Architettura del Velivolo
Superfici aerodinamiche dei velivoli
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Indice
Voci
Ala (aeronautica)
1
Profilo alare
11
Apertura alare
15
Superficie alare
17
Allungamento alare
17
Piano orizzontale (aeronautica)
19
Impennaggio
22
Note
Fonti e autori delle voci
26
Fonti, licenze e autori delle immagini
27
Licenze della voce
Licenza
28
Ala (aeronautica)
Ala (aeronautica)
L'ala è la superficie orizzontale di un velivolo che genera portanza
tramite le forze aerodinamiche che agiscono su di essa.
Nel caso in cui l'ala non sia realizzata in un solo elemento, ma sia
divisa in due parti, collegate separatamente alla fusoliera, si parlerà più
propriamente di semiala (semiala sinistra e semiala destra). Il termine
semiala viene usato anche per riferirsi alla metà destra o sinistra di
un'ala.
La maggior parte dei velivoli moderni è dotata di una sola ala (una sola
Ala di un Airbus A300B4-600 Lufthansa
coppia di semiali), ma non mancano esempi di velivoli con più ali: si
parla allora di biplani (due ali sovrapposte, eventualmente sfalsate) o di
triplani (tre ali sovrapposte e leggermente sfalsate). Quando le due ali di un biplano abbiano dimensioni
significativamente diverse, si parla di aereo ad un'ala e mezzo, o sesquiplano.
L'ala di un deltaplano è un tipo particolare di ala non rigida detta ala Rogallo. Il parapendio ha invece un'ala
mantenuta in forma dalla pressione dell'aria generata dal suo moto.
Esistono anche velivoli dotati di ali tozze e grandi piani di coda che volano, di solito sull'acqua, a pochi metri dalla
superficie sfruttando l'effetto suolo. Questi aerei, detti ekranoplani, sono caduti praticamente in disuso.
Profilo alare
Elementi dell'ala
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
semiala
apertura alare
superficie proiettata
corda alare
dorso od estradosso
ventre od intradosso
piano di sezione
Un'ala tipica (detta anche ala teorica) è estremamente utile per comprendere tutte le parti rilevanti ed i nomi
utilizzati per definirle.
Eseguendo una sezione dell'ala con un asse parallelo all'asse della fusoliera, si ottiene il profilo alare; anche se i
profili alari teorici possibili sono infiniti, quelli maggiormente studiati ed utilizzati sono caratterizzati da sigle
1
Ala (aeronautica)
univoche, che ne definiscono in dettaglio le caratteristiche. Un'ala può essere a profilo costante quando il profilo sia
lo stesso in ogni sezione, oppure a profilo variabile quando a sezioni a differente distanza dalla fusoliera
corrispondano profili diversi. Generalmente il profilo tende ad assottigliarsi mano a mano che ci si allontana dalla
radice dell'ala.
In prima istanza, è possibile distinguere i profili in ampie categorie, a seconda della curvatura che hanno il ventre ed
il dorso:
• concavo convesso: sia l'intradosso che l'estradosso hanno la parte centrale della curvatura più in alto rispetto ai
punti di ingresso e di uscita (relativamente alla parte 'piena' dell'ala, quindi, l'estradosso appare convesso mentre
l'intradosso appare concavo);
• piano convesso: l'estradosso è come nel caso precedente, mentre l'intradosso è piatto.
• biconvesso: intradosso ed estradosso hanno curvature opposte. Se i profili, pur curvati in senso opposto, sono
differenti, si parla di profili biconvessi asimmetrici, mentre, se hanno identica forma, si parla di profili simmetrici;
• laminare: sono i profili, che, indipendentemente dal loro spessore, riescono a mantenere un flusso non turbolento
su una parte rilevante della propria corda. Questa caratteristica si ottiene attraverso lo spostamento del massimo
spessore del profilo più verso il bordo di uscita, rispetto ai profili più tradizionali. I profili laminari, o a flusso
laminare, oppongono una resistenza minore all'avanzamento, ma solo entro un limitato range di angoli di
incidenza rispetto al flusso.
Bordo d'entrata e bordo di uscita
Il punto di entrata del flusso d'aria che investe l'ala è detto anche bordo d'attacco, ed è il punto più avanzato del
profilo alare. Il punto di uscita è quello più arretrato.
Considerando l'ala nel suo insieme (e non più soltanto il profilo alare), si definisce come bordo d'entrata l'insieme dei
punti di entrata, ovvero la linea anteriore dell'ala stessa, e come bordo d'uscita l'insieme dei punti di uscita, ovvero la
linea posteriore dell'ala stessa.
Il raggio di curvatura del bordo, detto profilo dipende strettamente dal tipo di velivolo. Sui velivoli subsonici e sulle
pale della maggior parte dei velivoli ad ala rotante (elicottero) il profilo alare ha una forma smussata ed una
curvatura accentuata, mentre sui velivoli supersonici il profilo è molto più sottile per meglio sopportare le onde
d'urto e le vibrazioni che si generano nella fase transonica. Questo tipo di profilo è detto anche profilo ipercritico o
laminare.
In alcuni casi i bordi d'attacco ed uscita sono mobili, e permettono di variare in volo le caratteristiche aerodinamiche
dell'ala. Si chiamano di solito slat gli ipersostentatori di bordo d'attacco e flap gli ipersostentatori di bordo d'uscita.
Corda alare
La corda alare è la distanza tra il bordo di entrata ed il bordo di uscita. La corda alare è utilizzata per calcolare
l'angolo di calettamento, definito come l'angolo che tale corda forma con l'asse longitudinale del velivolo. Non
bisogna confondere l'angolo di calettamento con l'angolo di attacco o angolo di incidenza, che è invece definito come
l'angolo compreso tra la corda alare e la direzione del vento relativo. Nella maggior parte dei velivoli, la corda alare
varia (almeno in lunghezza) man mano che ci si allontana dalla fusoliera procedendo verso le estremità alari. Ai fini
di calcolo aerodinamico, si considera solitamente la corda alare media, vale a dire la lunghezza media di tutte le
corde alari misurate nei diversi punti dell'ala.
Vi sono casi nei quali, procedendo dalla fusoliera verso le ali, la corda alare varia non soltanto in lunghezza, ma
anche come inclinazione: questo significa che anche l'angolo di incidenza non è costante lungo tutta l'ala e, di
conseguenza, differisce anche la quantità di portanza sviluppata lungo l'ala medesima. Tale caratteristica prende il
nome di svergolamento ed è tipica, ad esempio, di alianti e deltaplani.
2
Ala (aeronautica)
Dorso e ventre
I bordi di entrata e di uscita separano la superficie superiore dell'ala, detta dorso (o estradosso), da quella inferiore,
detta ventre (o intradosso). La differenza di pressione generata dalla differente lunghezza di intradosso ed estradosso
sta alla base del meccanismo che genera la portanza.
Sia il dorso che il ventre contribuiscono alla generazione della portanza, e sebbene i valori precisi dipendano dalle
esatte caratteristiche del profilo alare, schematicamente si può affermare che il ventre contribuisce per circa 1/3,
mentre il dorso per i restanti 2/3. In altri termini, si può dire che il profilo alare sia "succhiato" verso l'alto in maniera
maggiore di quando non sia spinto.
Scheletro del profilo
Con questo termine si indica la linea media luogo dei centri delle circonferenze inscritte nel profilo alare delle
diverse sezioni (procedendo dalla fusoliera alle estremità alari).
Sempre al fine di quantificare lo 'spessore' dell'ala è stato proposto il termine di "camber": esso rappresenterebbe il
rapporto tra altezza massima dell'estradosso sulla corda alare e la corda alare stessa.
