Los Canards, su posición y su influencia en los diferentes "Eurocanards"

Ojo, artículo muy técnico

En una tesis doctoral de 1990 se comenzaba un estudio sobre la influencia del Canard con estas palabras: "En los futuros escenarios de enfrentamientos aire-aire, la aeronave que sea más maniobrable y al mismo tiempo controlable ganará con toda probabilidad el combate."

Fruto de esta idea se desarrollaron diferentes cazas que contaban con la posibilidad de ser controlables y maniobrables en condiciones PS (post-stall). Se estaba introduciendo el concepto de supermaniobrabilidad. Este concepto pasaba por contar con diferentes sistemas, como el empuje vectorizado o el ala Canard (o una combinación de ambos). De esta forma, un magnífico avión de combate como era el Mirage 2000 acababa de quedar obsoleto como caza de superioridad aérea.

En la imagen se pueden ver cuatro excelentes aviones de tecnologia europea. Todos ellos cuentan con ala delta, pero tres de ellos además, tienen los planos Canard. Se puede observar que los Canards del Eurofighter, curiosamente están en una posición más avanzada que los del JAS-39 y el Rafale. Vamos a ver a continuación la influencia de contar con un Canard con respecto a los delta sin cola y las diferencias en cuanto a la posición adelantada o retrasada del Canard en el fuselaje.


¿Qué son los planos Canard?

Los llamados planos Canard son pequeñas superficies horizontales colocadas en el fuselaje delante del ala principal. El nombre viene del francés y quiere decir pato. El Canard no es algo nuevo, de hecho, el avión de los hermanos Wright llevaba uno de estos controles de vuelo. La función de estos dispositivos es la de proporcionar estabilidad (o inestabilidad en los cazas FBW) y control longitudinal. Pueden ser de geometría fija, móvil o variable y puede incorporar o no superficies de control. Dependiendo de la instalación pueden estar por encima del ala principal, a la altura del ala principal (coplanar) o por debajo de esta. En algunos diseños el canard puede reemplazar o aumentar la autoridad de un estabilizador horizontal convencional como se puede ver en los modelos Beech Starship y Piaggio Avanti.

Un avión puede montar un Canard por varias razones, las más comunes son la producción de sustentación, el control de cabeceo, la estabilidad longitudinal y la compensación o trim con el fin de modificar el flujo de aire sobre el ala principal.

¿Cómo funcionan los Canards?

Los Canard son similares a las superficies de control tradicionales, esto es, planos de cola detrás del ala. En la figura 1 se puede ver una cola tradicional (con superficie de control trasera), con un perfil invertido, que crea downforce o fuerza aerodinámica descendente para compensar el par generado por el hecho de que en los aviones tradicionales el CG (centro de gravedad) y el CP (centro de presiones) se encuentran en posiciones diferentes. Con esta configuración se reduce el momento de cabeceo natural del avión.  

Figura 1. Corrección del momento de cabeceo añadiendo una carga hacia abajo creada en el estabilizador horizontal. Las líneas rojas son los límites del CG. Con un CG adelantado al CP el avión es más estable, pero genera más resistencia. Con un CG más cercano al CP, el avión es más inesasble, pero la downforce requerida, y por lo tanto la resistencia, también es menor. 
Carmona en su obra "Aerodinámica y actuaciones del avión" denomina a los planos canard "cola" delantera. Ya sea una cola delantera o una superficie de control adelantada, esta es una solución elegante al problema anterior para reducir el momento de cabeceo. Con el fin de evitar confusiones, en este artículo evitaremos llamar a los Canards "cola" y reservaremos esta terminología para los aviones sin Canard.

En la Figura 2 que se muestra a continuación vemos un perfil aerodinámico adelantado al ala. Esta superficie contrarresta el par de torsión que origina el cabeceo hacia abajo mediante la generación de sustentación positiva que se ejerce a modo de palanca en la sección de morro. Este es un hecho diferencial, los Canard generan sustentación (fuerza ascendente), mientras que la cola genera fuerza descendente (...y por lo tanto resistencia al avance). La sustentación adicional del canard reduce la cantidad de sustentación que debe ser generada en el ala principal para poder mantener el nivel de vuelo. 

Figura 2. Configuración Canard con hélice impulsora. En esta configuración el Canard es un perfil aerodinámico que genera sustentación en vez de downforce. Un 10% para el Canard y un 40% para el ala principal. Ambas fuerzas compensan el peso del avión y además se corrige el momento de cabeceo.

Clasificación principal 

Las dos clases de diseño principales para una configuración canard son el canard de sustentación y el canard de control.
  • Una configuración de canard de sustentación es aquella en la que el peso de la aeronave se comparte entre el ala y el canard. Un canard de sustentación genera una carga o fuerza de sustentación positiva que es opuesta a un estabilizador horizontal convencional que genera una sustentación negativa. Esta característica parece tener el potencial de permitir que el diseño incorpore un ala principal más pequeña. Sin embargo, como tanto la estabilidad de cabeceo como la capacidad de recuperación de pérdida dictan que el Canard debe entrar en pérdida antes que el ala principal, la capacidad de sustentación total del ala no es posible. Esto da lugar a que el ala principal tenga que ser, en la práctica, más grande de lo que se requeriría para un diseño sin canards.
  • En un diseño de canard de control, casi todo el peso de la aeronave lo lleva el ala y el canard se usa principalmente para controlar el cabeceo durante las maniobras. En otras palabras, un canard de control es predominantemente una superficie de control y generalmente tiene un ángulo de ataque cero. En algunos aviones de combate como el Eurofighter, se utilizan Canards de control para desestabilizar intencionalmente el avión con el fin de hacerlos más maniobrables. En este caso, los sistemas de control de vuelo electrónicos utilizan la función de control de cabeceo del canard para crear una estabilidad estática y dinámica artificial.

