¿Cómo afectan los canards la aerodinámica y el rendimiento de un avión de combate?

Answer 1

Raphael Segal dio una gran respuesta. Intentaré evitar duplicar sus excelentes puntos.

Teniendo en cuenta que estamos hablando específicamente de luchadores, hay dos razones principales (que yo sepa) para usar un diseño de canard:

1. Aumenta la maniobrabilidad.
   Los cañones en los luchadores generalmente aumentan la inestabilidad dinámica. Eso significa que es más fácil hacer girar la nariz. (Puristas técnicos, por favor no me maten por la simplificación excesiva).
2. Mejora el rendimiento en altos ángulos de ataque.
   Colocados correctamente, los canards pueden ayudar a energizar el flujo de aire sobre el ala, retrasando una pérdida. Eso sucede cuando la corriente descendente de aire sale de la superficie del canard y rueda sobre el ala trasera, manteniendo el flujo de aire cuando de otro modo ya se habría despegado de la superficie del ala.

Hay razones adicionales, pero creo que esas son las dos grandes.
Puedes leer muchos más detalles nauseabundos aquí: Canard (aeronáutica).

Answer 2

Gracias por A2A.

Para entender esto, necesitamos entender las cosas:

1.¿Cómo un ala genera elevación y cómo se relaciona el ángulo de ataque con la elevación?

2. Separación de flujo.

¿Cómo un ala genera elevación y cómo se relaciona el ángulo de ataque con la elevación?

Las alas tienen típicamente una forma aerodinámica. La velocidad del aire es más alta en la parte superior del perfil aerodinámico que en la parte inferior. Según el principio de bernoulli, el área con mayor velocidad tendrá menor presión. Entonces, la presión de arriba es más baja que la de abajo. Por lo tanto, se genera el ascensor.

Ahora surge una pregunta lógica y genuina, ¿cuál es la razón por la que una parte superior del perfil tiene mayor velocidad?

Respuesta: Echa un vistazo a las dos fotos a continuación:

Ambas fotos están relacionadas entre sí, la parte superior es el análisis CFD del gradiente de presión de un perfil aerodinámico y la foto de abajo es el gráfico de la misma.

Eje X: longitud del perfil

Eje Y: gradiente de presión

Ahora estudia el gráfico:

Línea de “superficie inferior”: la presión sigue aumentando de principio a fin.

Línea de “superficie superior”: la presión disminuye drásticamente de principio a fin.

Ahora tome partículas, digamos A y B.

Coloque A en la superficie superior.

Coloque B en la parte inferior.

Dado que la presión disminuye gradualmente en toda la superficie superior, será más fácil empujar A a través de ella, ya que la resistencia será menor y viajará más rápido.

Por otro lado, dado que la presión aumenta gradualmente desde el borde posterior, la resistencia sufrida por B disminuirá.

Ahora reemplace el objeto A y B por la molécula de aire.

¿Cómo se relaciona el ángulo de ataque con el levantamiento?

Es el ángulo entre el viento relativo y la cuerda del perfil aerodinámico.

Relación de AoA con ascensor:

El AoA para el cual la elevación es máxima se llama Ángulo Crítico de Ataque. Después de esto, el flujo se separa de la superficie superior de la lámina de aire y, por lo tanto, no se genera elevación.

Principalmente el CAoA es de 15 *.

CANARDS: estos se ven principalmente en aviones militares pero no en aviones modernos.

Funciones:

1. Utilidad aerodinámica
2. Dispositivo de elevación
3. Estabilidad

• UTILIDAD AERODINÁMICA: Mejora el rendimiento en altos ángulos de ataque.
  Los canards correctamente diseñados y colocados pueden ayudar a mantener el flujo de aire sobre el ala, retrasando una pérdida. Eso sucede cuando la corriente descendente de aire proveniente de la superficie de un canard fluye sobre el ala principal, manteniendo el flujo de aire cuando de otro modo hubiera salido de la superficie.
• DISPOSITIVO DE ELEVACIÓN: En el avión convencional, el ala principal produce elevación y el estabilizador horizontal produce carga aerodinámica, pero en el viento de cola menos delta-canard ambas superficies de control producen elevación. Esto se debe a que en un avión tradicional, que coloca el estabilizador horizontal detrás del ala del ala genera elevación por delante del centro de gravedad del avión, creando un momento de cabeceo. El estabilizador horizontal está montado en la parte trasera del avión, esto produce elevación hacia abajo y equilibra el momento de lanzamiento desde el ala, lo que permite que la aeronave genere elevación sin levantar la nariz. Por otro lado, en un avión Canard, el ala está en la parte trasera del fuselaje, detrás del centro de gravedad. Esto hará que el avión quiera inclinarse hacia abajo a medida que se genera la elevación. Para contrarrestar este efecto, la superficie del canard se coloca por delante del centro de gravedad, produciendo una elevación propia para cancelar el momento de lanzamiento.
• PROBLEMA DE ESTABILIDAD: las barreras pueden disminuir la estabilidad, por lo tanto, con sistemas controlados por computadora y volar por cable, este problema puede convertirse en una ventaja.
• Además, los canards deben diseñarse de manera que se detengan antes del ala, ya que pasaría a un puesto irrecuperable si ocurriera lo contrario.
• También canards produce una gran cantidad de resistencia inducida, generalmente se contrarresta con canards de alta relación de aspecto, es decir, largos y estrechos.
• Los canards son sigilosos ya que su superficie plana contribuye a un buen RCS, por lo tanto, están montados de una manera que tiene el menor RCS posible desde todos los ángulos.

Algunos ejemplos:

• Su-30 y Eurofighter: Su-30 utiliza el canard para contrarrestar el peso de 650 kg del radar N1011M Bars.

• Dassault Rafale:

• Gripen:

• J-10:

• J-20: poco inesperado para la 5ta generación

Créditos de la foto: Google

Answer 3

Gracias por A2A.

Espero que conozcas términos como Lift, Drag, CLmax, estabilidad, otros términos aerodinámicos.

Un Canard / LERX más avanzado es LEVCON. Siendo utilizado en aviones de combate avanzados recientes.
La respuesta de Ishan Singh a ¿Cuál es el propósito principal de LEVCON en un avión, aeroespacial?

Canard es una disposición aeronáutica en la que se coloca una pequeña ala delantera delante del ala principal de un avión de ala fija. A lo largo de los años se han propuesto y volado una gran variedad de diseños de canard con diversos grados de éxito. La aerodinámica de la configuración de canard es compleja y requiere un análisis cuidadoso.

En lugar de usar la configuración convencional del plano de cola (cola horizontal en la parte posterior) que se encuentra en la mayoría de las aeronaves, un diseñador de aeronaves puede adoptar la configuración de canard para reducir la carga del ala principal (canard también genera elevación), para controlar mejor el flujo de aire del ala principal, o para aumentar la maniobrabilidad de la aeronave, especialmente en ángulos de ataque altos o durante una parada.

Ventajas:

1. Posibilidad de muy buenas características de estancamiento. Aumento de CLmax y disminución de la velocidad de pérdida.
2. Canard se puede utilizar para hacer que los aviones sean inestables (deseado en aviones de combate con técnicas de control avanzadas), aumenta la maniobrabilidad.
3. Canard se suma al levantamiento, las alas pueden ser más pequeñas en comparación con la cola convencional (que genera levantamiento negativo). El peso del avión se comparte entre el ala y el canard.
4. Uso sinérgico de winglets para estabilidad direccional.
5. A veces, un diseño deseable desde el punto de vista del embalaje: transporte del ala principal detrás de la cabina, instalación del motor de empuje simplificada.

