Apr 012018
 
DIDATTICA Area: TRASPORTI Classe: 2
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Gli aeroplani, sono strumenti meccanici in grado di consentire all’uomo di superare la forza di gravità e staccarsi dal terreno volando quasi come gli uccelli. Dai più antichi a quelli ultramoderni, dai più semplici agli ultra-tecnologici, gli aerei sono caratterizzati da alcuni elementi base uguali per tutti. Questo è dovuto a ragioni di stabilità e manovrabilità, per cui avremo, il corpo che prende il nome di fusoliera, le ali, lo piano orizzontale di coda, gli organi di stabilizzazione e controllo come i flaps, slats, trim, alettoni, organi per il decollo e atterraggio come il carrello, la cabina di pilotaggio e il sistema di propulsione.

ROLLIO – BECCHEGGIO – IMBARDATA

Prima di analizzare le parti di cui è composto un aereo, bisogna aver presenti quelli che sono i possibili movimenti che l’aeroplano può compiere in aria. Esso si può muovere lungo una terna di assi chiamati assi corpo o assi velivolo.

Assi corpo o Assi velivolo

Si tratta di una terna fissa che ha origine nel baricentro del velivolo, del tutto simile alle terna di assi cartesiani utilizzati nelle proiezioni ortogonali o nelle assonometrie.

Rollio (roll)

L’Asse X è l’asse longitudinale e coincide con la fusoliera dell’aereo. Attorno a quest’asse avviene quello che è chiamato moto di Rollio (Roll) attraverso il quale l’aereo riesce a virare.

Beccheggio (Pitch)

L’Asse Y è l’asse trasversale e coincide con le ali dell’aereo. Attorno a quest’asse avviene quello che è chiamato moto di Beccheggio (Pitch) attraverso il quale l’aereo cabra o picchia alzando o abbassando rispettivamente il suo muso.

Imbardata (Yaw)

L’Asse Z è l’asse verticale perpendicolare agli altri due assi. Attorno a quest’asse avviene quello che è chiamato moto di Imbardata (Yaw) attraverso il quale l’aereo sposta il muso su un piano orizzontale, a destra o a sinistra.

LE ALI

Le ali sono la parte più importante di un aereo. Ad esse è assegnato il compito di generare la portanza che solleverà l’aereo da terra e in alcuni casi quello di contenere gli organi per il decollo e l’atterraggio, buona parte del carburante e sostenere i motori.

Molti sono, però, i parametri che influiscono sulle sue prestazioni. Tra questi:

  • la forma in pianta
  • le estremità alari
  • apertura e superficie
  • angolo di freccia
  • angolo diedro
  • posizione rispetto alla fusoliera
  • profilo alare
FORMA IN PIANTA

Nel disegnare le ali, i progettisti hanno nel tempo realizzato infinite soluzioni alla ricerca della forma migliore, creando schemi e disegni adatti a differenti tipi di volo, sia supersonico che subsonico.

Da sinistra ali a Trapezio, a Freccia, a Freccia negativa, a Delta, a Geometria variabile

L’immagine qui sopra, mostra alcune delle soluzioni sperimentate su diversi velivoli nel corso del tempo. Ma con gli anni si sono affermate quelle a trapezio e quelle rettangolari con bordi arrotondati perché si sono dimostrate il miglior compromesso tra aerodinamicità e semplificazione costruttiva.

Schema costruttivo di un’ala a pianta trapezia

Esempio di velivolo con ali a freccia negativa: Sukhoi Su-47 Berkut

Esempio di velivolo con ali a delta: Concorde

Esempio di velivolo con ali a geometria variabile: Tornado

GUARDA I VIDEO:

ESTREMITA’ ALARI

L’estremità alare, ha un’importanza fondamentale per la stabilità del volo e la riduzione di consumo di carburante. Anche qui sono molte le soluzioni sperimentate.

Evoluzione dei profili per le estremità alari

Uno dei problemi delle ali trapezoidali usate nei moderni aerei è che, rastremano verso l’esterno riducendo gradatamente la loro superficie e diminuendo così, progressivamente, anche la loro portanza. Questo genera, sull’estremità dell’ala, quelli che vengono definiti vortici d’estremità.

La soluzione al problema viene ancora una volta dall’osservazione della natura.