Apertura alare
L'apertura alare è, molto intuitivamente, la distanza esistente tra le due estremità alari.
Quando raffrontata con la corda alare media, l'apertura alare consente di calcolare l'allungamento alare:
oppure:
Dove con A (aspect ratio) si è indicato l'allungamento alare, con b l'apertura alare, con c lineato la corda alare media
e con S la superficie alare.
Solitamente gli aerei con una maggiore apertura alare hanno anche una maggiore efficienza, perché sono soggetti ad
una minor resistenza indotta.
Allungamento alare
Col termine allungamento si intende il rapporto tra apertura alare e corda alare media: un valore elevato (ad esempio
20) indica un'ala molto stretta ed allungata, quale quella degli alianti, mentre un valore basso (anche prossimo
all'unità) indica un'ala piuttosto breve (come quella di alcuni caccia supersonici). Un maggiore allungamento alare
consente di ridurre la resistenza indotta, quindi maggiore è l'allungamento, minore sarà la resistenza indotta.
Il limite è semplicemente strutturale: un'ala molto allungata è più fragile di un'ala più tozza. Visto che la resistenza
indotta diminuisce con l'aumentare della velocità, per gli aerei più veloci è possibile trascurare il problema della
resistenza indotta ed utilizzare profili a ridotto allungamento, dalle migliori caratteristiche aerodinamiche ad alta
velocità.
3
Ala (aeronautica)
Geometria dell'ala
Con questo termine si indica la forma delle ali, viste in pianta: si possono quindi avere ali rettangolari, trapezoidali,
con e senza bordi di estremità arrotondati, ellittiche, falcate, a freccia, a delta e così via.
In base alla geometria dell'ala si possono distinguere vari tipi di ali:
1.
2.
3.
4.
ala rettilinea: Si parla di ala rettilinea quando tra le due semiali non vi è angolo di freccia
ala a freccia positiva: Si parla di ala a freccia positiva quando l'angolo di freccia tra le due semiali è positivo
ala a freccia negativa: Si parla di ala a freccia negativa quando l'angolo di freccia tra le due semiali è negativo
ala a delta: Deve il suo nome alla particolare forma in pianta, pressoché triangolare, che richiama quella della
lettera maiuscola greca delta (Δ)
5. ala a geometria variabile: Un aereo con ali a freccia variabile è in grado di variare l'angolo di freccia durante il
volo.
6. ala obliqua: Un aereo ad ala obliqua ha due diversi angoli di freccia fra le due semiali
7. ala ellittica: su un aereo come lo Spitfire
8. ala volante: su un aereo come il B-2 Spirit
9. ala a delta ogivale: variante dell'ala a delta, su un aereo come il Concorde
10. ala a doppio delta: variante dell'ala a delta, su un aereo come il Saab 35 Draken
11. ala trapezoidale: su un aereo come il F-22 Raptor
Freccia ed angolo di naso
L'angolo di naso è l'angolo formato dai bordi di entrata delle due semiali viste in pianta. L'angolo di freccia è
invece l'angolo formato tra la fusoliera ed una delle due semiali.
I due valori sono direttamente collegati: ad esempio ad un angolo di naso di 180 gradi corrisponde un angolo di
freccia di zero gradi, e ad una freccia di 30º corrisponde un angolo di naso di 120º. In generale:
dove usualmente si indica l'angolo di freccia con Λ.
L'adozione di una freccia alare è dovuta a vari fattori. Storicamente è stata introdotta principalmente per aumentare il
numero di Mach critico, ovvero il numero di Mach minimo al quale il flusso sull'ala comincia a diventare sonico. A
queste condizioni la resistenza aerodinamica inizia ad aumentare molto fortemente.
Dato che principalmente è la componente normale al bordo d'attacco dell'ala (ovvero la perpendicolare nel piano
dove giacciono velocità e bordo d'attacco) quella che contribuisce alla generazione delle forze aerodinamiche,
l'angolo di freccia riduce tale componente. Dalla definizione di numero di Mach:
4
Ala (aeronautica)
Nei velivoli relativamente lenti, cioè ad una velocità minore di Ma ≈ 0,6 (il valore dipende molto dalle caratteristiche
geometriche dell'ala) risulta conveniente l'utilizzo di un'ala trapezoidale senza freccia o con una freccia molto
piccola.
Nel volo a velocità maggiore, l'ala può accelerare a velocità supersonica piccole zone di flusso sul dorso, e generare
onde d'urto che aumentano la resistenza. All'aumentare della velocità di volo, la zona interessata dalle onde d'urto
crescerà fino a contenere tutto il profilo alare.
L'onda d'urto generata ha un angolo di incidenza sulla fusoliera tanto minore quanto maggiore è la velocità
dell'aereo. È importante che le ali dell'aereo rimangano all'interno del cono formato da quest'angolo, quindi quanto
maggiore deve essere la velocità raggiungibile dall'aereo, tanto minore deve essere l'angolo di freccia. In regime
supersonico, ad esempio, ad una velocità di Mach 3 (3 volte la velocità del suono) l'angolo sarà di circa 60 gradi,
quindi la freccia delle ali dovrà essere inferiore ai 30 gradi. Gli alianti invece, per motivi di posizionamento del
baricentro, spesso hanno le ali con angolo di freccia leggermente negativo.
I vantaggi di un angolo di freccia sono:
• aumento del Mach critico;
• diminuzione della sensibilità alle perturbazioni (diminuisce la sensibilità della portanza all'angolo d'attacco);
• riduzione della resistenza.
Gli svantaggi invece sono:
• diminuzione del massimo coefficiente di portanza al variare dell'angolo d'attacco;
• ispessimento dello strato limite alle estremità alari a causa di una componente della velocità parallela al bordo
d'attacco;
• peggiori caratteristiche alle alte incidenze: tendono a stallare prima le estremità alari e quindi l'aereo tende ad
alzare il muso esaltando il fenomeno invece di contrastarlo.
Posizione dell'ala e peculiarità
Angolo diedro
Osservando un'ala in proiezione frontale, è possibile valutare se
entrambe le semiali giacciano sullo stesso piano o se, invece, formino
un angolo (rivolto verso il basso o verso l'alto) nel loro punto di
incontro lungo la fusoliera.
L'angolo eventualmente formato dalle semiali con un piano orizzontale
viene detto angolo di diedro e la sua presenza ha una notevole
importanza nel rendere un velivolo autostabile. L'autostabilità di un
velivolo è la capacità di un velivolo di ritornare autonomamente in una
posizione stabile dopo una sollecitazione.
Si consideri a titolo d'esempio una perturbazione tale da far rollare il
velivolo, partendo quest'ultimo da una condizione di volo rettilineo e
uniforme. In base a semplici considerazioni geometriche nascerà una
componente della forza peso perpendicolare al piano di simmetria
dell'aeromobile tale da generare un moto laterale. Con angolo di diedro
positivo la semiala abbassatasi per il movimento di rollio sarà soggetta
ad un aumento dell'angolo di incidenza dovuto alla velocità laterale (viceversa per l'altra semiala): ne nascerà un
momento di rollio tale da opporsi alla perturbazione iniziale.
È intuitivo che se le ali avessero un diedro negativo l'aereo risponderebbe ad una instabilità divenendo ancora più
instabile. Questa condizione di instabilità rende l'aereo più difficilmente pilotabile, ma contemporaneamente lo rende
5
Ala (aeronautica)
6
anche più maneggevole. Ali a diedro negativo si possono trovare su aerei quale il MiG-29, il MiG-15 o, ancora più
evidente, nell'F-104.