Los Eurocanards close coupled vs long arm

En aviación comercial subsónica no se suele ver este tipo de configuración debido a varios problemas de los que ya hemos hecho referencia en otro artículo. Sin embargo, en la aviación militar se aprecia que es un diseño muy recurrente en los aviones de caza. En casi todos los aviones militares europeos podemos ver esta configuración. Los mas destacados son: Eurofighter Typhoon, JAS 39- Grippen y el Dassault Rafale. Las similitudes son obvias, todos utilizan ala delta, pero entre estos modelos también hay ligeras diferencias, la mas clara es la posición del plano Canard con respecto al ala principal. Esto es lo que vamos a ver a continuación.

Hay dos posiciones principales de un Canard delante del ala: lo que se ha venido en llamar posición adelantada o long arm y posició retrasada o close coupled.

En los aviones militares, el Canard tiene una gran ventaja sobre la cola horizontal en vuelo nivelado. A medida que una aeronave con cola tradicional acelera a través de la región transónica, se da una tendencia a picar. Esto es debido a que el centro de presiones tiende a desplazarse hacia atrás, aumentando el cabeceo.


La superficie de control (los elevadores) tiene que contrarrestarlo; y si se utiliza una cola convencional, se genera un downwash, como hemos visto en la figura 1. Esta corriente descendente causa una gran penalización en términos de resistencia. Es ahí donde el Canard puede ayudar a proporcionar una fuerza ascendente, reduciendo la necesidad de ajuste o trimado del elevon/cola y, por lo tanto, reduciendo la resistencia en vuelo nivelado. Además, el canard también permite una terminación de la aeronave aerodinámicamente más limpia con una distribución de área superior en comparación con la configuración de cola tradicional, lo que reduce la resistencia supersónica.

Figura 3: diferencia de posición "long arm" vs "close coupled". Existe otra diferencia fundamental en esta comparativa. El Rafale tiene difusores de aire laterales y el Typhoon tiene una toma ventral.

El plano Canard también proporciona sustentación cuando la aeronave vira, independientemente de la configuración y el nivel de estabilidad/inestabilidad de la aeronave. La configuración Canard en un avión estable da como resultado la resistencia de vórtice, porque el propio Canard genera sustentación. Al igual que en un ala convencional, esta sustentación genera vórtices en las puntas debido a la diferencia de presiones entre la parte superior e inferior del Canard.

Si la aeronave es estáticamente inestable, el canard puede descargarse (reduciendo el AoA a cero), evitando de esta forma la resistencia por vórtice en vuelo de crucero; como resultado, las configuraciones Canard en aviones sin cola (ya sea long arm o close coupled) tienden a tener un excelente rendimiento supersónico, ya que no crean la resistencia de interferencia que es típica en las configuraciones con cola trasera. De hecho, el Canard sin carga (Canard de control y no de sustentación) se utiliza en los llamados Eurocanards (Gripen, Rafale y Typhoon), lo que da como resultado una relación L/D (Sustentación/resistencia) en vuelo nivelado comparable a los deltas sin cola, como el Mirage 2000 y relaciones L/D en maniobras mejores que en los deltas sin cola. En cualquier caso, sus relaciones L/D son mejores que las de las configuraciones con cola trasera tradicional.

Figura 4. En teoría, un close coupled Canard genera vórtices más cerca del "apex" del ala, lo que ayudaría a mantener el flujo en el ala principal. Según la visión francesa esto aumenta la maniobrabilidad con altos AoA. 

Canard close coupled y su influencia con el ala

En un avión convencional, el flujo de aire hacia abajo (downdraft) que produce el ala, disminuye la efectividad de los planos de cola. Sin embargo, el canard está ubicado en una zona de aire ascendente, lo que significa que su influencia aumenta. Esto hace que el centro de presiones o sustentación se desplace hacia adelante más de lo que sugeriría el tamaño del canard. 

Figura 5. Un F-5 con cola convencional y otro con Canards muestran el flujo de aire sobre el ala y sobre el Canard

Este efecto desestabilizador dio lugar a que los primeros aviones con este dispositivo requerian una posición del CG muy adelantada. Pero, por otra parte, esta disposición también ha demostrado ser beneficiosa si de lo que se trata es de tener un avión inestable controlado por ordenador con tecnología FBW (como en los Eurocanards).

Los aviones con el tipo de canard denominado close coupled, son dinámicamente inestables. Estos aparatos muestran una mejor velocidad en cabeceo o aumento del ángulo de ataque que los aviones sin canard. Además, se observa una gran mejora inicial en la sustentación cuando el canard adopta rápidamente un ángulo de ataque alto (por eso los Canards se utilizan para el control de cabeceo), mejorando así la velocidad de inicio de una maniobra de encabritamiento o en maniobras en las que se inicia un viraje.

