La cola T resulta mas pesada que la convencional porque es preciso reforzar el empenaje vertical para que resista los esfuerzos producidos por el estabilizador. Las ventajas de la cola T   son una reducción de la altura necesaria del empenaje vertical debido a un aumento de efectividad debido al efecto de “placa de punta de ala”.

Asimismo permite subir y sacar el estabilizador de las estelas del ala y eventualmente de la hélice. Esto permite una leve reducción del tamaño del estabilizador al no estar inmerso en flujo perturbado. Estructuralmente es posible diseñar un estabilizador mas débil (liviano) al no estar sometido a las fuertes fluctuaciones de cargas aerodinámicas propias del flujo de estela.

El avión será asimismo mas fácil y agradable de pilotear al no experimentar fuerzas fluctuantes en el comando del timón de profundidad. El arreglo en T permite que aviones de transporte como el DC-9 y B-727 pueda utilizar los motores montados en nácelas en la parte posterior de sus fuselajes sin interferir con el timón de profundidad. El cola cruciforme es en realidad un compromiso entre la cola convencional y la cola T. Levanta algo al estabilizador sacandolo de regiones de estela de fuselaje-ala y motores.

La cola que en vuelo nivelado puede estar fuera toda estela, deja de estarlo en condiciones de vuelo a gran ángulo de ataque y virajes escarpados. Tampoco hará falta reforzar el empenaje vertical tanto como en el caso anterior. Sin embargo tampoco se manifestara el beneficioso efecto de placa de punta de ala con las posibilidades de reducción de tamaño del empenaje vertical.

La cola H se utiliza para ubicar los empenajes verticales en regiones de flujo no perturbado durante operaciones de vuelo a grandes ángulos de ataque como en el T-46. Hay casos en que precisamente se desea aumentar los efectos de control de tipo ala soplada colocando los empenajes en la estela de las hélices de un bimotor. Si bien la cola H resulta mas pesada que una convencional, posee efectos de placa de punta de ala en el estabilizador que permite una reducción de tamaño (y peso). En ciertos aviones militares como el A-10 el empleo de la cola H cumple finalidades nada aerodinámicas como ocultar os escapes calientes de las turbinas a proyectiles antiaéreos con sensores infrarrojos.

Otra aplicación no aerodinámica de la cola H fue la del Lockheed Constellation es la reducción de altura del empenaje vertical para que el avión quepa dentro de un hangar convencional.

El deseo (y a veces la necesidad) de reducir “área mojada” y por lo tanto fricción superficial llevo al diseño de cola en V. Las deflecciones de los correspondientes timones pueden deducirse a través de comunes planteos trigonométricos en los cuales una cola convencional se proyecta sobre la cola V.

Evidentemente el efecto resultante será diferenciado entre los dos timones por lo que habrá que incluir un mecanismo de mezcla para el movimiento de los timones dirección-profundidad (ruddervators). Indudablemente estas colas reducen también la resistencia de interferencia pero al precio de una mayor complicación.

Analicemos un movimiento en detalle. Supongamos que se acciona el pedal derecho del timón de dirección. Ello provocara una defleccion hacia abajo del timón V de la derecha. Este efecto producirá un desplazamiento de la cola hacia la izquierda que facilitara el giro hacia la derecha. Pero también inducirá un rolido en sentido contrario al del viraje (oponiéndose algo a este). (Recuérdese que en un viraje a la derecha, baja el ala derecha. Este efecto que también se presenta en colas convencionales con un empenaje vertical muy largo provoca un indeseable acople “rolido-quiño”. Un ya clásico informe de la NACA (Purser P & Campbell J. Experimental verificacition of a simplified vee-Tail Thoery and and análisis of avariable data on complete models with vee Tails. NACA 823,1945 concluye que para salvar todos estos problemas las colas en V deben ser diseñadas algo mas grandes, llegando al tamaño de las colas convecionales, con lo que se pierden muchas de sus posibles ventajas.

La cola en V invertida evita el efecto de rolido adverso, generando un acople favorable “rolido-guiño”. Se dice que la disposición en V ayuda a reducir tendencias de entrada en tirabuzón. Esta disposición puede presentar problemas por su cercanía al suelo.

La cola Y es paralela a la cola V. La parte del empenaje evita los problemas de las colas V. Esta disposición introduce mayor resistencia de interferencia que una cola convencional. El F-4 utiliza una cola Y para elevar el empenaje cuasihorizontal por encima de la estema del ala a grandes ángulos de ataque.