Posizione dell'ala
A seconda della posizione rispetto alla fusoliera l'ala può essere:
• alta: Posta sopra la fusoliera
• media o trasversante: Posta in prossimità della mediana della fusoliera
• bassa: Sottostante alla fusoliera.
ala bassa
ala media
ala alta
ala alta a parasole
La posizione dell'ala è un importante fattore di stabilità. Un'ala alta rende l'aereo più stabile, perché l'aereo si trova
"appeso" alle ali: il suo baricentro è più in basso del punto di applicazione della portanza, quindi l'aeromobile tende a
ritornare da solo in una posizione stabile.
L'ala bassa invece, con il baricentro collocato sopra al punto di applicazione della portanza, rende l'aereo più
instabile ma al contempo gli conferisce una maggiore maneggevolezza.
L'ala media richiede una struttura leggermente più complessa, ma migliora leggermente le prestazioni del velivolo
riducendo la resistenza di forma. Per questo motivo è spesso utilizzata negli aerei di linea moderni e negli alianti.
Si può notare che in genere gli aerei con ala bassa richiedono il diedro positivo per avere un minimo di stabilità
(come la maggior parte dei Piper), mentre gli aerei con l'ala alta non richiedono il diedro (come la maggior parte dei
Cessna).
Ala a fessura
Se l'ala è interrotta da più fessure parallele all'apertura alare, viene detta ala a persiana.
Ala a sbalzo
Viene detta ala a sbalzo un'ala che per tutta la propria lunghezza (nel senso dell'apertura alare) non presenti strutture
di sostegno esterne, risultando fissata alla fusoliera soltanto nella parte centrale.
Quando invece oltre al punto di fissaggio centrale siano presenti uno o più tiranti di sostegno che arrivano a meno di
metà semiala di distanza dalla fusoliera, le ali vengono dette a semisbalzo.
Strumenti tipici di variazione del profilo alare
Se il profilo alare determina le caratteristiche di volo di un'ala e quindi di un aeromobile (prima fra tutte la velocità
minima di volo in sicurezza) diviene evidente che, qualora un'ala sia progettata per volare in modo ottimale ad
elevate velocità, sarà piuttosto impegnativo effettuare i decolli e gli atterraggi (che iniziano e si concludono con
l'aeromobile fermo). Ideale è quindi la possibilità di variare il profilo alare (non la geometria alare) nelle diverse fasi:
un profilo in grado di sviluppare elevata portanza alle basse velocità (per le manovre di decollo ed atterraggio) e di
produrre invece scarsa resistenza alle alte velocità. A tale fine gli aeromobili utilizzano alcuni strumenti particolari:
Ala (aeronautica)
LEGENDA:
1. aletta d'estremità (winglet)
2. alettone d'estremità
3. alettone interno
4. carenatura degli attuatori
5. ipersostentatore di bordo d'attacco (slat)
6. ipersostentatore di bordo d'attacco (slat)
7. ipersostentatore di bordo d'uscita (flap)
8. ipersostentatore di bordo d'uscita (flap)
9. diruttore di flusso (spoiler).
10. diruttore di flusso (spoiler).
Freni aerodinamici e diruttori di flusso
Vi sono casi nei quali è conveniente ridurre anche drasticamente la portanza sviluppata da un'ala per consentire una
rapida perdita di quota (è ad esempio il caso degli alianti, dotati solitamente di una elevata efficienza: ridurre la
portanza a bassa quota facilita l'atterraggio[1]).
Anche gli aerei di linea usano questa tecnica subito dopo l'atterraggio, perché l'efficacia della frenata, dopo il
contatto delle ruote con il suolo, dipende grandemente dal peso che grava sulle ruote stesse.
Tale riduzione di portanza viene ottenuta dai freni aerodinamici o dai diruttori di flusso, (detti anche spoiler): si tratta
di elementi mobili, posti sul dorso dell'ala, che possono alzarsi staccando il flusso d'aria e creando una bolla di
ricircolo a pressione ambiente e quindi eliminando quasi completamente la portanza in quel punto dell'ala.
Un'altra funzione degli spoiler è la correzione in volo dell'imbardata inversa prodotta dal movimento degli alettoni
durante la virata. In questo caso infatti l'ala che si solleva, per effetto della deflessione in basso dell'alettone, produce
una resistenza indotta[2] maggiore dell'ala che si è abbassata. Ne consegue un movimento di imbardata che porta il
muso dell'aereo in direzione opposta al senso di virata. Nei moderni aerei commerciali questa imbardata si compensa
con i flight spoiler, ovvero si solleva il deflettore sull'ala che si abbassa - dove cioè l'alettone è ruotato verso l'alto compensando in questo modo la resistenza indotta dell'ala opposta.
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Ala (aeronautica)
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Ipersostentatori
Vi sono casi nei quali si desidera
incrementare la portanza sviluppata da
un'ala, tipicamente alle basse velocità.
Di solito ciò avviene nelle fasi decollo
e di atterraggio.
Meccanismo di azione di uno slat:
1: slat esteso;
2: slat retratto;
3: superficie alare;
4: meccanismo di estrazione.
Tale aumento viene ottenuto da
strutture mobili che modificano il
profilo alare, aumentandone spesso
anche la corda: si parla in questo caso
di flap (quando le parti mobili
modificano il bordo di uscita) oppure
di slat (quando le parti mobili
modificano il bordo di entrata dell'ala).
Durante il volo normale, invece, tali
strutture vengono ritirate, perché
solitamente queste superfici non
incrementano soltanto la portanza, ma anche la resistenza dell'ala (rendendola poco idonea al volo ad alte velocità).
Ala (aeronautica)
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Alettoni
Gli alettoni sono sezioni mobili dell'ala, incernierati lungo il bordo di uscita. Un alettone è in grado di variare le
caratteristiche aerodinamiche dell'ala in cui si trova aumentandone o diminuendone la portanza.
Se vengono utilizzati gli alettoni di una sola semiala, il risultato è una variazione di assetto dell'intero apparecchio,
principalmente attorno all'asse di rollio.
Altre funzioni
Oltre alla funzione aerodinamica, alle ali sono spesso
demandati anche altri compiti, che richiedono elementi
strutturali specifici:
• Dispositivi antighiaccio a riscaldamento o
pneumatici: Su molti aerei, soprattutto di linea, il
bordo d'attacco può essere dotato di dispositivi
antighiaccio: la formazione di ghiaccio sulle ali è
infatti pericolosa. I dispositivi antighiaccio si
dividono in due categorie:
• Dispositivi Anti-icing: che prevengono la
formazione del ghiaccio sulle varie superfici
• Dispositivi De-icing: che hanno il compito di
eliminare il ghiaccio formatosi sulle superfici
• Caverie e comandi: nell'ala trovano posto tutti i
cavi ed i rimandi necessari per muovere le superfici
di cui sopra.
• Motori: spesso i motori sono posizionati sulle ali e,
in questi casi, le ali hanno opportuni castelli e
rinforzi per il contenimento del peso e per il
trasferimento all'intero apparecchio della spinta
generata dai motori.
Atterraggio: si notino gli ipersostentatori (le superfici ruotate verso il
basso) alla loro massima estensione ed i deflettori estesi sul dorso.
• Serbatoi: il posizionamento dei serbatoi nelle ali ha il vantaggio di mantenere le variazioni di peso legate al
consumo di carburante in una posizione vicina al baricentro dell'intero apparecchio, riducendo gli effetti delle
variazioni stesse sull'assetto di volo. I serbatoi degli aerei sono realizzati in modo da minimizzare l'effetto del
rollio del carburante.