Desventajas

1. Difícil de controlar sin vuelo, debido a su naturaleza inherente de ser inestable.
2. Desacoplamiento con el flujo sobre las alas. Los vórtices generados por un canard fluyen más allá del ala principal e interactúan con sus vórtices. Debido a que estos son críticos para el levantamiento, un plano anterior mal colocado puede causar problemas graves. Al acercar el plano anterior al ala y justo encima de él en una disposición estrecha, las interacciones pueden ser beneficiosas, ayudando a resolver otros problemas también.
3. Las aeronaves Canard pueden tener características de sigilo deficientes porque presentan grandes superficies angulares que tienden a reflejar señales de radar hacia adelante. (LEVCON se utiliza en aeronaves anticipadas)
4. Canard crea una corriente descendente que puede afectar la distribución de elevación del ala de manera desfavorable, por lo que las diferencias en la elevación general y la resistencia inducida no son obvias y dependen de los detalles del diseño.
5. El centro de gravedad del combustible se encuentra más atrás de los aviones cg que en los diseños convencionales. Esto significa que se produce un amplio rango de cg o que el combustible debe mantenerse en otro lugar (por ejemplo, estacas cerca de la raíz del ala.

Fuentes:

Canard (aeronáutica) – Wikipedia

Answer 4

Aprendí en mi libro de texto de piloto privado que las superficies de control de cola habituales deben producir elevación negativa por diseño, lo que hace que el ala tenga que producir esa elevación adicional para compensar. Cada levantamiento adicional (positivo o negativo) genera arrastre, terminas con algo así como 2 veces el arrastre producido por la cola sin el levantamiento correspondiente. Muy malo para el rendimiento.

Quizás en un avión de ultra alto rendimiento, el ala puede tener su centro de elevación un poco a popa de lo habitual y las superficies de control producen elevación positiva (????), con el vuelo por las computadoras de cable que compensa todo.

La ventaja básica de un avión de ala delta con una barba es, en esencia, no hay una forma normal de detener realmente el avión. Puede entrar en un AoA muy profundo y requiere mucha altitud para recuperarse (o un empuje extra masivo, como un postquemador completo) pero las superficies de control del ala nunca se bloquean (completamente). Lo que sugiere que es posible que tampoco puedas hacer girar un avión de canard.

Esto está bien documentado en aviones experimentales de canard (pequeños aviones civiles). Son tan resbaladizos para descender a aeropuertos con un terreno que exige un descenso más pronunciado, primero debe colocar el avión en ese régimen de vuelo AoA más profundo y montar los aceleradores para mantener el ángulo de descenso deseado. Eso requiere volar a algunas velocidades incómodamente bajas. Porque son tan ridículamente resbaladizos (planeadores eficientes).

El claro negativo de los canards es para tener flaps, los canards también deben tenerlos. Cada avión civil de canard no tiene aletas. Pero la mejor aerodinámica permite hacer un uso más agresivo de los saltos de velocidad para purgar el exceso de velocidad del aire cerca del aterrizaje y usar la característica de AoA profunda y el empuje masivo al peso de los aviones de combate para compensar.

Tanto F18 como F16 tienen un problema en el que entran en una situación de caída de hojas con una velocidad demasiado baja que no es demasiado difícil de recuperar si tiene suficiente altitud, pero puede forzar una expulsión si el avión está demasiado bajo. Lo cual, cuando lo piensas, hace que el piloto tenga algo de miedo de llevar el avión a velocidades más lentas. En una situación de combate es una sentencia de muerte. No tener el problema en primer lugar es una clara ventaja en condiciones de vuelo lento.

Answer 5

Los canards tienen un efecto complicado en la aerodinámica de un avión. Tienen algunas ventajas y desventajas, por lo que lo verás principalmente en los luchadores de última generación.

Los canards tienen varias ventajas:

• Disminución de la estabilidad . En los aviones de combate, los aviones inestables controlados por computadora son el paradigma actual, ya que les permite girar mucho más rápido, lo que es crucial para las peleas de perros. Durante el vuelo normal, la computadora controla activamente el avión para contrarrestar esto.
• Aumento de la autoridad de alto ángulo de ataque . Los aviones de cola pierden el control de la inclinación de un avión en ángulos más pequeños que los canards. Esto permite que los aviones realicen maniobras más agresivas.
• Disminución de la turbulencia del ala principal . En situaciones de alto ángulo de ataque, el canard puede dirigir el aire sobre el ala de una manera que sea menos turbulenta de lo que sería de otra manera. El flujo laminar (no turbulento) es el rey en aerodinámica.
• Ambas superficies se levantan . En una configuración “normal”, con superficies de control de cola, las superficies de control luchan entre sí. En un diseño de control de canard, ambos aplican fuerza hacia arriba.