Las colas dobles al quitar las colas del eje central del aeroplano contrarestan indeseables efectos de estela del ala y fuselaje a grandes ángulos de ataque. A menudo son utilizadas para reducir la altura de un empenaje convencional. Las colas dobles a pesar de ser mas pesadas que las colas convenvionales resultan mas eficientes que estas. Muchos grandes aviones de caza modernos com el F-14,F-15,F-18 y el Mig-25 utilizan esta disposición.Existen asimismo colas montadas en apéndices tubiformes del fuselaje como ejemplo en el Cessna Skymaster.

La ubicación relativa del estabilizador horizontal resulta critica. Si la cola entra en estela del ala durante un condicion de perdida desapareceran las posibilidades de control y aparecera un vigoroso movimiento de cabeceo (levantando la nariz profunidizando la perdida). Los reportes aeronauticos han registrado numerosos casos de perdida profunda irrecuperable en aeroplano con cola en T.

La figura ilustra las regiones criticas para la ubicación del estabilizador horizontal. Resulta en primer termino escencial disponer de un ala que no presente la tendencia de cabeceo mencionada. Una excesiva flecha puede resultar peligrosa. Es fundamental que el avion se pueda recuperar de una perdida aun cuando la cola pueda hallarse dentro de la estela del ala. Las disposiciones graficadas en la figura reflejan la experiencia actual y fueron utilizadas con éxito en muchos aviones.

Una salida del tirabuzón implica lograr nuevamente una condición de flujo adherido en el ala. Para ello resulta en primer termino reducir la rotación y el deslizamiento lateral del aeroplano. Ello requiere que el timón de dirección sea efectivo aun durante los grandes ángulos de ataque vigentes en un tirabuzón.

La figura ilustra el efecto de diversas deposiciones de la cola sobre el control del  timón dirección a grandes ángulos de ataque.

A grandes ángulos de ataque el estabilizador horizontal presenta un flujo totalmente separado cuya estela se extiende hacia arriba en un ángulo de aproximación 45 grados. La primera imagen muestra el empenaje vertical esta casi totalmente en el estela de flujo separado del estabilizador horizontal. El resultado será una apreciable falta de control de dirección .La segunda imagen muestra el efecto de mover hacia la proa el estabilizador con respecto al empenaje vertical. Una pequeña parte del timón de dirección queda fuera de la estela permitiendo un mínimo control. La próxima imagen ilustra resultados similares para un corrimiento hacia popa del estabilizador. Las siguientes dos imágenes ilustran el efecto de elevar el sitio de implantación del estabilizador horizontal. La cola T libera totalmente el empenaje de la estela pero puede causar indeseables y peligrosos efectos de cabeceo ascendente (nariz arriba).

La ultima imagen muestra los efectos de aletas ventrales y dorsales. La aleta dorsal superior provoca durante el deslizamiento lateral un vórtice en la región de succión, el cual al proyectarse sobre el timón de dirección energía la capa limite readhiriendo parte del flujo y logrando cierto nivel de control. La aleta ventral contribuye de igual modo con la ventaja adicional de no encontrarse sumergida en estela alguna.

La superficie de cola de todos los aviones resulta proporcional a las respectivas superficies alares.

Los alargamientos y ahusamientos normalmente empleados varían poco para tipos muy diferentes de aeronaves. La tabla ilustrada puede tomarse como guía orientadora para trabajo de diseño.

Las colas en T presentan menores alargamiento en el empenaje vertical a fin de disminuir el mayor peso estructural debido a la ubicación del estabilizador horizontal. Muchos aviones de uso general utilizan estabilizadores horizontales rectangulares (sin ahusamiento) para reducir costos de fabricación.

La flecha de los bordes de ataque de los estabilizadores horizontales es usualmente 5 grados mayor que la del ala a fin de asegurar que el estabilizador entre en perdida después del ala y lograr una mayor Mach critico para la cola.

La flecha de los empenajes verticales varia entre 35 y 55 grados.

Para aeronaves lentas no existen razones aerodinámicas para utilizar en el empenaje vertical flechas mayores de 20 grados.

La relación de espesor de la cola suele ser similar a la del ala. Para aviones veloces se suele preferir un empenaje vertical con una relación de espesores 10 grados menor que la del ala para asegurar un mayor Mach critico para la cola.

El empenaje vertical normalmente no es diseñado en base a menos condiciones de estabilidad estática direccional.

El mínimo tamaño admisible para el empenaje vertical surge a través de acondicionamientos de control como por ejemplo la parada de un motor en una configuración bimotor y/o acondicionamientos tales como la obtención de aceptables niveles de control bajo extremos ángulos de ataque, o para sacar la aeronave de una condición de vuelo particular: tirabuzón, virajes escarpados con perdida asociada, etc.

Estabilizador

DERIVA VERTICAL

A