La propia corriente descendente del Canard puede llegar a impedir la generación de sustentación del ala cuando se adoptan ángulos de ataque bajos, pero este efecto puede contrarrestarse mediante un posicionamiento adecuado del Canard. Esto quiere decir que el canard, por lo general, debe situarse por encima del ala, como se puede ver en los Viggen de la casa Saab y los Rafale de Dassault. 

Una consideración adicional es el ángulo de aflechamiento. Se han hecho varios estudios y el resultado ideal parece indicar que son 45° ya que en ese ángulo de aflechamiento el canard tiene relativamente poca influencia en la generación de sustentación. En ángulos de ataque más altos, la corriente descendente puede incluso eliminar la separación del flujo en el ala, mejorando así la sustentación y reduciendo la resistencia.


Figura 6. Estudio de los vórtices en un Sukhoi Su-30: Vortex Dynamics Study of the Canard Deflection Angles’ Influence on the Sukhoi Su-30-Like Model to Improve Stall Delays at High AoA. Se puede leer en inglés aquí: https://www.mdpi.com/2226-4310/6/2/12/htm

Las aeronaves dotadas de close coupled Canard no tienen por qué tener tanta inestabilidad estática como los que tiene long arm Canard o cola convencional, ya que el close coupled Canard crea naturalmente un área de baja presión en la parte delantera del ala. Esto da como resultado que el centro de sustentación se mueva hacia adelante, lo que aumenta la inestabilidad de la aeronave a niveles más allá de lo que se esperaría si se contara solo con la sustentación del ala.

En la imagen se aprecia que tanto el Canard como el ala producen dos conjuntos de vórtices, uno desde la punta y otro desde la raíz. En una configuración close coupled, los vórtices de punta de Canard, raíz de Canard y raíz de ala ayudan a aumentar la sustentación en ángulos de ataque altos. La influencia mutua del canard y el ala principal significa que los vórtices que giran libremente se estabilizan y que la destrucción del vórtice se retrasa, especialmente en ángulos de ataque elevados; se puede formar un vórtice adicional en el ala donde la corriente del canard disminuye repentinamente el ángulo de ataque efectivo. El vórtice del ala también mueve el vórtice Canard hacia adentro. Como resultado, las superficies de control del borde de salida del ala siguen siendo efectivas en ángulos de ataque mucho más altos que en una configuración long arm o delta sin cola, ya que los vórtices permiten que el flujo de aire permanezca pegado más tiempo y el punto de destrucción del vórtice alcanza el borde de salida del ala a un ángulo de ataque más alto que sin la presencia de un Canard, (la ruptura del vórtice se retrasa tanto para los vórtices de ala como para los vórtices de canard, lo que aumenta la efectividad de ambas superficies en ángulos de ataque altos). 

El twist o retorcimiento del ala (del que ya hemos hablado) también se reduce, porque los vórtices externos ayudan a prevenir la pérdida de la punta de plano, mientras que los vórtices internos aumentan la sustentación del fuselaje, además de mejorar la sustentación del ala. Los efectos de los vórtices externos en la punta del ala también dan como resultado una mejor velocidad de alabeo y una mejor respuesta de alabeo, especialmente en ángulos de ataque altos.

Esto también da como resultado una mejora en la sustentación máxima, que puede ser hasta un 20-30% mayor que lo que se logra con las superficies por si solas, así como una sustentación mejorada para la mayoría, si no todos, los ángulos de ataque.

En muchos estudios aerodinámicos, como el comentado anteriormente, muestran claramente que todas las configuraciones del close coupled Canard producen un aumento de la sustentación con un AoA por encima de 20 grados, y muchos experimentos también muestran un aumento de la sustentación con solo 10 grados de AoA, aunque con un AoA bajo, la mejora de la sustentación es tan pequeña que resulta insignificante. A 20 grados AoA, el aumento de sustentación en un experimento encontró un incremento del 34% en comparación con la suma de sustentación producida por el ala y el canard por separado.

Figura 7. Las maniobras "imposibles" de los Eurocanards y la nueva doctrina. Para ganar un combate cuerpo a cuerpo con otro caza, se deberá contar con la ventaja de apuntar primero. El avión que apunta primero a su oponente tiene la primera oportunidad de lanzar un arma "fire and forget". En segundo lugar, nuestro caza debe tener la capacidad de mantener el morro apuntando hacia el oponente durante más tiempo. La aeronave que puede apuntar más tiempo tiene la capacidad de maniobrar a velocidades de giro más altas durante períodos más largos que el oponente. Mantener el morro apuntando al oponente permite a nuestro caza defenderse de otras aeronaves que no sean el objetivo o enfrentarse a varios objetivos. 