Remiganti

Winglet d’estremità

Alcune aquile hanno alle estremità delle ali, le remiganti, lunghe e robuste penne inserite a ventaglio. Lo studio nella galleria del vento ha permesso di verificare che queste consentono di ridurre drasticamente i vortici d’estremità offrendo una minore resistenza all’aria. Applicate agli aerei, queste, chiamate Winglet, hanno consentito di avere maggior stabilità nel volo e risparmiare dal 2 al 3% di carburante grazie alla minor resistenza che l’ala offre all’aria.

Estremità alari convenzionali e con Winglet

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APERTURA E SUPERFICIE ALARE

Per apertura alare si intende semplicemente la distanza tra le due estremità alari.

Per superficie alare, si intende l’area in pianta dell’ala, compresa la parte non visibile, quella cioè contenuta all’interno della fusoliera. Se non si considera quest’ultima parte, allora si fa riferimento alla cosiddetta superficie bagnata wetted area.

ANGOLO DI FRECCIA

Si chiama angolo di freccia, la forma che l’ala assume rispetto al corpo dell’aereo. Si dice che la freccia è positiva se l’ala è inclinata verso la coda dell’aereo, mentre è negativa se è inclinata nella direzione opposta.

La scelta dell’angolo di freccia influenza diversi fattori del volo, tra i quali la resistenza all’aria, il peso e il comportamento durante lo stallo.

Approfondisco: lo stallo è una riduzione della portanza dovuto ad un aumento dell’angolo di attacco del profilo alare. In pratica si manifesta quando inclinando in maniera pronunciata l’ala, avviene un distacco tra la corrente d’aria che passa sopra il profilo alare (dorso) e quella che passa invece sotto (ventre).

Condizioni di stallo

ANGOLO DIEDRO

L’angolo diedro è, invece, l’angolo che le ali formano guardandole di fronte, rispetto ad una linea immaginaria orizzontale. E’ positivo quando l’ala è inclinata verso l’alto, mentre è negativo quando è inclinata verso il basso.

Un angolo positivo del diedro alare, rende l’aereo più governabile; infatti, se l’ala subisce una folata di vento per cui l’aereo si inclina da un lato, l’ala più bassa sarà quella più orizzontale e di conseguenza sarà quella che genererà maggiore portanza, quindi maggiore forza verticale. Questo genererà una forza che tenderà a riportare l’aereo in una posizione di equilibrio, il contrario di quello che capiterebbe ad un aereo con diedro negativo che, di fatto, è più instabile.

POSIZIONE RISPETTO ALLA FUSOLIERA

Le ali possono essere disposte, rispetto alla fusoliera, in modi diversi e questo cambia le caratteristiche aerodinamiche dell’aereo e determina anche il tipo di velivolo da realizzare. Queste possono essere disposte in basso, in alto o in posizione mediana oppure ancora più in alto definite a parasole. La posizione di un’ala può essere determinata, ad esempio, per non interferire con la cabina passeggeri, per la visibilità, per la dimensione del carrello oppure per semplificare le operazioni di carico e scarico.

La posizione delle ali influenza la stabilità laterale e la resistenza aerodinamica. Un velivolo con ali in alto è più stabile, perché il baricentro dell’aereo è più in basso e le forze che agiscono sull’ala tendono a riportarlo automaticamente in una posizione corretta, mentre quelli con ala in basso sono più instabili ma più facili da governare.

PROFILO ALARE

Il profilo alare, o la forma dell’ala, determina le caratteristiche aerodinamiche dell’aereo.

Elementi caratterizzanti l’ala

L’ala può essere realizzata con profili diversi, come si può vedere dagli schemi qui a sinistra, ma alcuni elementi sono fissi e indipendenti dalla forma che essa assume. La parte superiore si chiama dorso, mentre quella inferiore ventre. Il punto più anteriore prende il nome di bordo d’attacco, mentre quello posto alla fine dell’ala prende il nome di bordo d’uscita.

Nella progettazione di un’ala gli elementi più importanti sono la corda e gli spessori.

La corda è quella linea che unisce i punti estremi dell’ala, ossia i bordi di attacco e uscita.

Gli spessori sono il modo in cui l’ala cresce o si rastrema, ossia quelli che determinano la variazione di dimensione lungo tutta la sezione.

FUSOLIERA

La fusoliera rappresenta il corpo dell’aereo ed è destinato a contenere i passeggeri o il carico. In alcuni casi può ospitare anche il motore e negli idrovolanti è strutturata in modo da diventare scafo per il galleggiamento in acqua. Su di essa vengono montate le ali e gli altri organi di stabilizzazione dell’aereo.

