La cola del avión
La aleta vertical, denominada aleta vertical, consta de un estabilizador vertical fijo y un timón móvil. Desempeña principalmente el papel de estabilidad direccional y control de dirección en aviones. Según el número de colas verticales, los aviones se pueden dividir en aviones de cola vertical simple, cola vertical doble, tres colas verticales y cuatro colas verticales. La cola horizontal, denominada cola horizontal, es la superficie del ala para el equilibrio longitudinal, la estabilidad y el control de la aeronave. La cola horizontal está dispuesta simétricamente en la cola del avión y es básicamente horizontal. La mitad delantera del perfil aerodinámico suele ser fija y se denomina estabilizador horizontal. La mitad trasera tiene bisagras detrás del estabilizador y se puede girar hacia arriba y hacia abajo, lo que se llama elevador. También hay una pestaña montada en el borde trasero del elevador. En aviones grandes, para mejorar la capacidad de equilibrio de la cola horizontal, el ángulo de instalación del estabilizador horizontal se puede cambiar lentamente durante el vuelo. Dicha cola horizontal se denomina cola horizontal ajustable. Durante el vuelo, la posición de sustentación del avión se moverá a medida que cambien el ángulo de ataque y la velocidad, y el centro de gravedad del avión también cambiará debido al consumo de combustible y otras razones. De esta manera, la fuerza de sustentación no puede pasar por el centro de gravedad en todos los estados, por lo que hay un momento. En un avión de cola horizontal, este momento se equilibra con el momento de sustentación positivo o negativo de la cola horizontal. Dado que la cola horizontal está lejos del centro de gravedad, el avión sólo necesita una pequeña elevación de cola horizontal para mantener el equilibrio del momento.
La aeronave se desviará de su actitud original debido a diversas perturbaciones (como ráfagas en la atmósfera) durante el vuelo. La cola horizontal tiene la capacidad de restaurar la actitud original del avión y contribuye a la estabilidad longitudinal del avión.
Las aeronaves a menudo necesitan cambiar el estado de vuelo durante el vuelo, como ascenso, vuelo nivelado, descenso, etc. Para que una aeronave sea estable, para cambiar el estado de vuelo, es necesario superar el momento estabilizador. Por ejemplo, aumentar el ángulo de ataque de un avión requiere un momento de avance para superar el momento de estabilización. Cuando el piloto controla el elevador hacia arriba, la cola horizontal generará un momento de morro hacia arriba para mantener el avión equilibrado en un ángulo de ataque mayor. Esta es la función de control longitudinal de la cola horizontal.
Las colas horizontales se pueden dividir aproximadamente en tres tipos según sus posiciones arriba y abajo en relación con las alas: colas de nivel alto, colas de nivel medio y colas de nivel bajo. La cola horizontal se encuentra en la cola del avión. Antes de fluir por la cola horizontal, el flujo de aire se ve afectado por el fuselaje, las alas y las góndolas del motor, ralentizándose y cambiando de dirección. Además, la estela de la hélice o los chorros del motor también cambiarán la elevación de la cola horizontal. Tienen un gran impacto en la estabilidad y maniobrabilidad del flattail. Dado que los diversos factores que afectan el trabajo de la cola horizontal cambian con el ángulo de ataque y la velocidad, es muy difícil elegir una posición de cola horizontal adecuada para garantizar una alta eficiencia de la cola horizontal en todas las condiciones de vuelo y, a menudo, requiere una gran cantidad de viento. El experimento del agujero puede tomar la decisión final.
En el avión británico Trident, la cola horizontal está en la parte superior de la cola vertical. Vista desde la parte delantera del avión, la cola horizontal y la cola vertical forman una T, de ahí el nombre de cola en T. Las góndolas de los motores de este avión están situadas a ambos lados de la cola del fuselaje y las alas están situadas hacia atrás. Sólo moviendo la cola horizontal hacia la parte superior de la cola vertical se puede evitar el impacto de las alas, las góndolas de los motores y los jets. Debido a que la cola vertical está barrida hacia atrás, la cola horizontal se puede mantener lo más alejada posible del ala para mejorar la eficiencia de la cola horizontal. En muchos cazas supersónicos, la cola horizontal está muy cerca del ala debido a la corta longitud de la cola del fuselaje. Si la cola horizontal se coloca en una posición más baja (debajo del plano de la cuerda del ala), se pueden reducir los efectos adversos de las alas y el fuselaje sobre la cola horizontal en ángulos de ataque elevados.