También se ha encontrado en estos estudios, que se obtiene un mayor ángulo de ataque en el punto de sustentación máxima. La mejora es mayor para los Canard que se sitúan por encima y justo delante del ala, y la curvatura (camber) y el twist del ala no tienen ningún efecto en el aumento de sustentación; La mejora de la sustentación se maximiza cuando el área del canard es el 25% del área del ala, y la mejor relación entre la sustentación y la relación L/D se logró con un Canard de aflechamiento a 45°. El borde de salida de Canard y el borde de ataque del ala deben estar lo más cerca posible, pero nunca deben superponerse, ya que se produciría una pérdida de sustentación. Sin embargo, más allá de Mach 0,9, el close couple Canard tiene poco efecto sobre la sustentación.

Como resultado, las aeronaves con esta configuración tienden a tener mejores características y rendimiento en maniobra que si se eliminara el canard. Una serie de pruebas con el F-4 que tenían canard montado en la parte superior delantera de las entradas de aire revelaron que la adición del Canard permitiría que la aeronave aumentara una g completa a 470 kph y 9.000 m, y también reduciría la velocidad de aproximación en 14 km/h.


McDonnell YF-4E Phantom II con Canards del programa de prototipos de alta maniobrabilidad.  

El Kfir israelí, una modificación del Mirage 5, usó este tipo de Canards para mejorar el rendimiento, al igual que el Saab Viggen. Gracias a las interacciones favorables del vórtice del ala del Canard, el Viggen logró un coeficiente de sustentación un 65% mayor en la aproximación que un ala delta pura. Este avión consiguió la capacidad STOL reduciendo las velocidades de despegue y aterrizaje. El uso del close coupled Canard le dio al Viggen un control de compensación (trimado) mucho mayor y le permitió usar los elevones para mejorar la sustentación en el despegue. Unos elevones de delta sin cola reducirían la sustentación.

Además del aumento en la sustentación, los close coupled Canard se encargan de reducir la resistencia en las maniobras en todos los ángulos de ataque, también en los más bajos (10° o menos), y reducen la resistencia para una misma velocidad de viraje en comparación con la configuración sin Canard. Existen tres razones principales por las cuales estos Canards producen sustentación:

  • Primero, dado que el aumento en la sustentación es evidente incluso en ángulos de ataque bajos, la configuración close coupled necesita un ángulo de ataque más bajo para el mismo tamaño de ala, o menos tamaño de ala para el mismo ángulo de ataque, para lograr la misma relación sustentación/peso (L/W); esto da como resultado que se logre la misma velocidad de viraje con menos penalización por resistencia. 
  • En segundo lugar, el close coupled Canard reduce significativamente la separación del flujo. La separación del flujo (pérdida) es una fuente importante de resistencia, y en configuraciones de ala delta sin este tipo de Canard, la primera pérdida puede ocurrir en ángulos de ataque muy por debajo de los requeridos para la sustentación máxima. 
  • En tercer lugar, la configuración de los close coupled  Canard requieren menos deflexión de la superficie de control (trim) para mantener el mismo ángulo de ataque, reduciendo así la resistencia por compensación (trim).
Todos estos factores se combinan para reducir la resistencia en una sustentación determinada. De hecho, la relación de sustentación/resistencia (L/D) con la configuración close coupled Canard puede ser un 10% mayor que para configuraciones sin Canard.

Un factor adicional es la influencia del diseño. Los vórtices más fuertes de ala son producidos por formas planas con bordes afilados y con mucho aflechamiento que dan lugar a un L/Dmax bajo y, por lo tanto, un alcance y autonomía peores, además de una velocidad de aproximación más alta. Por lo tanto, se requiere un mecanismo adicional para producir y/o energizar vórtices.

Los Canard adoptan un AoA neutro durante el crucero subsónico, sin producir sustentación, por lo que causan una menor penalización por resistencia. La posición del canard delante del ala también ayuda a mover el centro de presiones hacia adelante en relación con el centro de masa del avión, creando una configuración naturalmente inestable.

A velocidades supersónicas, las configuraciones con el close coupled Canard experimentan menos desplazamiento del centro de sustentación, lo que reduce la resistencia inducida y la resistencia por trim (compensación) en comparación con las aeronaves Canard delta sin cola y Long Arm Canard. Esto se compensa en parte con una resistencia relativamente menor del propio Canard. Hay poco efecto sobre la sustentación o la resistencia durante las maniobras supersónicas, y el close coupled Canard combinado con la entrada ventral en realidad aumenta la resistencia supersónica. A velocidades transónicas, los beneficios son los mismos que a velocidades subsónicas.

El close coupled Canard también retrasa el inicio y la intensidad del buffeting. Un beneficio adicional es la capacidad de control del avión a ángulos de ataque mayores que los de la pérdida, lo que es importante principalmente por seguridad: las configuraciones con close coupled Canard mantienen el control con ángulos de ataque de hasta 100-110°, sin riesgo de quedar atrapado en una super-pérdida. Además, si el FCS (sistema de control de vuelo) se desarrolla adecuadamente, este tipo de Canard puede ayudar a amortiguar las oscilaciones de alabeo y guiñada, protegiendo así contra el alabeo y el resbalamiento; pero si el FCS no se desarrolla adecuadamente, estos problemas pueden magnificarse. Las configuraciones con este tipo de Canard tienen también un comportamiento aceptable en barrenas. En caso de emergencia, los Canards también pueden ser puestos a favor del viento (feathering como con las hélices), dando lugar a un comportamiento de la aeronave más estable o neutral.

