabilidade de inclinação. A seção traseira do tailplane é chamada de profundor e é um aerofólio móvel que controla as mudanças de inclinação, o movimento para cima e para baixo do nariz da aeronave. Em algumas aeronaves, o estabilizador horizontal e o elevador são uma unidade e, para controlar o passo, a unidade inteira se move como uma unidade. Isso é conhecido como um estabilizador ou estabilizador de vôo total .

A estrutura da cauda vertical possui uma seção frontal fixa chamada estabilizador vertical , usado para controlar a guinada, que é o movimento da fuselagem da direita para a esquerda do nariz da aeronave. A seção traseira da barbatana vertical é o leme , um aerofólio móvel que é usado para virar o nariz da aeronave para a direita ou para a esquerda. Quando usado em combinação com os ailerons , o resultado é uma curva inclinada, uma curva coordenada , a característica essencial do movimento da aeronave.

Algumas aeronaves são equipadas com um conjunto de cauda que é articulado para girar em dois eixos à frente da aleta e do estabilizador, em um arranjo denominado cauda móvel . Toda a empenagem é girada verticalmente para acionar o estabilizador horizontal e lateralmente para acionar a aleta.

Da aeronave gravador de voz , gravador de dados de voo e localizador de emergência transmissor (ELT) são muitas vezes localizados na empenagem, porque a popa da aeronave proporciona uma melhor protecção para estes na maioria dos acidentes de aeronaves.

Aparar

Em algumas aeronaves , são fornecidos dispositivos de compensação para eliminar a necessidade de o piloto manter uma pressão constante no elevador ou nos controles do leme.

O dispositivo de acabamento pode ser:

  • uma aba de compensação na parte traseira dos elevadores ou leme que agem para alterar a carga aerodinâmica na superfície. Normalmente controlado por uma roda ou manivela da cabine de comando.
  • um estabilizador ajustável no qual o estabilizador pode ser articulado em sua longarina e levantado de forma ajustável em alguns graus de incidência para cima ou para baixo. Normalmente controlado por uma manivela da cabine do piloto.
  • um sistema de bungee trim que usa uma mola para fornecer uma pré-carga ajustável nos controles. Normalmente controlado por uma alavanca do cockpit.
  • uma guia anti-servo usada para aparar alguns elevadores e estabilizadores, bem como aumentar a sensação de força de controle. Normalmente controlado por uma roda ou manivela da cabine de comando.
  • uma guia servo usada para mover a superfície de controle principal, bem como atuar como uma guia de compensação. Normalmente controlado por uma roda ou manivela da cabine de comando.

Aeronaves multimotores costumam ter compensadores no leme para reduzir o esforço do piloto necessário para manter a aeronave em linha reta em situações de empuxo assimétrico, como operações com um único motor.

Configurações de cauda

Os projetos da empenagem da aeronave podem ser amplamente classificados de acordo com as configurações da aleta e do plano de cauda.

As formas gerais das superfícies de cauda individuais (formas planas de cauda, ​​perfis de aleta) são semelhantes às formas planas de asa .

Tailplanes

O plano traseiro compreende o estabilizador horizontal fixo montado na cauda e o elevador móvel. Além de sua forma plana , é caracterizado por:

Alguns locais receberam nomes especiais:

  • Cauda cruciforme - Os estabilizadores horizontais são colocados no meio do estabilizador vertical, dando a aparência de uma cruz quando vistos de frente. Caudas cruciformes são muitas vezes utilizados para manter os estabilizadores horizontais fora da esteira do motor, evitando muitas das desvantagens de um T-tail . Os exemplos incluem Hawker Sea Hawk e Douglas A-4 Skyhawk .
  • Cauda em T - O estabilizador horizontal é montado no topo da barbatana, criando uma forma de "T" quando visto de frente. As caudas em T mantêm os estabilizadores fora da esteira do motor e fornecem melhor controle de inclinação. As caudas em T têm uma boa razão de planeio e são mais eficientes em aeronaves de baixa velocidade. No entanto, a cauda em T tem várias desvantagens. É mais provável que entre em um estol profundo e é mais difícil se recuperar de um giro. Por esta razão um pequeno estabilizador secundário ou cauda-let pode ser montado mais abaixo onde será ao ar livre quando o avião está parado. Uma cauda em T deve ser mais forte e, portanto, mais pesada do que uma cauda convencional. Caudas em T também tendem a ter uma seção transversal de radar maior. Os exemplos incluem o Gloster Javelin e McDonnell Douglas DC-9 .
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Fuselagem montada
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Cruciforme
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Cauda em T
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Piloto traseiro voador