PIANO ORIZZONTALE DI CODA

La parte finale della fusoliera è completata da quello che prende il nome di Piano Orizzontale di Coda che è costituito dagli organi indispensabili per il volo come la deriva, il timone, gli stabilizzatori e gli elevatori.

La deriva e il timone costituiscono quello che viene chiamato impennaggio verticale o volgarmente coda dell’aereo.

Il piano orizzontale di coda

La deriva è la parte fissa ed è quella che garantisce la stabilità direzionale, mentre la parte mobile, il timone, serve a consentire il cambio di direzione.

Gli stabilizzatori e gli elevatori costituiscono quello che, invece, viene chiamato piano orizzontale di coda. Gli stabilizzatori, come descrive il loro stesso nome, servono a stabilizzare l’aereo durante il volo, mentre gli elementi che sono in esso incernierati, gli elevatori, hanno la funzione di far variare il piano di volo all’aereo facendolo scendere (picchiata) o salire (cabrata).

IPERSOSTENTATORI – DEFLETTORI – ALETTONI

Come per gli uccelli l’ala non è fissa ma cambia conformazione durante le differenti fasi del volo, anche per gli aeromobili questa è dotata di una serie di organi meccanici che ne cambiano la forma in base alle esigenze del volo.

Conformazione ala durante il volo e in fase di atterraggio

Le parti mobili di cui questa è dotata prendono il nome di ipersostentatori, deflettori e alettoni.

Indicazione delle parti mobili dell’ala e loro denominazione

Gli ipersostentatori, sono organi che vengono utilizzati dai piloti durante le fasi di decollo e atterraggio per aumentare la portanza dell’aereo nei momenti di bassa velocità. Questi possono essere posti sul bordo di uscita dell’ala e in questo caso prendono il nome di flaps, oppure sul bordo d’attacco e in questo caso si chiamano slats.

I deflettori o diruttori di flusso o spoiler sono delle parti mobili che, servono ad aumentare la resistenza aerodinamica dell’ala diminuendone la portanza. Vengono utilizzati soprattutto durante la fase di atterraggio, ground spoiler, generando un maggior attrito tra velivolo e aria e facendo in modo che questo tenda a schiacciarsi contro il suolo rallentando. Infine gli spoiler chiamarti diruttori, sono usati in volo come freni, consentendo al velivolo di perdere quota senza aumentare la velocità o perdere velocità senza variare la quota.

Gli alettoni sono delle parti mobili presenti sul bordo d’uscita dell’ala e vengono abbassati o alzati per cambiare temporaneamente l’assetto dell’aereo e permetterne lo spostamento lungo l’asse di rollio. Gli alettoni posti sulle ali apposte sono collegati, in modo che all’alzarsi di uno corrisponde l’abbassarsi dell’altro in modo da aumentare la portanza su un’ala e diminuirla sull’altra. Nei moderni aerei di linea, gli alettoni sono più di uno, alcuni posti nella parte estrema dell’ala, altri più all’interno. Nel primo caso si tratta di alettoni che vengono fatti intervenire a bassa velocità, mentre quelli interni agiscono durante il volo a velocità di crociera.

CARRELLO

Con carrello d’atterraggio, si intende l’insieme degli organi meccanici necessari per la movimentazione a terra del velivolo durante le fasi di spostamento, atterraggio e decollo. Si tratta di un organo composto da ruote, telaio e ammortizzatori che normalmente è retrattile, ossia scompare dentro la fusoliera durante il volo, mentre in alcuni casi è fisso all’esterno dell’aereo.

 

CABINA DI PILOTAGGIO

La cabina di pilotaggio chiamata anche cockpit, rappresenta la parte anteriore della fusoliera e da spazio alla strumentazione di bordo, compresi i comandi di volo, e allo spazio per i sedili per pilota e copilota. La strumentazione è divisa in un pannello superiore ed in una console centrale e in molti casi i comandi sono divisi tra pilota e copilota.

 

SISTEMI DI PROPULSIONE

Esistono molti tipi di motori utilizzati per far volare gli aerei, ma nei moderni velivoli di linea, troviamo principalmente quelli turbocompressi o a pistoni, quelli a getto o motori a reazione e quelli a turboelica.

COSA CI ASPETTA NEL FUTURO:

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