Aquí hemos discutido el Canard alto (por encima del ala), pero la mayoría de estos efectos también son aplicables a los Canard coplanar (a la altura del ala), aunque estos son significativamente menos eficientes y no aumenta el nivel de inestabilidad de la aeronave más allá del efecto del Canard en sí (que, para el canard de control, es cero a velocidades subsónicas). El Canard bajo, por otro lado, crea un área de baja presión en la superficie inferior del ala, lo que provoca un momento de cabeceo hacia abajo. Además, el canard bajo no produce la ya comentada formación de vórtices en el borde de ataque del ala; Ambos efectos reducen la sustentación en comparación con los aviones de un solo ala principal, coplanar o Canard alto. Otra posibilidad sería contar con un Canard de geometría variable, que mejoraría significativamente la respuesta de cabeceo del ala, pero esto es algo técnicamente muy complejo y dificilmente realizable.

Canards long arm

El vórtice que se crea con este tipo de Canard se destruye antes debido a la falta de influencia del ala principal. Esto significa que el long arm Canard no influye en la mejora de la sustentación más allá del aumento en el tamaño de la superficie alar total a la que contribuye. Las implicaciones son que que no reduce la resistencia a altos ángulos de ataque como lo hace el close coupled Canard y, en consecuencia, la configuración long arm Canard tiene una resistencia más alta que incluso un avión delta sin cola estándar. También es más probable que aumente la resistencia incluso con sustentación cero, ya que este tipo de Canard es más difícil de incluir en la distribución general del área del cuerpo; Sin embargo, si se calcula bien, la resistencia inducida con AoA cero puede llegar a ser menor que el close coupled Canard, y la resistencia en crucero también puede ser menor a velocidades subsónicas, y posiblemente supersónicas.

Sin embargo, la inestabilidad total de las aeronaves que utilizan el long arm Canard tiene que ser mayor que la del close coupled Canard para que estos beneficios sean apreciables, ya que la tasa de cambio del punto neutro con el número de Mach es mayor que la de la configuración close coupled Canard; tal diferencia no se puede lograr actualmente con los FCS. En estas condiciones, se considera que el long arm Canard seguirá siendo inferior en maniobras de combate cerrado independientemente del nivel de inestabilidad, por lo que esta opción sería mejor para otro tipo de aviones como los interceptores, bombarderos supersónicos y aviones civiles en vez de cazas de superioridad aérea. Dicho esto, esta configuración sigue siendo superior a los aviones con cola convencionales, ya que produce una respuesta inmediata en la dirección deseada.

El long arm Canard de sustentación se utilizó en la variante Mirage “Milán” para mejorar el rendimiento de despegue y aterrizaje. A medida que los planos de proa aumentaban la sustentación por delante del centro de gravedad de la aeronave, se requería que los elevones se deflectarán hacia abajo para compensar (trim). Como resultado, se obtenía sustentación tanto por delante como por detrás del centro de gravedad, reduciendo la distancia de despegue y mejorando la maniobrabilidad.

El canard que genera sustentación no se utiliza en ninguno de los Eurocanard, ya que tiene graves problemas de seguridad: si el ala entra en pérdida antes que el Canard, es probable que la aeronave entre en una pérdida irrecuperable. Otro factor importante es que este tipo de Canard causa una importante penalización por resistencia en vuelo nivelado. El X-31 (en la imagen) utilizó el canard de control junto con la vectorización de empuje para lograr maniobrabilidad posterior a la pérdida (PSM o post stall manoeuvring), pero ese Canard requería grandes cantidades de deflexión (+20/-70 grados) para ser efectivo, mientras que el close coupled Canard requiere menos deflexión.

Si bien el long arm Canard proporciona un brazo más largo para crear momento (de ahí el nombre) y, por lo tanto, una velocidad de cabeceo potencialmente más alta, este ventaja puede ser compensada por el close coupled Canard, ya que este se puede colocar estratégicamente de forma que produzca una zona de baja presión en la parte delantera del ala principal lo que provoca un efecto similar. El long arm Canard proporciona una mejor rotación en el despegue, especialmente en comparación con la cola horizontal.

En términos de rendimiento con alto AoA, las configuraciones de long arm Canard permiten una buena capacidad de cabeceo hacia abajo controlables en un márgen de AoA menor que los close coupled Canard, hasta unos 70°. También son propensos a problemas de encabritamiento (pitch-up) transónico y no proporcionan una mejora notable en las características de recuperación de una barrena.

Referencias:






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Comentarios

  1. Muy técnico pero comprensible; deduzco, si lo he entendido bien, que la configuración de los Rafale/Grippen es más efectiva que la utilizada en el Eurofighter... en todo caso viendo como maniobran todos incluidos sus contraparte rusos, es curioso observar la diferente configuración de los Raptors (empuje vectorial) y la serie F-35.

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    1. Efectivamente querido amigo, dependiendo de muchos factores una configuración puede ser mejor que otra. En todos los Eurocanards se ha logrado una maniobrabilidad espectacular. Todos son aviones increíbles. En el caso del Typhoon, a pesar de tener unos planos Canard muy alejados, ayuda mucho tener la bestia propulsora EJ200, el avión va sobrado de empuje y compensa muchas cosas. Todas las soluciones han logrado cumplir con especificaciones propuestas. El otro día leía un artículo especializado en el que se decía que un Typhoon era un 82% efectivo compardo con un F-22 y mucho más efectivo que un antiguo F-15. Una forma de medir la efectividad muy curiosa que ya comentaré con más profundidad. Además, voy intentar poner un post dedicado al Typhoon con mas info sobre todo esto. Es un tema interesante.