A velocidades subsónicas, desviar el elevador también afectará la elevación del estabilizador horizontal delantero y la eficiencia del control es alta. A velocidades supersónicas, la desviación del elevador no tiene ningún efecto sobre el estabilizador delantero y la eficiencia de control de la superficie del timón se reduce considerablemente. Por lo tanto, en los aviones supersónicos, la cola horizontal se convierte en un cuerpo completo que puede girar y desviarse, lo que se denomina cola horizontal de movimiento completo. No hay estabilizadores ni elevadores en la cola horizontal en pleno movimiento. La estructura de la cola horizontal de movimiento completo es la misma que la del ala, pero todo el momento de flexión y las cargas de torsión en el perfil aerodinámico se concentran en el eje giratorio en la raíz, y el punto de carga es un cojinete giratorio. Por lo tanto, la estructura de la raíz de la cola horizontal de movimiento completo es compleja y más pesada.
Por lo general, la envergadura de los aviones supersónicos es relativamente pequeña y no es mucho más larga que la envergadura de la cola horizontal. El diferencial de cola horizontal se utiliza para generar un par de control de balanceo para cumplir con los requisitos de vuelo.
Las alas izquierda y derecha de la cola horizontal se pueden desviar en la misma dirección para actuar como elevadores, o se pueden desviar en diferentes direcciones (diferencial) para actuar como alerones. Esta es la cola horizontal diferencial. Después de adoptar la cola diferencial, se pueden eliminar los alerones del ala, por lo que se pueden instalar flaps en todo el borde de salida del ala para mejorar el rendimiento y la maniobrabilidad de despegue y aterrizaje del avión. En aviones con alas de barrido variable, el ala puede pivotar (a menudo llamado aleteo) en la dirección vertical (el plano de la cuerda). Por ejemplo, si se instalan alerones en las alas, no pueden operar en grandes ángulos de barrido y solo pueden usar la cola horizontal diferencial como superficie principal de control de balanceo. La abreviatura de cola vertical juega un papel en el mantenimiento del equilibrio, la estabilidad y el control del rumbo de la aeronave. El principio es similar al de la cola horizontal. La cola vertical solo está dispuesta en la parte superior del eje del avión, porque cuando el avión despega y aterriza, el morro se inclina hacia arriba y la cola está muy cerca del suelo, por lo que no se puede disponer la superficie de la cola vertical. Al igual que la cola horizontal, la mitad delantera de la superficie vertical de la cola suele ser fija, llamada estabilizador vertical, y la mitad trasera tiene bisagras detrás del estabilizador y puede girarse y desviarse, llamada timón. La función de la cola vertical es mantener el giro sin derrapar; mantener el morro en la pista durante el aterrizaje con viento cruzado; equilibrar el momento de guiñada asimétrico en vuelo (como el momento de guiñada generado por la parada de un motor entre varios motores). Se pueden instalar amortiguadores en el sistema de control del timón para evitar la guiñada y el balanceo de la aeronave a grandes altitudes y altas velocidades.
Los aviones no tienen altos requisitos de capacidad de control de rumbo. Incluso los aviones supersónicos rara vez utilizan colas verticales de movimiento completo.
La mayoría de los aviones tienen sólo una cola vertical (single vertical tail). Se encuentra en el plano de simetría. En algunos aviones de hélice multimotor, para mejorar la eficiencia de la cola vertical, la cola vertical se coloca deliberadamente en el flujo de aire de alta velocidad detrás de la hélice. Por lo tanto, la aleta vertical se divide en dos (doble aleta vertical) o más de dos (múltiples aletas verticales). En el tipo de cola vertical doble, generalmente se disponen dos colas verticales en ambos extremos de la cola horizontal para mejorar la eficiencia de la cola horizontal. En los aviones supersónicos, debido al fuselaje relativamente grueso, se requiere una mayor área de cola vertical para garantizar que el avión todavía tenga suficiente estabilidad direccional cuando vuela a grandes altitudes y altas velocidades. Si se adopta el tipo de aleta vertical doble, se puede reducir la altura de la aleta vertical y se puede reducir el momento de rodadura generado por la aleta vertical durante el deslizamiento lateral. Al mismo tiempo, también puede mejorar la estabilidad del rumbo bajo un gran ángulo de ataque. Consta de alas izquierda y derecha, a modo de cola horizontal, con un gran diédrico fijado a la cola del fuselaje. La cola en V tiene las funciones de una cola vertical y una cola horizontal. El perfil aerodinámico se puede dividir en dos partes: un estabilizador fijo y un timón articulado, o también se puede convertir en un tipo totalmente móvil.
Las dos superficies de la cola en forma de V tienen un área proyectada determinada en las vistas superior y lateral, por lo que pueden desempeñar simultáneamente el papel de estabilidad longitudinal (inclinación) y direccional. Cuando los dos timones se desvían en la misma dirección, actúa como un ascensor; cuando se desvían en diferentes direcciones (de manera diferencial), actúan como timones.
Hay una cola especial en forma de V que puede funcionar como cola vertical y como cola horizontal.
A veces, el alerón del automóvil también se llama alerón trasero, que son dos conceptos diferentes del comúnmente llamado alerón trasero.