• Carrelli retrattili: il posizionamento dei carrelli nelle ali si rende necessario per ottenere una distanza sufficiente
tra le ruote medesime, dando stabilità al mezzo quando si muove al suolo (e durante l'atterraggio). Considerazioni
legate alla resistenza che le ruote genererebbero ad alte velocità ne suggeriscono la 'scomparsa' durante il volo:
esse vengono richiamate in appositi alloggiamenti ricavati nella ali stesse.
• Luci di posizione: Servono soprattutto per poter essere visibili da altri aeromobili e dalla torre di controllo.
• Armi, munizioni: nel caso di aerei ad uso militare; anche in questo caso valgono le considerazioni di peso svolte
per il carburante.
Ala (aeronautica)
Note
[1] L'effetto suolo tende a far galleggiare il velivolo.
[2] La resistenza è funzione della portanza: quando quest'ultima aumenta, in generale aumenterà anche la resistenza. La teoria della resistenza
indotta è una teoria che permette di tener conto degli effetti delle estremità alari sulla resistenza.
Voci correlate
•
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•
•
•
Apertura alare
Superficie alare
Allungamento alare
Piano di coda
Impennaggio
Profilo alare
Altri progetti
•
Wikimedia Commons contiene file multimediali: http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Aircraft
wings
Collegamenti esterni
• Gaetano Carbonaro. Ala (http://dida.fauser.edu/dispro/carbonar/struttu/ala.html) in Progetto e disegno di
costruzioni aeronautiche. http://dida.fauser.edu/dispro/carbonar/index.htm. URL consultato in data 6 ott 2009.
(FR) Configurations d'avion - Type d'ailes (http:/ / www. avionslegendaires. net/ configurations-d-avion-type-d-ailes.
php). avionslegendaires.net. URL consultato in data 18-06-2010.
10
Profilo alare
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Profilo alare
Il profilo alare è la sezione di un'ala
condotta secondo un piano verticale e
parallelo alla mezzeria dell'ala stessa. Anche
le sezioni di una pala di turbomacchina o di
un'elica propulsiva sono costruite secondo i
principi dei profili alari.
Teoria
Quando si studia un profilo alare, si studia
un'ala tridimensionale di lunghezza infinita
(nella direzione perpendicolare al piano di
sezione che determina il profilo). Secondo il
teorema di Kutta-Joukowski, si crea una
circolazione attorno al profilo che genera
una forza, in direzione perpendicolare alla
corrente indisturbata, detta portanza che
tende a sostentarlo. Tale teorema vale
solamente in condizioni di viscosità
trascurabile (flusso euleriano). In generale la
portanza non è l'unica forza agente sul
profilo: la viscosità del fluido genera anche
una
resistenza
fluidodinamica,
una
componente della risultante delle forze
aerodinamiche diretta parallelamente alla
corrente indisturbata.
Profilo alare:
α: incidenza geometrica
c: corda
1: linea di portanza nulla
2: bordo d'attacco
3: cerchio osculatore del bordo d'attacco
4: curvatura
5: spessore
6: dorso
7: bordo d'uscita
8: linea d'inarcamento media
9: ventre.
La forma dei profili alari tende a creare una
differenza di pressione tra le due facce: una
volta che il fluido (aria, acqua od altro)
investe il profilo con l'opportuno angolo
d'attacco, si genera una sovrappressione
sulla pancia ed una depressione sul dorso
del profilo stesso.
Andamento del coefficiente di pressione su due profili alari per due angoli
Questa distribuzione di pressione fa sì che le
d'attacco:
particelle di fluido generino una forza diretta
1: profilo simmetrico ad incidenza di portanza nulla
2: profilo asimmetrico ad incidenza di portanza nulla
grosso modo verticalmente, dal basso verso
3: profilo simmetrico ad incidenza di portanza positiva
l'alto, che lo sostenta. La componente
4: profilo asimmetrico ad incidenza di portanza positiva.
perpendicolare alla corrente indisturbata, la
Sono stati disegnati anche i vettori di portanza (indicati con L, lift).
portanza, cresce in maniera pressoché
lineare al crescere dell'angolo d'attacco del
profilo fino ad un valore critico, chiamato angolo di incidenza critico o angolo d'attacco aerodinamico critico.
Aumentando ulteriormente l'angolo d'attacco si raggiunge un massimo della portanza ad un valore chiamato angolo
Profilo alare
di incidenza di stallo o angolo d'attacco di stallo, oltre il quale si ha lo stallo del profilo, al quale si riscontra una
diminuzione della portanza ed un aumento della resistenza aerodinamica.
Inoltre, nel caso reale di ala di lunghezza finita, è necessario tenere in considerazione altri effetti, il principale dei
quali è che «un generico fluido tende a spostarsi da una zona di alta pressione ad una di bassa pressione».
Tale principio è facilmente riscontrabile in molti casi pratici, per esempio quando un pallone si buca e l'aria tende ad
uscire verso l'esterno, cioè verso lo stato di (bassa) pressione atmosferica rispetto all'interno.
Ai bordi dell'ala si ha una migrazione di fluido verso i punti a pressione minore e quindi un'ulteriore generazione di
resistenza, fenomeno che spiega la presenza di alettoni verticali ai bordi delle ali degli aeroplani o negli spoiler delle
auto da corsa.
In un profilo si riconoscono i seguenti elementi geometrici caratteristici:
•
•
•
•
•
•
Bordo d'attacco: il punto geometricamente più avanzato del profilo.
Bordo d'uscita: il punto geometricamente più arretrato del profilo.
Corda: la linea retta che unisce il bordo d'attacco con il bordo d'uscita.
Dorso: la linea che delimita superiormente il profilo.
Ventre: la linea che delimita inferiormente il profilo.
Spessore: la distanza tra dorso e ventre.
• Linea di inarcamento medio: la linea che unisce i punti equidistanti tra dorso e ventre.
• Freccia: distanza tra linea media e corda misurata perpendicolarmente alla corda.
• Linea di portanza nulla: la linea, passante per il bordo d'uscita, parallela alla direzione della corrente per la quale
la portanza del profilo è nulla.
• Incidenza geometrica od angolo d'attacco geometrico: angolo formato dalla corda con la corrente indisturbata.
Il centro di pressione
Il centro di pressione di un profilo alare è il punto in cui possiamo immaginare applicata la risultante delle forze
fluidodinamiche agenti sul profilo stesso. La risultante viene generalmente scomposta in portanza, perpendicolare
alla velocità del flusso indisturbato e positiva verso l'alto, e resistenza, parallela alla velocità del flusso indisturbato
e positiva nel verso della velocità. Il momento fluidodinamico agente rispetto al centro di pressione è nullo, perché
è nullo il braccio della risultante delle forze aerodinamiche.
Al variare dell'angolo d'attacco del profilo rispetto alla corrente, varierà la posizione del centro di pressione. La
variazione dipenderà dalla forma del profilo, per questo motivo non è conveniente prendere in considerazione questo
punto per studiare il comportamento di un profilo. Si preferisce perciò considerare applicata la risultante delle forze
aerodinamiche in un altro punto, il punto neutro.
Il punto neutro
Il punto neutro dell'ala, detto anche fuoco o centro aerodinamico, è il punto in cui il coefficiente di momento
agente sul profilo (che non si trovi ad incidenze elevate) rimane generalmente costante al variare dell'incidenza.
Solitamente si trova in una zona attorno al 25% della corda (quarto di corda). Considerando la risultante delle forze
aerodinamiche applicata in questo punto bisognerà tenere in considerazione anche un momento fluidodinamico
applicato generalmente non nullo (è un sistema di forze equivalente al sistema di forze effettivamente applicate).
