Los aviones de despegue cortos y aterrizaje (STOL) están diseñados para operar desde pistas considerablemente más cortas que las requeridas por aeronaves convencionales. Esta capacidad es fundamental para acceder a pistas de aterrizaje remotas, realizar búsquedas y rescates en terrenos confinados, y apoyar operaciones militares en campos no preparados. Los dispositivos de elevador elevador son la tecnología que hace posible el rendimiento de STOL.

El principio aerodinámico detrás de dispositivos de elevador

El elevador se genera por la diferencia de presión entre las superficies superiores y inferiores de un ala. Para una velocidad determinada, la cantidad de ascensor se determina por el coeficiente de elevación (CL), un número sin dimensiones que depende de la forma del ala, el ángulo de ataque y las condiciones de superficie.

Coeficiente de elevación y ala carga

La carga de la ala (W/S) es un parámetro fundamental en el diseño de STρ. La carga de la ala inferior reduce la velocidad de la ala, pero las limitaciones estructurales y de peso suelen prevenir alas arbitrariamente grandes. La ecuación de elevador aumenta con eficacia el coeficiente de elevación usable sin aumentar el área de ala.

Por ejemplo, un ala con un CL max de 1.5 puede alcanzar 3.0 o superior con solapas y lazos completos desplegados. Esta duplicación del coeficiente de elevación a la altura reduce la velocidad de la reserva por un factor de aproximadamente √2, o alrededor del 29%.

Control de capas de frontera y separación de flujo

Los dispositivos de elevación de alta presión también administran la capa de límite, la capa delgada de aire adyacente a la superficie del ala. En ángulos altos de ataque, el aire que fluye sobre la superficie de la succión se desacelera y puede separarse del ala, causando una pérdida de elevación y un aumento de la arrastre (aplausos)

Tipos de dispositivos de elevador para aeronaves STOL

STOL aircraft employ a variety of high lift devices, often in combination. The specific devices chosen depend on the aircraft's size, mission, and performance requirements. Below are the most common types, grouped by their location on the wing and mechanism of action.

Dispositivos de borde de tracción: Flaps

Las flaps son los dispositivos de elevación más usados. Son superficies de ala en la parte posterior de la ala que se puede bajar (desviar) para aumentar el camber del ala y a veces su área. Hay varias configuraciones:

  • Flaps de cola: Secciones simples de bisagra que aumentan el camber. Ofrecen aumentos moderados de elevación, pero también aumentan significativamente la resistencia. Se utiliza en aviones STOL ligeros debido a su sencillez.
  • ]Flus de latón: Un solapa que se desvía de la superficie inferior, dejando la superficie superior sin perturbar. Menos eficaz que las solapas planas pero producen una alta resistencia, buena para los enfoques empinados en las pistas cortas.
  • ]Flus enrolladas: Flásticos con una brecha (slot) entre la solapa y la ala principal. El aire fluye por la ranura desde la superficie inferior de alta presión hasta la superficie superior, energizando la capa de límite y retrasando la separación. Las solapas ranuradas proporcionan aumentos de elevación más altos y son comunes en muchos diseños STOL.
  • Fowler Flaps: Estos solapas se extienden hacia atrás (translated) antes de desviar hacia abajo. Esta traducción aumenta el área de ala (longitud de la barra) y puede duplicar el área efectiva en pleno despliegue. La combinación de aumento de área y cambio de cambrúa produce los coeficientes de elevación más altos entre los grandes rendimientos mecánicos convencionales.

Dispositivos de bordes líderes: Slats y Krueger Flaps

Los dispositivos de bordes líderes mejoran el ascensor en ángulos altos de ataque modificando el flujo de aire sobre la parte superior del ala. Son críticos para retrasar el estancamiento y permitir que el avión funcione a baja velocidad sin perder el control.

  • Ranuras desactivadas: Un espacio fijo entre el borde de la cabeza y el ala principal. Son simples pero producen arrastre durante el crucero.
  • Límites de bordes de carga: Superficies móviles que se extienden desde el borde de la ala. Cuando se despliega, crean una ranura que dirige el aire de alta energía desde debajo del ala hasta la superficie superior. Los listones pueden aumentar CL max[FLT4] [Fpan
  • Krueger Flaps: Paneles de empuje en el borde de la cabeza que se despliegan hacia abajo y hacia adelante, aumentando la madera pero sin crear una ranura. Las bofetadas Krueger son más simples que las bofetadas pero proporcionan menos ganancia de elevación. A menudo se utilizan en aviones de reacción y algunos transportes STOL más grandes.

Sistemas avanzados: Flaps de Blown y extensiones de borde de plomo

El sistema de elevación de la base [FLT] [FLT] permite un uso de la ala de la ala de la ala de la ala de la ala de la ala de la aleta .

Impacto en el rendimiento de despegue y aterrizaje

Los elevadores de alta elevación afectan directamente las tres fases de una operación STOL: el despegue de la tierra, la subida inicial, el enfoque y el aterrizaje. Los beneficios son mensurables en términos de reducción de la longitud del campo y aumento de los márgenes de seguridad.

