Diedro (plano)

En aeronáutica, el diedro es el ángulo formado por el plano de cada ala y el plano horizontal.
La geometría del diedro así como otras características del avión como la posición del ala en el fuselaje y su ángulo de deflexión determinan un diedro efectivo.
Se examinan los efectos combinados de la estabilidad efectiva del diedro y la guiñada (direccional) para analizar el comportamiento lateral ( balanceo y guiñada) de la aeronave.

Geometría diedro

El diedro puede ser positivo (alas hacia arriba) o negativo (alas hacia abajo). El diedro puede afectar solo a una parte del perfil aerodinámico , como en el ala típica de Jodel , o en el F-4 Phantom II . Si el ala tiene un diedro tanto positivo como negativo, hablamos de un ala en una gaviota (cuando el lugar donde cambia el diedro es el punto más alto del dosel ) o incluso de un ala en una gaviota invertida (cuando el lugar donde los cambios diedros es el punto más bajo del dosel).

Estabilidad de balanceo

El diedro de un ala se presenta a menudo como una condición de estabilidad de balanceo.
Hablando estáticamente, para que haya estabilidad, debe existir una condición inicial de equilibrio estable. En la aviación, incluso en los vuelos denominados "equilibrados", la situación de equilibrio de balance inicial suele ser un equilibrio inestable , controlado por el piloto o por un piloto automático. Esta inestabilidad es baja (la divergencia es lenta) y no impide el pilotaje manual; lo mismo ocurre con la conducción de un vehículo de dos ruedas, aprendizaje que equivale a dominar la inestabilidad del balanceo. En aerodinámica, hay símbolos que cuantifican la estabilidad de cabeceo y guiñada , pero no hay coeficiente de estabilidad de balanceo . Como la guiñada actúa fuertemente sobre el balanceo, el coeficiente de balanceo inducido (por el guiñada) interviene con la estabilidad direccional para definir la estabilidad en espiral (ver más abajo), que no es una estabilidad de balanceo.

Control diedro y de balanceo

Los movimientos de guiñada se combinan con los de balanceo: un movimiento de guiñada da como resultado un movimiento de balanceo más o menos fuerte.

Puede realizar un giro equilibrado (no derrapar) con un plano de "dos ejes", sin alerones. Para ello, se acciona el timón, el avión se desplaza lateralmente (en ataque oblicuo), el ala que avanza recibe más aire que el ala que retrocede, lleva más, el avión se inclina. A esto se le llama rollo inducido . Esto requiere un diedro promedio de aproximadamente 8 °.

Para los llamados aviones de "tres ejes" equipados con alerones, el diedro se establece de manera que un ataque oblicuo (en guiñada) genera un balanceo inducido suficiente para la estabilidad en espiral (ver más abajo). En un plano acrobático, sin un diedro, prácticamente no hay balanceo inducido por la guiñada: se dice que los dos ejes están "desacoplados".

Diedro eficaz

El diedro efectivo o "efecto diedro" denominado Clb es la variación del momento de balanceo Cl en función del ángulo de guiñada b.

El valor del efecto diedro depende de:

el diedro del ala,
la posición del ala en el fuselaje. La posición elevada del ala aumenta el efecto diedro.
de la flecha de las alas. La flecha hacia atrás aumenta el efecto diedro; 5 grados de flecha hacia atrás valen aproximadamente 1 grado de diedro.
el ángulo de incidencia, especialmente para aviones de ala en flecha como el Rutan VariEze . El efecto diedro aumenta con la incidencia.
la elevación transversal del fuselaje y la aleta. Las fuerzas laterales producidas por encima del centro de gravedad (gran desviación) aumentan el efecto diedro. La ausencia de fuselaje (los inicios de la aviación) reduce el efecto diedro.

