Cabotege cap a dalt

L'Em 163 tenia llistons per a controlar la càrrega en el sentit de l'ala. Estos es veuen més fàcilment en la part superior de l'image.

En aerodinàmica el cabotege cap a dalt, també cridat pitch-up és una rotació incontrolada del nas cap a dalt d'una aeronau. És una característica indesijable que s'ha observat sobretot en avions experimentals d'ala en flecha a números de Mach subsónicos alts o ànguls d'atac alts.

Història

Els problemes de cabotege es varen notar per primera volta en avions de prova d'alta velocitat en ales en flecha. Era un problema comú en el Douglas Skyrocket, que es va utilisar àmpliament per a posar a prova el problema.

Ans que es comprenguera ben el fenomen del cabotege, afectava a tots els primers avions d'ales en flecha. En el F-100 Super Sabre inclús va rebre el seu propi nom, el ball del sabre. En els avions en estabilisadors de coa montats en alt, com el F-101 Voodoo, la recuperació era especialment difícil perque l'estabilisador de coa es colocava directament en l'estela de l'ala durant el cabotege, provocant una entrada en pèrdua, encara que la coa en T estava pensada per a evitar que el cabotege començara en primer lloc. El desplegament del paracaigudes de frenat i una altura considerable sobre el sol varen ser essencials per a tindre alguna possibilitat de recuperació.

Descripció

El MiG-17 monta la seua ala cap a davant per a situar el centre de pressió prop del punt d'equilibri de l'aeronau. Per a controlar el fluix sobre distància, incloïa prominents tanques d'alas.

Les ales generen distribucions de pressió en les seues superfícies superior i inferior que produïxen una força única que actua en un punt conegut com «centre de pressió», o CoP, que normalment es troba entre ⅓ i ½ del camí de tornada des del vora d'atac. Esta força que s'inclina cap a dalt i cap a arrere se substituïx per un parell de forces equivalents cridades sustentació i resistència. La posició llongitudinal en la que actuen estes forces i la magnitut de les mateixes canvien en l'àngul d'atac. Ademés, existix un moment de cabotege variable per a qualsevol ubicació de força que no siga el CoP. Estos canvis conduïxen a la necessitat de compensar l'aeronau a mida que canvia la seua velocitat o configuració de potència.

Una atra consideració important per al disseny d'aeronaus és la suma vectorial de tots els térmens de pes de les parts de l'aeronau, inclós l'ala. Açò també pot reduir-se a un únic terme de pes que actua en algun punt a lo llarc del eix llongitudinal de l'aeronau, el «centre de gravetat», o CdG. Si l'ala es coloca de modo que la seua CdP es trobe prop del CdG de l'aeronau, en vol nivellat l'ala elevarà l'aeronau en llínea recta. Açò reduïx qualsevol força neta que faça que l'aeronau s'eleve o descendixca, pero per vàries raons els dos punts solen estar llaugerament separats i s'utilisa una chicoteta cantitat de força de les superfícies de control de vol per a equilibrar açò.

El mateix disseny bàsic és desijable per a un avió en un ala en flecha també. En un ala rectangular convencional, el CoP es troba en l'avió en el punt de la corda que ix directament de la raïl. Encara que el mateix anàlisis revelarà un punt de centre de pressió per a un ala en flecha, la seua ubicació pot estar considerablement darrere de la vora d'atac «medit en la raïl de l'ala». En el cas de les formes planes molt agranades, el CoP pot estar darrere del vora d'eixida de la raïl de l'ala, lo que requerix que l'ala es trobe en l'aeronau en una ubicació aparentment molt alvançada.

En este cas d'un ala en flecha, els canvis en el CoP en l'àngul d'atac poden magnificar-se.

L'introducció de les ales en flecha també es va produir durant un canvi cap a dissenys més cònics. Encara que se sabia des de feya temps que una forma d'ala elíptica és «perfecta» des del punt de vista de la resistència induïda, també es va observar que un allargament llineal de l'ala tenia pràcticament el mateix efecte, al mateix temps que era més llauger. Les investigacions realisades durant la guerra varen dur a un us generalisat de les ales còniques, especialment en la posguerra. No obstant, s'havia observat des del principi que tals dissenys tenien característiques de pèrdua desfavorables; com les puntes estaven més carregades en ànguls d'atac alts, funcionaven més prop del seu punt de pèrdua.

Encara que este efecte era desfavorable en un avió convencional d'ala recta, en un disseny d'ala en flecha tenia resultats inesperats i perillosos. Quan les puntes es paren en un ala en flecha, el centre de pressió, el punt d'elevació promig per a l'ala en el seu conjunt, es mou cap a avant. Açò es deu a que la secció que encara genera una elevació considerable està més alvance. Açò provoca una major força d'elevació, aumentant l'àngul d'atac i fent que es pare més àrea de la punta. Açò pot conduir a una reacció en cadena que provoque un violent cabotege cap a dalt de l'aeronau.

Este efecte es va observar per primera volta en el Douglas D-558-2 Skyrocket en agost de 1949, quan un gir de 0,6 G va aumentar sobtadament de forma descontrolada a 6 G. Açò no va ser del tot sorprenent; l'efecte s'hi havia vist anteriorment en simulacions de túnel de vent. Estos efectes poden vore's qualsevol velocitat; en el Skyrocket es produïen principalment en el transónico (els criteris de Weil-Gray), pero en formes de planege més agranades i còniques, com en el North American F-100 Super Sabre, l'efecte també era comú a baixes velocitats (el llímit de Furlong-McHugh), quan l'avió volava en ànguls d'atac més alts per a mantindre la sustentació a baixes velocitats.

Ademés, les ales en flecha tendixen a generar un fluix de la capa llímit, en el sentit de la distància, lo que fa que partix del fluix d'aire es desplace «cap als costats» a lo llarc de l'ala. Açò ocorre a lo llarc de tot l'ala, pero a mida que un es mou cap a la punta, el fluix lateral aumenta, ya que inclou tant la contribució de l'ala en eixe punt com el fluix a lo llarc de la distància des de punts més propencs a la raïl. Este efecte tarda en acumular-se, a velocitats més altes el fluix a lo llarc de la distància tendix a ser expulsat per la part atrassera de l'ala ans que tinga temps d'agravar-se. No obstant, a velocitats més baixes, açò pot conduir a una considerable acumulació de la capa llímit en la punta de l'ala, lo que se sumixca als problemes mencionats anteriorment.

Per últim, encara que no està directament relacionat en els efectes anteriors, durant els inicis de l'era dels avions a reacció era habitual utilisar dissenys de coa en T per a mantindre les superfícies aerodinàmiques alluntades de la zona del motor a reacció. En este cas, és possible que un event de cabotege faça que l'aire turbulento darrere de l'ala fluïxca a través de l'estabilisador horisontal, lo que dificulta o impossibilita aplicar pressió de picat per a contrarrestar el cabotege. Les aeronaus en superfícies de coa montades en posició baixa no varen sofrir este efecte i, de fet, varen millorar la seua autoritat de control a mida que l'estela de l'ala rebujava les superfícies de control, fluint per damunt d'elles. No obstant, açò no sempre va ser suficient per a corregir el problema; el F-86 va seguir sofrint cabotege a pesar de l'aument de la pressió de picat de les superfícies de coa.

Bibliografia

• Loftin, LK Jr.. «Quest for performance: The evolution of modern aircraft. NASA SP-468».