Barbatanas

A barbatana compreende o estabilizador vertical fixo e o leme. Além do perfil , é caracterizado por:

  • Número de barbatanas - geralmente uma ou duas.
  • Localização das aletas - na fuselagem (por cima ou por baixo), cauda, ​​booms da cauda ou asas

Aletas gêmeas podem ser montadas em vários pontos:

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Tailplane montado
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Lança de cauda dupla
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Asa montada

Configurações incomuns de aleta incluem:

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Barbatanas triplas
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Barbatana ventral

Caudas V, Y e X

Uma alternativa à abordagem fin-e-leme horizontal é fornecida pelas V-cauda e X-cauda desenhos. Aqui, as superfícies da cauda são definidas em ângulos diagonais, com cada superfície contribuindo tanto para a inclinação quanto para a guinada. As superfícies de controle, às vezes chamadas de ruddervators , atuam diferentemente para fornecer controle de guinada (no lugar do leme) e atuam juntas para fornecer controle de inclinação (no lugar do profundor).

  • Cauda em V: Uma cauda em V pode ser mais leve do que uma cauda convencional em algumas situações e produzir menos arrasto, como no treinador Fouga Magister , Northrop Grumman RQ-4 Global Hawk RPV e espaçonave X-37 . Uma cauda em V também pode ter uma assinatura de radar menor. Outras aeronaves com cauda em V incluem o Beechcraft Model 35 Bonanza e Davis DA-2 . Uma ligeira modificação na cauda em V pode ser encontrada no Waiex e Monnett Moni, chamada de cauda em Y.
  • Cauda em V invertida: O Predator não tripulado usa uma cauda em V invertida, assim como o Lazair e o Mini-IMP .
  • Cauda Y : Uma cauda em V com uma barbatana vertical inferior adicionada (geralmente usada para proteger uma hélice de ré), como LearAvia Lear Fan
  • Cauda em X: o Lockheed XFV apresentava uma cauda em "X", que era reforçada e equipada com uma roda em cada superfície para que a nave pudesse sentar em sua cauda e decolar e pousar verticalmente.
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Cauda em V
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Cauda em V invertida
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Cauda X

Cauda externa

SpaceShipOne no Museu Nacional do Ar e Espaço dos EUA

Uma cauda externa é dividida em duas, com cada metade montada em uma pequena lança logo atrás e externa de cada ponta de asa. Inclui estabilizadores horizontais externos (OHS) e pode ou não incluir estabilizadores verticais adicionais montados na lança (aletas). Nesta posição, as superfícies da cauda interagem construtivamente com os vórtices da ponta da asa e, com um projeto cuidadoso, podem reduzir significativamente o arrasto para melhorar a eficiência, sem adicionar indevidamente às cargas estruturais na asa.

A configuração foi desenvolvida pela primeira vez durante a Segunda Guerra Mundial por Richard Vogt e George Haag na Blohm & Voss . O Skoda-Kauba SL6 testou o sistema de controle proposto em 1944 e, após várias propostas de design, um pedido foi recebido para o Blohm & Voss P 215 poucas semanas antes do fim da guerra. A cauda externa reapareceu na Scaled Composites SpaceShipOne em 2003 e na SpaceShipTwo em 2010.

Aeronave sem cauda

Uma aeronave sem cauda (geralmente sem cauda ) tradicionalmente tem todas as suas superfícies de controle horizontais na superfície da asa principal. Ele não tem estabilizador horizontal - seja a cauda ou a frente canard (nem tem uma segunda asa em conjunto ). Um tipo 'sem cauda' geralmente ainda tem uma barbatana de estabilização vertical ( estabilizador vertical ) e superfície de controle ( leme ). No entanto, a NASA adotou a descrição 'sem cauda' para a nova aeronave de pesquisa X-36, que tem um painel frontal canard, mas nenhuma nadadeira vertical.

A configuração sem cauda de maior sucesso tem sido o delta sem cauda , especialmente para aeronaves de combate.

Veja também

Referências