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Profilo alare
Tipi di profili
La prima distinzione in ampie categorie viene effettuata analizzando le curvature dell'estradosso e dell'intradosso:
• Concavo-convesso: sia l'intradosso che
l'estradosso hanno la parte centrale della
curvatura più in alto rispetto ai punti di
ingresso e di uscita (relativamente alla
parte 'piena' dell'ala, quindi, l'estradosso
appare convesso mentre l'intradosso
appare concavo). Questo profilo era
utilizzato negli aerei antichi ed è
attualmente utilizzato per alcuni
ultraleggeri.
• Concavo-convesso moderno: è più simile
ad un piano convesso, rispetto a quello
precedente, ed ha ottime prestazioni alle
basse velocità, pertanto viene quasi
universalmente utilizzato negli alianti. In
genere è anche un profilo laminare.
• Piano-convesso: l'estradosso è come nel
caso precedente, mentre l'intradosso è
piatto. È un tipo di profilo non ottimale,
ma economico. Attualmente è utilizzato
in alcuni aerei da turismo.
• Biconvessi: intradosso ed estradosso
hanno curvature opposte. Se i profili, pur
curvati in senso opposto, sono differenti,
si parla di profili biconvessi asimmetrici,
mentre, se hanno identica forma, si parla
di profili simmetrici. I primi sono
utilizzati nella maggior parte degli aerei
odierni, i secondi per gli aerei acrobatici
(cosicché possano avere le stesse
caratteristiche in volo rovescio), e sono
universalmente utilizzati per i piani di
coda.
• Laminari: sono i profili, che,
indipendentemente dal loro spessore,
riescono a mantenere un flusso non
turbolento su una parte rilevante della
propria corda. Questa caratteristica si
ottiene attraverso lo spostamento del
massimo spessore del profilo più verso il
bordo di uscita, rispetto ai profili più tradizionali; il che consente di avere uno strato limite laminare più lungo. I
profili laminari, o a flusso laminare, oppongono una resistenza minore all'avanzamento, ma solo entro un limitato
range di angoli di incidenza rispetto al flusso.
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Profilo alare
Profili subcritici
Il numero di Mach critico è il numero di Mach del flusso indisturbato (il numero di Mach di volo) per il quale si
forma un punto sonico (una zona limitata alla quale la velocità è pari a quella del suono) sul dorso del profilo. Al
crescere del Mach di volo l'onda d'urto che si forma si intensifica, aumentando la propria estensione spostandosi
verso il bordo d'attacco. A causa dei fenomeni di dissipazione di energia dovuti alla presenza degli urti, la resistenza
aerodinamica del profilo crescerà in modo particolarmente intenso.
Per evitare questo fenomeno sarà possibile adottare un profilo cosiddetto subcritico, ovvero un profilo che, grazie
alle sue caratteristiche geometriche, possiederà un numero di Mach critico più elevato possibile.
In generale il profilo subcritico avrà:
• piccolo spessore relativo e piccolo raggio di curvatura del bordo d'attacco per diminuire le accelerazioni del
flusso;
• punto di massimo spessore spostato all'indietro (circa a metà della corda), per avere una curvatura graduale quindi
una distribuzione di pressione quanto più uniforme possibile sul dorso.
A causa di queste minime differenze geometriche con un profilo normale, è assai difficile per un osservatore
distinguere un profilo subcritico.
Profili supercritici
I profili supercritici sono profili alari che possiedono un numero di Mach critico più basso di un profilo normale. A
causa di ciò la formazione di una regione supersonica sul dorso si manifesterà a velocità più basse conferendo forma
tale al profilo per garantire che la ricompressione avvenga con minori perdite di energia possibile.
Un profilo supercritico avrà:
• elevati raggi di curvatura al bordo d'attacco;
• punto di massimo spessore più a monte rispetto ad un profilo convenzionale.
Profili normati
Sono oltre 1.800 i profili definiti in modo univoco ed utilizzati nella produzione dei velivoli di serie. I più comuni
sono quelli definiti dall'organizzazione governativa americana NACA (ora NASA) identificati con numeri a 4 o 5
cifre, che tutt'oggi sono uno standard per la produzione in serie di profili alari ad uso civile.
• Per i profili a 4 cifre (es. NACA 2415), esse hanno il seguente significato:
• 1ª cifra, valore della freccia massima in percentuale della corda (es. 2 → 0,02 c );
• 2ª cifra, distanza dal bordo d’attacco della posizione della freccia massima, in decimi della corda (es. 4 → 0,4
c);
• 3ª e 4ª, spessore massimo, in percentuale della corda (es. 15 → 0,15 c).
• Talvolta alle quattro cifre, separate da un trattino (es. NACA 2415 – 24), sono aggiunte altre due cifre che
indicano:
• 5ª cifra, il raggio del bordo d’attacco, in percentuale della corda (es. 2 → 0,02 c);
• 6ª cifra, la distanza dal bordo d’attacco del massimo spessore, in decimi della corda (4 → 0,4 c).
• Per i profili a 5 cifre - costruiti utilizzando cinque tipi di linea media - (es. NACA 23012), esse hanno il seguente
significato:
• 1ª cifra, moltiplicata per 3/20, il coefficiente di portanza per il quale il profilo è stato progettato;
• 2ª e 3ª cifra, distanza dal bordo d’attacco della posizione della curvatura massima divisa per 2, in percentuale
della corda (es. 30 → 0,15 c).
• 4ª e 5ª cifra, valore dello spessore massimo, in percentuale della corda (es. 12 → 0,12 c).
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Profilo alare
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Altri progetti
•
Wikimedia Commons contiene file multimediali: http://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Airfoils
Collegamenti esterni
• Programmi [1] per la realizzazione e lo studio dei profili alari. Una scelta ampia, che comprende programmi
freeware e shareware.
• Sito in inglese [2] che spiega in modo molto intuitivo la particolarità del disegno dei profili alari supersonici.
Comprende anche altre sezioni in cui viene dato ragguaglio sui vari principi dell'aerodinamica in generale.
• www.ae.uiuc.edu [3] coordinate dei principali profili aerodinamici.
Note
[1] http:/ / www. baronerosso. eu/ Downloads-index-req-viewsdownload-sid-16. html
[2] http:/ / selair. selkirk. bc. ca/ aerodynamics1/ High-Speed/ Page5. html
[3] http:/ / www. ae. uiuc. edu/ m-selig/ ads/ coord_database. html
Apertura alare
L'apertura alare è la distanza che separa, negli aeromobili o negli
animali dotati di ali, le estremità di quest'ultime.
Apertura alare in natura
La maggiore apertura alare per un animale vivente (3,63 m) è stata
misurata nel 1965 su un esemplare di albatros urlatore (Diomedea
exulans).
Tra le specie estinte il record appartiene ad un specie di pterosauro,
l'Hatzegopteryx, i cui fossili indicano un'apertura alare di oltre 12
metri.
L'apertura alare è la distanza che intercorre tra il
punto A ed il punto B
Tra gli uccelli le dimensioni minime competono ad una specie di colibrì, il Mellisuga helenae, in cui il maschio ha
un'apertura di circa 3 cm.[1]
Dimensioni ancora inferiori possono essere raggiunte da alcuni insetti.
Apertura alare
Apertura alare in aeronautica
Gli aerei con una maggiore apertura alare solitamente sono più
efficienti perché subiscono una minore resistenza aerodinamica ed i
vortici che si creano alle estremità alari influiscono meno sulla
portanza generata dall'ala. Gli aerei con le ali lunghe subiscono però
una maggiore forza di inerzia lungo l'asse longitudinale, riducendo la
velocità di rollio con conseguente perdita di manovrabilità. Per questo
gli aerei acrobatici e militari di solito possiedono un'apertura alare
ridotta. Inoltre ali molto lunghe sono più pesanti, e vi è un limite
La foto riproduce un aliante che per le loro
caratteristiche sono dotati di un'ala di grande
all'apertura alare imposto dalle dimensioni degli hangar degli aeroporti.
apertura ma una ridotta corda alare, hanno quindi
Attualmente il limite è fissato ad 80m e l'Airbus A380 è l'aereo
un grande allungamento alare.
d'aviazione commerciale con maggiore apertura alare (79,8m).
