¿Dónde debería estar el centro de masa, elevación y empuje, en un jet?

Gracias por la oportunidad A2A.

Intentaré mantener mi respuesta breve y específica.

Tenga en cuenta que no todo es abarcando, ya que solo cubre algunos de los muchos criterios de diseño que deben tenerse en cuenta.

Centro de gravedad :

Estoy usando el término ” Centro de gravedad ” (C de G) en lugar de ” Centro de masa ” porque es lo que se usa típicamente en la mayoría de los contextos aeroespaciales donde estamos tratando con fuerzas.

  1. El Centro de Gravedad generalmente debe ubicarse entre el 15% y el 35%, pero no necesariamente, del acorde aerodinámico medio (MAC) del ala.
  2. La ubicación afecta la estabilidad y el control.
  3. Para una aeronave diseñada para experimentar elevación ‘negativa’ en el estabilizador horizontal de la cola en vuelo recto y nivelado,
  • Una ubicación C de G más allá del límite de avance resultará en una condición de manejo de “morro pesado” por el cual el sistema de control tendrá autoridad insuficiente de elevador o estabilizador para inclinar el morro del avión hacia arriba; como es el caso al despegar o iniciar una escalada.
  • Una ubicación C de G más allá del límite de popa dará como resultado una condición de manejo de “luz de proa” por la cual el sistema de control tendrá autoridad insuficiente de elevador o estabilizador para inclinar la proa del avión hacia abajo; como se requiere en el caso de un puesto en desarrollo.

Los criterios asociados con una aeronave con un Canard y un ala delta tendrán consideraciones similares, excepto que será el Canard el que efectuará los cambios de tono. Por supuesto, hay otras configuraciones de diseño de superficie de control que afectan los cambios de tono.

Centro de elevación :

A menudo, el término ” Centro de elevación” se usa indistintamente con el término ” Centro aerodinámico ” (ac), aunque deberíamos ser específicos al indicar si el término se está utilizando en el contexto de una aeronave o de una representación bidimensional de un ala (generalmente en sección transversal paralela al flujo relativo o la trayectoria de vuelo y se conoce como perfil aerodinámico o perfil aerodinámico).

El Centro Aerodinámico está típicamente ubicado en un punto que es el 25% del MAC del ala (medido a lo largo del acorde y desde el borde de ataque)

Representa un punto teórico: –

  • donde se puede aplicar la suma de todas las fuerzas de elevación ‘elementales’ para proporcionar una representación de la elevación total que actúa sobre la aeronave o el perfil aerodinámico
  • y tal que su posición sea independiente del ángulo de ataque (AoA),
  • así como también se aplica un momento de Pitching separado sobre la ubicación para efectuar el equilibrio dinámico.

Centro de empuje :

Este término en particular tiene una amplia gama de significados, sin embargo, cuando se aplica a un avión propulsado por un motor a reacción, se puede decir que es la ubicación en la que se puede tomar el empuje resultante o total (magnitud y dirección, a veces se hace referencia a esto último como la ‘línea de empuje’).

  1. Si el Centro de Empuje actúa a través del Centro de Gravedad, no hay momento en que la aeronave se balancee, guiñe o ruede alrededor de los ejes principales de la aeronave.
  2. Si el Centro de Empuje no actúa a través del Centro de Gravedad , habrá un momento que hará que la aeronave se incline, guiñe o ruede alrededor de los ejes de la aeronave y los momentos deben estar contrarrestados por el diseño (incluida la disposición para el recorte cuando el empuje es variado).

En realidad, la ubicación de la (s) unidad (es) de propulsión puede determinarse mediante una gran cantidad de criterios (primarios y secundarios); desde las consideraciones de la aeronave C de G hasta las consideraciones de reducción de ruido, el diseño del ala (flexión del ala y alivio de torsión), la distancia al suelo y la evitación de FOD, la consideración de la explosión del rotor, el control de las limitaciones del tamaño de la superficie (como la autoridad del timón en caso de condiciones de salida del motor para aeronaves multimotor), a consideración del flujo de aire (admisión).

Espero haber logrado proporcionar un poco de información en respuesta a su pregunta, pero le recomiendo que consulte un texto como: –

para obtener una comprensión más completa de la multitud de problemas que deben abordarse.

En términos muy simples, el centro de elevación de un avión está siempre detrás del centro de gravedad.

Esto significa que si el ala pierde la sustentación, la aeronave adoptará una actitud de nariz hacia abajo, aumentando la velocidad y restableciendo la sustentación.

El CL puede moverse hacia adelante y hacia atrás dependiendo de cómo se cargue el avión, a lo largo de una línea llamada acorde aerodinámico medio, pero dentro de límites específicos.

La línea de empuje en la mayoría de los aviones está debajo del ala ya que los motores están en las vainas. Esto significa que un aumento en el empuje causará un momento de lanzamiento y viceversa en menor grado.

Si realmente está interesado en este tipo de cosas, intente tener en sus manos el Programa Espacial Kerbal (KSP). Comenzará a obtener una comprensión intuitiva de dónde deben ubicarse todos estos puntos para diferentes propósitos que un avión podría servir.

Es una muy buena pregunta, pero demasiado larga para responderla aquí. Obtenga un buen libro sobre aerodinámica, descubrirá que no es simple, pero ES fácil de entender.