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  2. Que buen artículo, gracias Manolo, esta curradisimo, con dibujos, referencias y todo.

    Esta claro que los close coupled canard (CCC) dan una mejora a alto AoA enorme frente al long arm canard (LAC) sobretodo por la interferencia favorable de torbellinos pero a bajo AoA no generan tal zona de baja presión y si downwash en el ala (mayor que en LAC) disminuyendo la sustentación del ala a iso AoA en función de cuanta sustentación tenga el canard. A su vez estan sometidos al upwash del ala por lo que ven un AoA mayor que el geométrico del avión aumentando su inestabilidad como comentas (más upwash en CCC por su mayor cercanía al ala).

    Por otro lado el canard es menos eficiente generando sustentación que el ala por su menor alargamiento (mayor inducida) y este efecto deberia reducirse con un schedule fijo de deflexión de canard con AoA como hacen los eurocanards. Si se sigue este schedule para disminuir el lift del canard tb disminuira la inestabilidad via menor downwash (Centro de Presiones total menos adelantado) por lo que el LAC es más inestable que el CCC dado su mayor brazo a iso tamaño y características aerodinámica (clalfa) de los canards claro esta.

    En un canard de control, sea CCC o LAC, la sustentación del canard será la necesaria para trimar y en maniobra será proporcional al factor de carga del ala para poder trimar el avión por lo que un mayor brazo como en los LAC disminuirá la sustentación necesaria en el canard y por tanto la resistencia de trimado y por tanto los gs máximos alcanzables y sostenibles en el tiempo a motor dado. Los flaperones de los eurocanard tb sirven para trimar a la vez que para generar el movimiento que da lugar a la maniobra. Al ser el avión inestable este movimiento tiene que ser muy rápido para no perder el control del avión, exigiendo un sistema hidráulico y unos actuadores potentes.

    Luego respecto a las pérdidas en configuración canard esté debe entrar en pérdida antes que el ala para que el avión sea recuperable (si el ala entra en pérdida antes que el canard el momento sería inestabilizante con tendencia a aumentar alfa) mientras que en configuración con cola esta debe entrar en pérdida después que el ala por las mismas razones. Este hecho limita al final el AoA máximo a aquel para el que entra en perdida el canard que a priori es menor que el del ala propio y en añadido el canard esta en upwash del ala.

    En cualquier caso cada configuración es mejor para unos determinados requisitos (mejor factor de carga sostenido o mejor factor de carga instantáneo // mayor inestabilidad o menor por una mayor reacción del avión para un role predominante AA o AG // mayor clmax para el factor de carga instantaneo o para bajas velocidades de arerrizaje y despegue incluyendo buenas características en embarcado)

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    1. Hola Alberto, muchas gracias por tu amable y extenso comentario. Da gusto tener lectores así de versados en la materia. Efectivamente es un tema muy complejo y hay muchas soluciones según para que queramos los Canards y la funció principal del avión.

      Voy a ver si saco un poco de tiempo y dedico unos cuantos artículos a cada uno de los Eurocanards, porque cada avión tiene sus peculiaridades. He visto algunos artículos en los que se compara su capacidad, pero es difícil decantarse por uno en concreto al haber tantas variables en juego. Aún así tratare de hacer una comparativa lo mas objetiva posible.

      Un fuerte abrazo
      Manolo

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    2. Estaría genial continuar con el monográfico de eurocanards Manolo.

      Mi opinión es que Francia se fue del eurofighter porque quería un avión diferente, con más de ataque a tierra y con posibilidad de embarcar y menos A-A que UK y Alemania que ya tenían el tornado para este rile específico. El tornado con su flecha variable era capaz de velocidades supersónica a baja cota con flecha máxima disminuyendo la sensibilidad a ráfagas así como de alcance aumentado con flecha mínima. La baja cota disminuye la detección por radar de manera importante.

      Un abrazo

      Alberto

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    3. Efectivamente, los franceses querían ir por libre y lo dejaron bien claro. Voy a comentarlo en el próximo post ( a ver si saco un poco de tiempo).

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  3. El vídeo del que todos hablan: Dogfight Inteligencia artificial v/s Piloto de F-16
    https://www.youtube.com/watch?v=Q_EGW78R2Oo
    La IA es el jugador Heron, verde. En una segunda visualización veo que las circunstancias distan mucho de ser parecidas a las reales, y veo cómo la IA hace las mismas maniobras, como giros amplios en vez de lo esperado, los más cerrados.

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    1. Hola querido lector, muchas gracias por el comentario.

      Te copio aquí los comentarios de Microsiervos: Tras casi un año la competición AlphaDogfight de la Agencia de Proyectos Avanzados de Defensa de los Estados Unidos ha celebrado a su final. En ella la inteligencia artificial de Heron Systems ha conseguido derrotar a Banger, un piloto de caza de la Fuerza Aérea, en cinco enfrentamientos que los ponían al mando de sendos F-16 en combates aéreos simulados. La derrota fue por 5 a 0.