Un'apertura alare troppo ridotta, d'altro canto, può essere un problema
per la stabilità in manovra, poiché l'aeromobile in questo caso è soggetto a effetti giroscopici importanti che, ad
esempio, nel caso di velocità di rollio molto elevate può anche subire un momento cabrante abbastanza intenso.
Questo problema negli aerei da combattimento è spesso risolto grazie ai controlli del computer di bordo, che
corregge le manovre del pilota. Esempi di apertura alare ridotta si hanno nei biplani.
Dato che la portanza generata è proporzionale alla superficie alare, gli aerei con ali corte avranno una maggiore
corda alare, quindi maggiore manovrabilità. Una misura importante in ingegneria aeronautica per determinare le
caratteristiche di un aereo è il rapporto tra l'apertura alare e la corda alare.
Il rapporto tra l'apertura alare e la corda è detto allungamento alare, ed è una caratteristica molto importante di tutti i
velivoli.
Note
[1] Camfield A. Mellisuga helenae (http:/ / animaldiversity. ummz. umich. edu/ accounts/ Mellisuga_helenae/ ) in Animal Diversity Web.
2004. URL consultato in data 1 novembre 2012.
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Superficie alare
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Superficie alare
La superficie alare è l'organo aerodinamico che grazie alla sua forma e durante il suo moto nel fluido (generalmente
in un velivolo) genera una forza aerodinamica scomponibile in due forze: una diretta in genere verso l'alto, mentre la
seconda si oppone al moto nel fluido. Viene calcolata misurando l'area della forma in pianta dell'ala.
Le forze che si generano sono la portanza e la resistenza, la prima è responsabile del sostentamento dell'aeromobile,
mentre la seconda è la forza che si oppone al moto che viene contrastata dal sistema propulsivo.
In pratica la reazione aerodinamica totale si scompone in portanza e resistenza, che sono le due grandezze più
importanti per determinare le caratteristiche di una superficie alare. Esiste un grafico chiamato la "polare dell'ala"
che dà, per ogni valore del coefficiente di portanza, il relativo valore di coefficiente di resistenza aerodinamica per
ogni angolazione o incidenza del profilo rispetto alla sua direzione di moto.
Le superfici alari presenti in un aeroplano sono:
• ala composta da due semiali (o 4 nel caso dei biplani)
• piano di coda,
• piano di deriva.
Allungamento alare
L'allungamento alare è una delle caratteristiche geometriche di un'ala aeronautica, definito come il rapporto tra
l'apertura alare e la corda alare media o tra il quadrato dell'apertura alare e la superficie alare ed è indicato con
oppure
dove A indica l'allungamento alare (aspect ratio in inglese), b indica l'apertura alare (misura della lunghezza da
un'estremità all'altra delle ali viste in pianta) e S indica la superficie alare (la somma della superficie di ambedue le
semiali). La superficie alare è proporzionale al rapporto
tra apertura alare e lunghezza della radice alare
(lunghezza della sezione dell'ala al punto più vicino alla fusoliera).
Essendo il rapporto tra due misure di lunghezza o di superficie, esso è un numero adimensionale o puro, cioè che
non ha unità di misura.
L'allungamento alare, che è un parametro che distingue il profilo dall'ala finita (il profilo viene considerato come
appartenente ad un'ala di apertura infinita), ha effetto sulla resistenza ed in particolare sul coefficiente di resistenza
indotta
che, nel caso dell'ala ellittica, è dato dalla relazione:
dalla quale si deduce che maggiore è l'allungamento e minore sarà la resistenza indotta. Infatti il primo termine
rappresenta il coefficiente di resistenza indotta e CL il coefficiente di portanza.
Allungamento alare
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Effetti e conseguenze
Un effetto dell'allungamento influirà anche sul coefficiente di portanza
massimo; supponiamo infatti di voler esprimere, sempre nel caso più
semplice possibile di ala ellittica, il coefficiente di portanza totale
dell'ala in funzione della pendenza della retta di portanza dei profili che
costituiscono l'ala. Consideriamo quindi un'ala ellittica e supponiamo
che abbia tutta lo stesso tipo di profilo: il CL totale di quest'ala potrà
essere espresso mediante la relazione:
Il Concorde, supersonico caratterizzato da un
allungamento alare molto basso (A=1,8).
Un Piper PA-28 caratterizzato da un
allungamento alare medio-basso (A=5,6).
dove α0 è l'incidenza geometrica, mentre αi è l'incidenza indotta; quindi nessuna sezione lavora ad incidenza
geometrica, dato che si deve tener conto delle componenti di velocità indotte dal sistema vorticoso a staffa, le quali
producono una riduzione dell'angolo d'attacco, espressa nel caso dell'ala ellittica attraverso una costante al variare
dell'apertura e pari a
.
Mettendo in evidenza il CL, otteniamo:
che possiamo riscrivere come
dove per definizione il nuovo termine rappresenta la pendenza della retta di portanza dell'ala finita, che in base
all'espressione appena descritta ha la forma:
che è proprio la relazione che si voleva evidenziare, perché rappresenta il secondo effetto fondamentale
dell'allungamento alare sulle caratteristiche aerodinamiche dell'ala: in tale relazione (valida per un'ala ellittica, ma
Allungamento alare
19
che contiene comunque i concetti che qui interessa discutere) si nota che per valori molto elevati dell'allungamento
alare, il
dell'ala finita tenderà al
del profilo; inoltre tanto minore è l'allungamento dell'ala e tanto più risulterà
diminuita la pendenza della retta di portanza dell'ala stessa.
Applicazioni
Valori di allungamento alare caratteristici dei velivoli che oggi si
incontrano vanno da 2-3 per i supersonici da combattimento, a circa 7
per i commerciali da trasporto, sino ad arrivare a 20-30 per gli alianti,
nei quali è di fondamentale importanza tenere al minimo la resistenza
complessiva della configurazione.
È chiaro che se dobbiamo progettare un velivolo supersonico, nel
momento in cui voli ad alta velocità a Mach > 1, il coefficiente di
portanza sarà certamente ridotto e l'angolo d'attacco sarà basso, quindi
la resistenza indotta in quelle condizioni di volo e di progetto non è
Un aliante Glaser-Dirks DG-808 con un
certamente un problema: sarà dunque meglio prendersi tutti i vantaggi
allungamento alare molto elevato (A=27,4).
(per esempio di tipo strutturale) di un'ala con allungamento alare
piuttosto basso; se invece dobbiamo progettare un aliante, è importantissimo che la resistenza complessiva sia bassa
e quindi realizzeremo ali con allungamenti molto elevati.
Piano orizzontale (aeronautica)
Il piano orizzontale di coda, spesso
semplicemente piano di coda, è una
superficie non portante[1] di un aereo.
Solitamente è formato da due parti, una fissa
chiamata stabilizzatore, ed una mobile
chiamata equilibratore.
Sono montate lateralmente nella parte
posteriore della fusoliera. Su alcuni velivoli
il piano orizzontale è formato da un'unica
superficie, lo stabilatore[2] (in inglese
stabilator, contrazione di stabilizer,
stabilizzatore, ed elevator, equilibratore).