Acortar el rollo de tierra

El despegue de los pies es la distancia que un avión acelera a lo largo de la pista hasta alcanzar una velocidad suficiente para generar el elevador igual a su peso. La velocidad de desmontaje necesaria es una fracción de la velocidad de desmontaje, normalmente 1.1 a 1.2 veces VS.

Mejorar el nivel de gradiente y el ángulo

Después de la elevación, el avión debe subir a obstáculos claros. El gradiente de escalada (ganancia vertical por distancia horizontal) se determina por el exceso de empuje sobre la arrastre. Los dispositivos de elevación altos aumentan la arrastre, lo que puede reducir el rendimiento de la escalada. Sin embargo, en un contexto STOL, la capacidad de levantarse a una velocidad más baja y luego acelerar el efecto de la subida más pronunciada puede permitir un paso más bajo.

Reduciendo velocidad de la estall para el aterrizaje

El rendimiento de aterrizaje está dominado por la velocidad de aproximación, que debe estar por encima de la velocidad de estancamiento, pero tan bajo como práctico para minimizar el rollo de tierra. El despliegue completo (a menudo combinado con las bofetadas) reduce la velocidad de la velocidad de aproximación al mínimo posible.La velocidad de aproximación es de 1,3 veces la velocidad de desplegable en la configuración de aterrizaje.

Ventajas operacionales de los sistemas de elevación de alta elevación STOL

La capacidad de despegar y aterrizar a corta distancias se traduce en beneficios operacionales directos para una amplia gama de misiones.

Acceso a zonas desprevenidas

Los aviones STOL pueden operar desde pistas improvisadas tan cortas como 1000 pies (300 m) o menos. Esto abre regiones sin pistas pavimentadas: barras de tierra, lagos congelados, campos de cultivo, valles de montaña e incluso helipuertos urbanos. Entrega de ayuda humanitaria, evacuaciones médicas y el vuelo de arbustos dependen de esta capacidad.

Margenes de seguridad en el enfoque y el aterrizaje

Debido a que los elevadores de alta velocidad bajan y mejoran la controlabilidad a bajas velocidades, los pilotos tienen un margen más grande entre la velocidad de aproximación y el estancamiento. Esto es especialmente importante en las condiciones de viento deslumbrantes o cuando aterrizan en superficies irregulares. La capacidad de volar un enfoque abrupto y lento reduce la posibilidad de flotar más allá del punto de de touchdown previsto.

Versatilidad para misiones especiales

Los transportes militares STOL, como las Hércules C‐130, utilizan dispositivos elevadores (afilados de bordes de plomo y solapados) para operar desde tiras semipreparadas cerca de las líneas delanteras. El mismo avión puede transportar carga pesada a largas distancias, pero el elevado sistema de elevación es esencial para los aterrizajes de asalto táctico en campos cortos y ásperos.

Consideraciones de diseño y Offs

Mientras que los dispositivos de elevador ofrecen un rendimiento transformador STOL, vienen con retos de diseño que deben ser cuidadosamente gestionados.

Complejidad y peso

Cada superficie móvil (flap, slat, Krueger) requiere actuadores, pistas, bisagras y enlaces de control. Fowler acopla, en particular, necesita pistas deslizantes precisas o mecanismos engranados que añaden peso y complejidad considerable. En aviones ligeros, simples solapadas o bofetadas manuales pueden ser preferidos para mantener el peso vacío bajo. En aviones más grandes, penalización hidráulica o eléctrica añade el peso del sistema de mantenimiento.

Mantenimiento y fiabilidad

Los sistemas mecánicos de elevadores están sujetos a desgaste, corrosión y atascos, especialmente en entornos duros (sand, sal, hielo). Un solapado o lazo atascado puede alterar drásticamente el rendimiento y la seguridad de la aeronave. Los costos de mantenimiento pueden ser altos para los aviones que operan desde tiras sin pavimentar, ya que la suciedad y los desechos pueden recoger en pistas y bisagras.

Performance Trade‐Offs en Cruise

Los dispositivos de elevador que permanecen extendidos durante el crucero (como las ranuras fijas) crean parasitarios, reduciendo la eficiencia del combustible y la velocidad de crucero. Los dispositivos retráctil resuelven esto pero añaden complejidad. Incluso cuando se apilan, los recortes para las bofetadas y los listones pueden crear arrastre. El diseño del ala debe comprometer entre la eficiencia de crucero y el elevador de baja velocidad.

Conclusión: El futuro del elevador en las aeronaves STOL

Los dispositivos de elevador siguen siendo una piedra angular del diseño de aviones STOL. A medida que la aviación mira hacia la electrificación y la movilidad del aire urbano (eVTOL), los principios de elevador se están adaptando para la propulsión eléctrica distribuida (DEP), donde múltiples pequeñas hélices soplan sobre el ala para aumentar activamente la elevación. Sin embargo, para los aviones STOL de potencia convencional, aún los componentes de trabajo de operaciones remotas, se prevén que los materiales de alta velocidad

Para más información sobre la aerodinámica de los elevados dispositivos de elevación, consulte Informe técnico de la NASA sobre sistemas de elevadores y el Manual de vuelo de aviones de la AFAA para la orientación operacional.