La incidencia variable del estabilizador horizontal

En la imagen que abre el post se puede ver el empenaje de un avión comercial. En esencia, esto no difiere mucho de los que podemos ver en las avionetas y otros aviones ligeros. Tenemos un estabilizador horizontal y unos elevadores o timones de profundidad. 

Sin embargo, en los aviones grandes existe una particularidad, y es que el estabilizador horizontal tiene incidencia variable. Debajo se puede ver el THS o estabilizador de incidencia variable de un E-Jet. La cantidad de incidencia para el cabeceo (pitch) se puede ver en el EICAS. Exteriormente, en muchos aviones modernos, se pueden ver también los grados de incidencia pintados en el fuselaje.

 

¿Cómo se puede mover el estabilizador horizontal?

Para poder mover esta pieza los fabricantes la conectan a un sistema similar a los husillos, como el que se ve a continuación. Un husillo es un tornillo y una tuerca.

En los aviones, normalmente va inclinado y el estabilizador se conecta a un dispositivo que equivale a la tuerca del husillo. Esto se puede ver a continuación en el E-Jet. El tornillo se hace girar por medio de motores (hidráulicos o eléctricos) y el tornillo o su equivalente sube y baja cambiando la incidencia del estabilizador.

Debajo se puede ver un esquema de un avión convencional (Boeing 737).

El piloto puede accionar unos interruptores en los controles de vuelo para cambiar la incidencia de este estabilizador. Debajo se ve el 737. El piloto automático también puede accionar y cambiar la incidencia del estabilizador horizontal para efectuar correcciones en cabeceo o mantener una velocidad.

Los aviones de última generación, como el E-Jet también disponen de este tipo de interruptores. Existen también unos pulsadores o botones que evitan que el sistema pueda desbocarse incontroladamente. Pulsando estos botones se corta la energía que hace girar al tornillo.

Los pilotos pueden ajustar la compensación o trim del avión manualmente desde los controles de vuelo cuando vuelan en modo manual.

¿Qué ventajas aporta el que el estabilizador horizontal tenga incidencia variable?

La principal ventaja de este sistema es que permite que el elevador se mueva muy pocos grados. El que el elevador se deflecte solo pequeños ángulos es útil básicamente en dos casos: 

1.- Cuando se despliegan dispositivos hipersustentadores como los flaps y los slats, el centro de presión en el ala tiende a desplazarse hacia atrás hasta un tercio de la cuerda del ala. Los flaps Fowler, además aumentan el área del ala cuando salen hacia atrás en el borde de salida, y los slats pueden generar picos de succión altos. El resultado es que el avión requiere un cambio de compenasción muy grande, por lo que el empenaje ahora tiene que generar una carga aerodinámica mucho mayor. 

Si intentamos compensar la cantidad de sustentación con el empenaje, deberemos deflectar los elevadores una gran cantidad. Muy posiblemente no podríamos llegar a la máxima deflexión posible para poder compensar todo el cambio. Simplemente habremos alcanzado los límites físicos del elevador y no habremos tenido muy posiblemente el control total deseado. 

Al ajustar la incidencia del estabilizador, el elevador puede mantenerse cerca de su posición neutral con solo pequeñas desviaciones. Si fuese necesario, el elevador todavía tendría margen para poder ser deflectado aún más en caso de ser necesario para el control. 

2.- En vuelo transónico, el elevador puede no tener siempre características lineales. La disrupción del flujo de aire debido a un movimiento excesivo del elevador induce ondas de choque que a su vez dan lugar a una separación mayor del flujo, y este a su vez reduce la efectividad del control e incluso puede llegar a invertir la característica de control. 

La transición del vuelo subsónico al supersónico desplaza el centro de sustentación (centro de presiones) hacia atrás, el empenaje necesita entonces crear una fuerza compensatoria descendente (downforce) cuando el avión acelera a través del rango de velocidad transónica. 

En estas condiciones, es muy posible que una desviación del elevador no pueda llegar a producir el cambio de sustentación (compensación) deseado. Solo se podrá ajustar la compensación si se mueve la incidencia del estabilizador para que el elevador pueda mantenerse neutral y así mantenerse dentro de los parámetros de control efectivos. 

Los antiguos aviones comerciales de hélice tenían cargas alares más bajas y flaps menos potentes. El centro de sustentación en el ala cambiaba menos al seleccionar los flaps, por lo que un estabilizador fijo era más que suficiente. Pero con el diseño de los nuevos aviones reactores, la carga del ala ha aumentado considerablemente y, además, el ala de estos aviones modernos lleva instalados los flaps de tipo ranurado, así que los ingenieros deben de equipar a estos aviones con un estabilizador horizontal móvil.

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