L'insieme del piano orizzontale e del piano
verticale costituisce gli impennaggi.
ImpennaggioImpennaggi di coda: orizzontali:Equilibratore
In alcuni aeroplani lo stabilizzatore può
(aeronautica)equilibratorestabilizzatore (aeronautica)stabilizzatoreverticale:deriva
(aeronautica)derivatimone (aeronautica)timone.
essere posto a monte dell'ala, in una
configurazione detta canard (anatra in
francese), oppure sia a monte che a valle, in configurazione mista.
Piano orizzontale (aeronautica)
Struttura del piano di coda
Normalmente un piano di coda è formato dallo stabilizzatore, fisso, e dall'equilibratore, mobile. Esistono anche gli
stabilizzatori (chiamati anche elevatori o elevoni) in cui l'intero piano orizzontale di coda è mobile fungendo quindi
interamente come equilibratore. Attraverso il movimento dell'equilibratore (o stabilatore) si governa il beccheggio
dell'aereo, ovvero la rotazione dell'aereo lungo l'asse orizzontale verso l'alto o verso il basso, spostando il flusso
d'aria verso l'alto o il basso, permettendo quindi il decollo, la salita o la discesa.
Sugli equilibratori sono spesso montati dei trim, piccole superfici mobili che, regolate opportunamente, aiutano a
mantenere l'aereo nell'assetto desiderato. Variando le caratteristiche aerodinamiche dell'ala, permettono di effettuare
correzioni di assetto senza dover esercitare uno sforzo continuo sui comandi. Sugli aerei con prestazioni più elevate,
i piani di coda orizzontali possono venir fatti lavorare in opposizione l'uno rispetto all'altro in maniera analoga a
quella degli alettoni per generare un moto di rollio.
Esistono diverse configurazioni dei piani di coda. La più comune è quella con lo stabilizzatore a livello della
fusoliera e la deriva che si alza da esso, ma in molti aerei a turboelica, in alcuni piccoli aviogetti e in molti alianti si
utilizza la configurazione a T, con lo stabilizzatore sopra la deriva. Questo tipo di piano di coda presenta svantaggi in
caso di stallo: i vortici creati dalle ali potrebbero investire l'equilibratore, rendendolo inefficace e quindi più
complessa la manovra di recupero dallo stallo.
Stabilità statica in volo
Per mantenere il volo livellato, un
aeroplano dovrà essere in equilibrio
longitudinale: la portanza (che agisce
prevalentemente sull'ala) e la forza
peso, che agisce sul baricentro
dovranno
essere
in
equilibrio.
Tralasciamo
per
semplicità
di
trattazione il fatto che su alcuni aerei
anche la forma della fusoliera è
studiata per contribuire alla portanza, e
il contributo della componente della
spinta dei motori lungo l'asse verticale.
Dal momento che i punti di
Grafico delle forze di un MiG-21 con stabilità statica convenzionale ed un F-16 con
stabilità statica rilassata.
applicazione delle due forze non sono
in genere coincidenti, ne deriva un
momento meccanico lungo l'asse di beccheggio che deve essere bilanciato.
Velivoli con stabilità statica convenzionale
I velivoli tradizionali sono disegnati in modo da essere intrinsecamente stabili. Ciò significa che un aeromobile in
equilibrio soggetto ad una piccola perturbazione deve tornare rapidamente all'equilibrio precedente una volta che la
perturbazione sia cessata, senza l'intervento del pilota.
In questi velivoli, il baricentro è posto anteriormente al punto di applicazione della portanza mentre il piano di coda
orizzontale genera una deportanza (trascurabile in modulo rispetto alla portanza e alla forza peso ma con un braccio
notevole) che bilancia il momento picchiante dell'ala.
Considerando, per esempio, come perturbazione un piccolo incremento istantaneo dell'angolo di attacco del velivolo
(dovuto magari ad una raffica di vento), la portanza aumenta, ma la diminuzione dell'angolo d'attacco del piano di
20
Piano orizzontale (aeronautica)
coda riduce il momento a cabrare permettendo al velivolo di riguadagnare rapidamente l'assetto iniziale.
Velivoli con stabilità statica rilassata
Quando invece il punto di applicazione della portanza si trova a monte del baricentro, si parla di stabilità statica
rilassata. L'aereo tenderà ad alzare il muso e la coda dovrà essere portante per tenerlo in volo livellato o comunque
stabilizzato.
Si tratta di una soluzione migliore della precedente, perché la portanza totale generata è maggiore: la portanza delle
due superfici alari infatti si somma. Rende però l'aereo decisamente più instabile, e in genere richiede l'ausilio del
pilota automatico per il pilotaggio. Nel grafico sono riportati i valori del coefficiente di portanza (CL) e di
coefficiente di resistenza (CD) delle due configurazioni.
Note
[1] Ovvero una superficie che, pur potendo produrre portanza in particolari condizioni, non contribuisce ad aumentare la portanza dell'aereo nel
suo complesso, anzi in molti casi è deportante.
[2] Da non confondere con l'elevone (combinazione di elevatore ed alettone, in inglese elevon), una superficie mobile incernierata sul bordo
d'uscita dell'ala di velivoli sprovvisti di piani orizzontali (ala volante o velivoli tutt'ala).
Voci correlate
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Impennaggio
Fusoliera
Ala
Alette canard
Trim
Carrello d'atterraggio
Aeroplano
Pilotaggio degli aeroplani
Decollo
Atterraggio
Collegamenti esterni
• Analisi del piano coda di un MD80 (http://www.md80.it/staticpages/index.php?page=20040818022226583)
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Impennaggio
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Impennaggio
L' impennaggio (o coda) è quella parte di
aeromobile con funzioni stabilizzatrici e
comprende uno o più piani orizzontali ed
uno o più piani verticali. I piani orizzontali
sono costituiti spesso da una parte fissa, lo
stabilizzatore, ed una parte mobile,
l'equilibratore, incernierata posteriormente
allo stabilizzatore. In alcuni casi il piano
orizzontale è formato da una superficie
unica, lo stabilatore (contrazione di
stabilizzatore ed equilibratore). I piani
verticali sono costituiti anch'essi da due
superfici, una fissa, la deriva, ed una mobile,
il timone, seppure in alcuni casi di aeroplani
ad alte prestazioni (militari ed acrobatici)
sono
presenti
impennaggi
verticali
interamente mobili.
Impennaggi di coda: orizzontali:equilibratore
(aeronautica)equilibratorestabilizzatore (aeronautica)stabilizzatoreverticale:deriva
(aeronautica)derivatimone (aeronautica)timone.
Spesso sulla deriva sono montate le antenne
dei sistemi di radionavigazione.
In alcuni velivoli, il piano verticale
incorpora una gondola del motore, come ad
esempio nei Lockheed L-1011 TriStar,
McDonnell Douglas DC-10 ed MD-11,
Boeing 727, Tupolev Tu-154 e Yakovlev
Yak-40.
Funzioni dell'impennaggio
Facendo riferimento ad un sistema di tre assi
ortogonali aventi origine nel baricentro
dell'aereo e coincidenti con i tre assi
In alcuni aerei, come questo DC-10, il piano verticale di coda ospita una gondola
principali d'inerzia del velivolo, per tali assi
del motore.
è solito usare i simboli X per l'asse
longitudinale (movimento di rollio), Y per
l'asse perpendicolare al piano di simmetria (movimento di beccheggio), Z per l'asse normale agli altri due
(movimento di imbardata). Lo stabilizzatore orizzontale e quello verticale, unitamente agli alettoni, hanno lo scopo
di:
• assicurare l'equilibrio dei momenti attorno ai tre assi baricentrici X, Y e Z delle forze che si esercitano sul
velivolo nei vari assetti di volo;
• rendere stabile l'aereo;
• permettere le manovre.