Pero también tienen desventajas:

• Muy complicado de controlar . Sin un sistema de vuelo por cable, los canards son bestias complicadas. Sin embargo, la mayoría de los aviones en estos días vienen con dichos sistemas informáticos, por lo que esto es principalmente un problema histórico.
• Disminución de la estabilidad . Muchos diseños de canard disminuyen la estabilidad, lo cual es bueno en algunas circunstancias, pero a menudo menos eficiente en el vuelo hacia adelante.
• No sigilo . Los diseños de canard a menudo requieren más superficie de ala. Esto los hace más visibles para los sistemas de radar. Los aviones líderes de 5ta generación (sigilo) del mundo no tienen canards de manera uniforme, mientras que los de 4ta y 4,5ta generación, que se construyeron alrededor de la capacidad de maniobra y la capacidad de carga, en su mayoría sí.
• Comportamiento de estancamiento complicado . Para que los puestos sean recuperables, los canards tienen que detenerse primero, lo que impone restricciones estrictas en el ala principal, forzándolo a estar más atrás y tener superficies de control más pequeñas.

Como puede ver, para muchos tipos de aviones, las ventajas de los canards no valen la pena.

Answer 6

Es una muy buena pregunta.

Y así tiene una respuesta muy profunda. Pero, en general, si hablamos, los conceptos básicos son los siguientes.

Los canards son las pequeñas alas delanteras en forma de perfil aerodinámico unidas en la parte delantera del avión de combate.

Los canards ayudan al avión a mantener la estabilidad.

Hacer maniobras en alto ángulo de ataque.

Los canards pueden ser de muchos tipos, dependiendo de la aplicación.

Algunos de ellos son fijos, otros no (móviles o controlables)

Los canards fijos son aquellos que se utilizan para mejorar la elevación del avión y que comparten el peso del avión con el ala principal.

Los canards móviles o controlables se usan generalmente en aviones de combate donde la maniobra y la estabilidad a altas velocidades es muy importante. Se pueden ajustar y recortar con respecto al flujo de aire y, por lo tanto, proporciona un flujo de aire más eficiente al ala principal de forma simétrica principal (ni anédrica ni diédrica). Si se configura en automático, los canards pueden moverse o modificarse según el flujo de aire muchas veces en un minuto.

Esta fue solo la idea básica simple.

El concepto es de lejos a profundo.

Answer 7

Rutan fue la primera persona en diseñar y construir aviones utilizables usando canards. Para él fue muy simple. El canard debe detenerse antes del ala. Cuando el canard se estancó, la nariz cayó y la velocidad aumentó. El ala nunca se estancó.

Diseñó y construyó muchos aviones con canards. Ninguno de ellos requirió computadores, sino simples controles manuales. Tan seguro y simple que unos 700 Vari-EZ diseñados por Rutan están registrados y volando. La mayoría de ellos construidos en casa por aficionados.

Cuando entras en luchadores de alto rendimiento, las cosas cambian. Los luchadores por diseño son altamente inestables. El canard en un caza puede aumentar la maniobrabilidad al aumentar la elevación y la capacidad de control del ala. También hay desventajas. Mayor resistencia, mayor perfil de radar y software más complejo. Es una compensación

Los rusos y los europeos los han usado en aviones de producción, Estados Unidos no.

Answer 8

Los canards se utilizan principalmente para el control del flujo de aire (por ejemplo, elevación) o control de lucha (por ejemplo, inestabilidad). Sin entrar en los detalles de la ingeniería aeroespacial, los cañones en los cazas proporcionan características de maniobrabilidad muy altas (como giros altos y alto ángulo de ataque). Debido al diseño inherentemente inestable, estos luchadores confían en fly-by-wire (FBW).

Answer 9

Hace décadas, durante mis días escolares, deduje que los canards (una pequeña proyección en forma de ala unida al fuselaje principal) proporcionan estabilidad o control adicional, a veces reemplazando la cola.

Gracias por el A2A.