El efecto diedro se combina con la estabilidad direccional para dar estabilidad en espiral . Esto conduce a los siguientes valores diedros:

ala alta

sin flecha hacia atrás: diedro débilmente positivo o cero con flecha posterior: diedro negativo del orden de 4 a 6 grados. ( B-52 , Galaxy C-5 , Antonov An-225 , Airbus A400M ), AV-8B Harrier II .

ala baja,

sin flecha hacia atrás: diedro positivo, valor frecuente de 4 a 5 grados con flecha hacia atrás: diedro cero o débilmente positivo

Efecto de diedro sobre balanceo y guiñada

Dependiendo de si la perturbación de la trayectoria se refiere al alabeo o al guiñada, un diedro positivo contribuye a llevar o, a la inversa, a alejar el avión de su ángulo de alabeo inicial.

Perturbación de alabeo: si el avión gira en alabeo, la suma de su peso y la fuerza de sustentación de las alas hace que se mueva hacia los lados (ataque oblicuo, ángulo de guiñada distinto de cero). A medida que la aeronave se inclina, el ángulo de ataque del ala inferior es mayor; se desgasta más, esto crea un momento de balanceo en la dirección opuesta a la inclinación inicial del balanceo. Debido al diedro y la flecha, el ala baja tiene una envergadura efectiva mayor que la del ala alta; su resistencia inducida por sustentación es menor que la del ala alta. Esta diferencia de arrastre da como resultado un par de guiñada que genera un balanceo inducido en la dirección opuesta a la inclinación inicial del balanceo.
Perturbación de guiñada : Si el avión bosteza (ataque oblicuo), el efecto diedro generará un balanceo inducido , tanto más cuanto que el diedro (y la flecha) son importantes. En este caso, el balanceo inducido aleja al avión de su ángulo de balanceo inicial. Es el avión que tiene el efecto diedro más débil (avión acrobático: ala mediana, sin diedro o flecha) que entonces estará menos desviado de su ángulo de alabeo inicial. Podríamos decir "el más estable en rollo" por simplicidad, o más bien el menos inestable, pero acabamos de ver que esta noción de estabilidad "en rollo" no se puede aplicar.

Efecto del diedro sobre la inclinación en el giro

El avión reaccionará ante una falla o un exceso de inclinación en un giro:

Si el avión está demasiado inclinado, se deslizará lateralmente hacia el interior de la curva.
Si la aeronave no está lo suficientemente inclinada , derrapará lateralmente fuera de la curva.

En el caso del desliz:

si el efecto diedro supera la estabilidad de guiñada, el avión se enderezará (su inclinación de alabeo disminuirá); Tenemos la llamada estabilidad en espiral .
si el efecto diedro es insuficiente, el avión virará hacia el interior del viraje bajo el efecto de la deriva; bajo el efecto del balanceo inducido por la guiñada, se inclinará más y el morro hacia abajo: esta es la característica de "giro comprometido" de la inestabilidad en espiral.

Rollo holandés

Para facilitar el pilotaje en condiciones de poca visibilidad (pérdida de referencias visuales que podrían conducir al giro comprometido), los aviones de viaje siempre tienen estabilidad en espiral positiva (el diedro efectivo supera la estabilidad de guiñada). Esto da como resultado un vuelo en condiciones turbulentas por oscilaciones acopladas y un desplazamiento temporal en guiñada y balanceo: este es el " balanceo holandés ".

Notas y referencias

Estabilidad de cabeceo (dCL / da o CLa) y guiñada (dCn / db o Cnb), donde a es el ángulo de ataque y el ángulo de guiñada b
... aumento habitual del efecto diedro al aumentar el ángulo de ataque. Estabilidad y control de Aiplane, página 171 Abzug-Larrabee
"Para VariEze ... El efecto diedro (Clb) aumentó en un factor de 4 en el rango AOA de 0 a 20 °". NASA TM 88354 - Una mirada a las cualidades de manejo de las configuraciones de Canard
Estabilidad direccional anotada Cnb (variación del momento de guiñada Cn en función del ángulo de guiñada b) dependiendo en particular de la superficie y el brazo de palanca del estabilizador vertical
"Highwing. El efecto diedro se incrementa en aproximadamente 5 grados", Estabilidad y control de Aiplane, página 93 Abzug-Larrabee