      De hecho en los cinco combates, que partían de una posición neutra en la que ninguno de los aviones tenía ventaja sobre el otro, Banger no consiguió hacer blanco ni una sola vez en el avión pilotado por Heron. La única arma de la que disponían era el cañón del avión; nada de misiles.

      Pero he entrecomillado inteligencia artificial en el título de la anotación porque, como siempre, quiero resaltar que de inteligencia, nada. Sólo –aunque no es poco– es un sistema programado para hacer una tarea muy concreta. Y en eso ha vencido antes a otros siete sistemas similares durante la fase eliminatoria previa.

      Además, como explican en Combate aéreo IA-Humano, gana IA, esta final tenía una limitación o peculiaridad, y es que no utilizaron el simulador que usan los pilotos de la Fuerza Aérea para su entrenamiento. Por eso Banger podía estar en cierta desventaja al no estar acostumbrado a la dinámica de vuelo del simulador o a la representación de los instrumentos.

      También hay que tener en cuenta que en este caso Heron gozaba de una vista perfecta del avión con el que se enfrentaba; en un entorno real con contramedidas electrónicas en marcha las cosas podrían haber sido muy distintas, aunque sólo sea porque los ojos humanos no se ven afectados por ellas.

      Quizás una evolución de esto sería poner a Bange y Heron a los mandos de sendos QF-16 –F-16 convertidos en drones– y ver qué pasa.

      En cualquier caso no deja de ser un resultado interesante a la vez que inquietante. Como para reflexionar. ¿Alguna vez veremos volar aviones armados en los que la decisión de abrir fuego depende de una «inteligencia artificial?

      https://www.microsiervos.com/archivo/aerotrastorno/inteligencia-artificial-derrota-piloto-combate-aereo-simulado.html

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  4. Artículo muy logrado y detallado, ¡gracias!

    El primer informe de la NASA sobre los canard, puede descargarse aquí:

    https://archive.org/details/nasa_techdoc_19740020361

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    1. Hola Quique, muchas gracias a ti por tu comentario y por el enlace. Lo pondré junto a las referencias.

      Un abrazo
      Manolo

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    2. La pregunta es ¿porque los americanos no llegaron a hacer ningún fighter con canard?

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    3. Buena pregunta. Los rusos han incorporado una especie de extensiones móviles en el PAK FA, pero estadounidenses no han querido poner nada parecido en el F-22. Los norteamericanos an incorporado los canards en varios programas como el demostrador tecnológico F-15 ACTIVE y el prototipo de bombardero hipersónico XB-70, pero el único avión estadounidense de producción que usa canards lo hace principalmente por estabilidad; el B-1B Lancer, que tiene un pequeño par de canards vinculados al sistema FBW que amortigua las oscilaciones en el fuselaje delantero.

      La razón principal por la que los norteamericanos no se han decidido a poner los canards puede ser el incremento en la firma radar (radar cross section o RCS). Los Canards aumentan mucho la RCS y si tienes un avión stealth lo último que quieres es que te descubran. El F-22, por poner un ejemplo, tiene unas características superiores al Typhoon (aunque no anda muy lejos) y no monta los canards porque consigue la supermaniobrabilidad por otros medios (FCS y empuje vectorizado). Creo que si le hubieran visto más ventajas los hubieran montado.

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  5. Esperaba alguna mención del Saab Viggen y sus grandes canards. Muy técnico pero perfectamente entendible articulo

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    1. Hola querido lector, la mención al Viggen se ha hecho en otro artículo de la serie.
      https://greatbustardsflight.blogspot.com/2020/09/analisis-de-los-eurocanards-jas-39.html
      Se puede encontrar en el archivo del Blog.
      Un cordial saludo
      Manolo

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  6. Juan Carlos Elizalde Joza26 de noviembre de 2020, 4:41

    Saludos, muchas gracias por el artículo. No lo he entendido del todo, pero me han quedado claras unas pocas ideas (perdona la sinceridad, pero pertenezco al mundo de las ciencias biológicas, aunque me encanta el tema de la aviación militar).
    Soy de Hispanoamérica y acá hay un importante número de países necesitando re equipar sus fuerzas aéreas. Están México, Colombia, Perú, Ecuador, Argentina y el mismo Chile quiere reemplazar sus F-5. Una de las cosas que por costos de prefiere en estos lares, son los aviones monomotor (he allí el Gripe NG brasileño). Siendo así y teniendo ventajas la configuración canard, cuál creen ustedes que sería el motivo para que Dassault no haya hecho un upgrade al Mirage 2000 con planos canard y misiles en wingtips, tal como ofrecen los deltas europeos más recientes. Sería un avión con gran potencial de venta, pues sería de segunda mano, tendría muchísimas horas remanentes y como solo el equipamiento del M2000-5 Mk2, estaría más que sobrado de capacidades para nuestros países.
    Muchas gracias por la gentil respuesta.