Impennaggio
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Tipi di impennaggi
La tipologia degli impennaggi dipende dalla configurazione assunta a fronte del posizionamento, numero e forma,
dello stabilizzatore verticale. È da rilevare che l'impennaggio orizzontale è sempre e comunque posto ad una
conveniente distanza dall'ala con giacitura all'incirca parallela a quella dell'ala stessa: esso ha una sezione a profilo
simmetrico o quasi.
Impennaggio classico
Impennaggio bideriva
Impennaggio cruciforme
Impennaggio trideriva
Impennaggio a farfalla
Impennaggio a T
Impennaggio classico
Lo stabilizzatore verticale è disposto nel piano di simmetria del velivolo, se unico, e lo stabilizzatore orizzontale si
trova collocato alla base della deriva.
Questa è la configurazione usata nella maggior parte degli aeroplani, in particolare nei monomotori ad elica e nei
grandi aerei commerciali con più motori jet sotto le ali.
Impennaggio bideriva
L'impennaggio a bideriva presenta due stabilizzatori verticali, anziché un singolo stabilizzatore. Sono disposti
sempre simmetricamente rispetto al piano di simmetria del velivolo.
Impennaggio a farfalla o a V
Gli impennaggi a farfalla non presentano stabilizzatori verticali ed orizzontali distinti. Le funzioni dei due
stabilizzatori vengono riunite in una coppia di superfici portanti disposte in modo da formare un certo angolo (≈
45°), rispetto al piano di simmetria longitudinale del velivolo. Questa configurazione è utilizzata nell'aereo da
turismo Beechcraft Bonanza Model 35 e nel famoso caccia stealth F-117 Nighthawk.
Impennaggio a T
Lo stabilizzatore orizzontale è montato sulla cima dello stabilizzatore verticale. I comandi ed i motori per il
beccheggio ed il trimmaggio sono posizionati nell'interno della deriva. Questa disposizione è comunemente presente
nei velivoli a motore posteriore, quali il Boeing 727 ed il Douglas DC-9, oltre che nella maggior parte dei turboelica,
come gli ATR e in molti alianti.
Questa configurazione è la seconda più comune dopo quella classica.
Questa configurazione può essere pericolosa in caso di stallo, perché i vortici creati dalle ali potrebbero colpire lo
stabilizzatore rendendolo poco efficace nella manovra di rimessa, di fatto rendendo l'aereo quasi ingovernabile.
Impennaggio
Impennaggio cruciforme
Lo stabilizzatore orizzontale interseca a mezza altezza lo stabilizzatore verticale in una configurazione a croce. Il
Consolidated PBY Catalina (o il Gloster Meteor riportato in figura) adotta questa configurazione.
Impennaggio trideriva
È una variante dell'impennaggio bideriva, essendo costituito di tre stabilizzatori verticali. Il migliore esempio di
questa configurazione è il Lockheed Constellation. Questa configurazione venne adottata per dotare il velivolo della
massima superficie verticale di stabilizzazione, mantenendo contemporaneamente la sua altezza entro limiti
accettabili per consentirne l'accesso negli hangar di manutenzione.
Sistema canard
Alcuni aeroplani utilizzano un sistema detto canard (anatra in francese) in cui lo stabilizzatore si trova sul muso
dell'aereo.
Alette compensatrici e trim
Le alette compensatrici sono delle piccole superfici articolate sul bordo d'uscita di una superficie di comando di un
velivolo. L'angolo delle alette relativo alla superficie di comando può essere aggiustato, automaticamente o
manualmente, per bilanciare le forze aerodinamiche e stabilizzare il velivolo in un assetto desiderato particolare
senza la necessità di azioni di controllo costanti. Poiché il centro di pressione dell'aletta risulta più lontano dal bordo
d'attacco della superficie mobile di quanto lo sia il centro di pressione di quest'ultima, il momento meccanico
generato dall'aletta di compensazione bilancia il momento meccanico generato dalle superfici di controllo, e si
realizza pertanto una esigenza di sforzo di barra ridotta od annullata. Come tali le alette di compensazione sono
presenti sia sul timone di direzione sia sul timone di profondità.
Le stesse alette possono essere mosse dal pilota durante il volo (in particolare quelle sull'equilibratore) per mantenere
l'assetto desiderato e sono dette trim. In molti aerei commerciali recenti, il trimmaggio sul piano del beccheggio si
ottiene con il movimento di pochi gradi del piano orizzontale "fisso", lo stabilizzatore, che perciò nei fatti, diventa
anch'esso parte mobile.
Voci correlate
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Piano di coda
Trim
Aerodinamica
Alette canard
Altri progetti
• Wikizionario contiene la voce di dizionario: http://it.wiktionary.org/wiki/Impennaggio
24
Impennaggio
Collegamenti esterni
• Gaetano Carbonaro. Gli impennaggi [1] in Progetto e disegno di costruzioni aeronautiche. http://dida.fauser.
edu/dispro/carbonar/index.htm. URL consultato in data 6 ott 2009.
Note
[1] http:/ / dida. fauser. edu/ dispro/ carbonar/ struttu/ struimp. html
25
Fonti e autori delle voci
Fonti e autori delle voci
Ala (aeronautica) Fonte: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53601670 Autori:: Ary29, Calabash, EH101, Eio, Eumolpo, F l a n k e r, Ficarello, Franco3450, Giulianorock, Giuse93,
Harlock81, Hellis, Jalo, MaEr, MapiVanPelt, Marcok, Mark91, Mauro742, Metralla, Nubifer, Patrick Bernasconi, Phantomas, Piero, Pracchia-78, Rojelio, SCDBob, Shivanarayana, Taueres,
Threecharlie, Uomo Grigio, 49 Modifiche anonime
Profilo alare Fonte: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=51625608 Autori:: .snoopy., A7N8X, Adfc, Andreaderosa, Ariannacassani, Arroww, AttoRenato, Defcon, Domenico De Felice,
Eio, Emiliano Deghenghi, F l a n k e r, Franco3450, Gacio, Geziod, Guglielmo.monguzzi, Guido 88, Jozan, LucaLuca, Marcok, Melos, Phantomas, Pracchia-78, Qbert88, Retaggio, SCDBob,
Simone, Sir marek, Tizio X, Varepsilon, Zorzo Mirco, 26 Modifiche anonime
Apertura alare Fonte: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53662352 Autori:: EH101, Eio, Esculapio, F l a n k e r, SCDBob, Simone, Soblue, Threecharlie, Tommaso Ferrara, Ysogo, 7
Modifiche anonime
Superficie alare Fonte: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53035669 Autori:: Bella Situazione, Civvì, EH101, Franco3450, Kyklops, Nubifer, Renato Caniatti, Retaggio, SCDBob,
Silvio.dellacqua, Simbraga, 3 Modifiche anonime
Allungamento alare Fonte: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53098348 Autori:: Cantalamessa, EH101, Eio, F l a n k e r, Franco3450, Madaki, Matteolegna, Murano, Nick84,
SCDBob, Threecharlie, 5 Modifiche anonime
Piano orizzontale (aeronautica) Fonte: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53563568 Autori:: Aushulz, Biopresto, Claudev8, Cloj, EH101, Eio, F l a n k e r, Gnumarcoo, No2, Nubifer,
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Impennaggio Fonte: http://it.wikipedia.org/w/index.php?oldid=53256468 Autori:: AnjaManix, Ary29, EH101, Eio, F l a n k e r, Franco3450, Hellis, Limonadis, Marco Bernardini, Rojelio,
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