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    1. Querido Juan Carlo, muchas gracias por tu pregunta. Me puedes tutear sin problemas, en este blog somos todos amigos y entusiastas de la aviación :)

      Es una gran pregunta la que planteas y que mucha gente se hace. Tiene muchas vertientes y no es sencilla de contestar. Voy a poner un post dedicado a ello porque la cosa da para mucho. Puedes ver el post hoy mismo. No soy un experto en el tema, pero yo soy de la opinión de gastar lo menos posible en aviones extremadamente complejos a no ser que se les pueda sacar partido en contraprestaciones industriales. Caso del Eurofighter. Para nuestros queridos países hermanos de hispanoamérica la cosa es complicada. cada país tiene sus intereses y sus circunstancias. Te lo explico con más detalle en el post que acabo de poner.
      Un fuerte abrazo
      Manolo

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  7. Buenas tardes Manolo, tengo unas cuantas dudas que me gustaría comentarte. Si consideras que son preguntas muy básicas o que cierta lectura sería más conveniente para entender el tema, estoy abierto a cualquier sugerencia por supuesto!
    Bueno, ahí van jeje:
    En vuelo estable los canard de control no generan normalmente sustentación, por lo que el momento resultante de las fuerzas que actúan en el ala principal sobre el centro de gravedad debe ser cero. Al producirse cabeceo (ascendente por ejemplo), el canard generará sustentación por presentar ángulo de ataque, desequilibrando el momento total respecto al CDG. En esta situación, ¿despliegan las aeronaves sus superficies de control traseras simétricamente para desplazar el vector resultante sobre el ala e introducir así un momento no nulo que compense el del canard?
    Has comentado también que el ángulo de aflechamiento disminuye la generación de sustentación, entiendo que porque una buena parte del flujo de aire es lo que los ingleses interpretan como "spanwise flow", ¿correcto? También he visto que todos los Eeurocanard presentan cierto diedro (positivo o negativo). Dudo mucho que sea por estabilidad en alabeo, ¿sabes el porqué de este ángulo?
    En tercer lugar, para iniciar movimientos de cabeceo, ¿es suficiente con el movimiento de los canard, o las superficies de control de las alas principales deben actuar en conjunto? Por otro lado, he visto que aviones de cola trasera como el f22 utilizan la cola en conjunto para maniobras como el alabeo. ¿Los canard pueden ayudar también en estas funciones, o tiene sentido que lo hagan? Lo digo porque en un avión como el f22, a bajas velocidades, las superficies de cola son suficientemente grandes como para tener un impacto notable en las maniobras (y en vuelo supersónico probablemente las usarán en exlusiva, ya que el uso de los alerones generarán creo yo demasiada fatiga sobre la estructura ) pero los canard son comparativamente menores.
    En cuarto lugar, en ángulos de ataque muy altos, donde el avión entraría en pérdida, un aflechamiento elevado y el propio ángulo de ataque de las alas genera intensos vórtices sobre el ala permitiendo la sustentación. ¿Hay alguna lectura recomendable que explique este fenómeno y el porqué de la importancia del aflechamiento y ángulo?
    Finalmente, el canard como superficie de sustentación me parece algo interesante, como el caso del JAS37. Para que este avión resulte estable, es necesario que el coeficiente de sustentación del canard varíe en menor medida que el del ala principal. Además, por seguridad, como bien dices, debe entrar en pérdida antes. He leído que todas estas cualidades pueden conseguirse entre otras cosas mediante la carga alar y la distribución del centro de gravedad. ¿Hay alguna lectura sobre este tema que recomiendes?

    Disculpa el texto tan extenso, espero que al menos te resulten preguntas interesantes.

    Un saludo, Gabriel

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  8. Discúlpame Manolo, si puedes por favor respóndeme a este comentario. Se me ha olvidado darle al botón de "avisarme" al otro, jeje

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    1. Hola Gabriel, muchas gracias por tu extenso comentario y las interesantísimas preguntas que planteas. Es un placer contar con lectores como tú.

      Veo que la mayoría de las cuestiones están relacionadas con las llamadas Leyes de Vuelo y la estabilidad, la dinámica y el control. Son temas complicados en los que no soy un experto y contestar todas esas preguntas con un mínimo de rigor requeriría una gran cantidad de artículos (todos ellos muy extensos) y unas explicaciones que quedan fuera del principio con el que se creó este humilde Blog divulgativo: "Artículos aeronéuticos muy simplificados y muy lejos de los textos académicos".

      Por ese motivo, yo te recomedaría ir directamente a los que saben de vedad sobre esta materia. En los enlaces al final del artícuo puedes ver trabajos muy serios donde se explican, al menos parcialmente, algunas de las cosas que preguntas.

      Para una explicación más detallada hay que ir sin duda a los textos académicos. Hay muchos libros dedicados al vuelo inestable y al control y la dinámica de vuelo. Al final del Post te he dejado las portadas y los enlaces de tres libros que responderán sin duda a todo lo que planteas con rigor y precisión.

      Un cordial saludo y Feliz 2022
      Manolo

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    2. Muchas gracias por tus palabras Manolo. En verdad soy un profano en estas tierras jeje, pero siempre me ha apasionado la aerodinámica y el mundo aeroespacial en general.

      Voy a echarle un ojo a los textos, agradezco enormemente que te hayas tomado la molestia. Siempre es buen momento para iniciar una buena lectura!

      Un saludo y feliz año nuevo

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