TRASPORTO: AEREI

 Didattica, Trasporti
Mag 192024
 

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.

LE DIREZIONI DEL VOLO

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.

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.

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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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.

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).

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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IL VOLO

 Didattica, Trasporti
Feb 092018
 

Da sempre l’uomo ha desiderato di poter volare, ma la natura non lo ha fornito degli strumenti adatti a compiere questa azione. Dallo studio, però, dei volatili, dalle loro caratteristiche e dalla loro conformazione, ha cercato di carpire i segreti che consentono a questi esseri di librarsi e di spostarsi in aria. Oggi, dopo decenni di sperimentazione e tentativi, l’uomo vola liberamente da una parte all’altra del mondo utilizzando, miracoli di ingegneria, chiamati aerei.

Ma com’è possibile volare? In realtà, si tratta di un fenomeno puramente fisico, ed una volta compreso il segreto di come questo avviene, riuscire a realizzarlo è diventato relativamente semplice, anzi ci si è spinti oltre realizzando aerei più grandi e veloci (vedi Il Gigante dei Cieli: AIRBUS A380), pieni zeppi di tecnologie e comfort.

LA PORTANZA

Il prodigio del volo, è possibile grazie ad un fenomeno fisico chiamato portanza. Essa è definita come “la spinta perpendicolare alla direzione del moto che si produce per effetto del flusso dell’aria intorno all’ala“. Questo fenomeno, sostiene in aria, i grandi aerei ma allo stesso modo anche gli alianti o gli uccelli.

Il segreto sta nella differenza di pressione tra la parte superiore e quella inferiore dell’ala, ma questo è solo un aspetto del fenomeno che consente agli aerei di restare in aria. L’altro aspetto importante, è l’angolo di inclinazione. L’ala, infatti, deve risultare inclinata verso l’alto di un angolo chiamato angolo di attacco per poter creare una sufficiente portanza in grado di far superare all’aereo la forza di gravità. La dimensione di quest’angolo deve essere studiata attentamente in modo da massimizzare la portanza e rendere massima la differenza di velocità dell’aria tra la faccia superiore e quella inferiore dell’ala.

L’AEREO E LE SUE ALI

E’ proprio la sagoma dell’ala che, fa in modo (come si vede dalle figure precedenti) che l’aria scorra più velocemente su una superficie (superiore) rispetto che sull’altra (inferiore). Anzi, le curve di flusso nella parte superiore, sempre a causa della forma, tendono a schiacciarsi una vicino all’altra. Quindi data la maggiore distanza da compiere, l’aria nella parte superiore è costretta ad accelerare. Aumentando la velocità, cala la pressione. Al contrario, nella parte inferiore, l’aria passa più lentamente  e la pressione aumenta.

Per un principio della fisica, se sulla faccia superiore dell’ala, chiamata dorso, la pressione dell’aria è minore che in quella inferiore chiamata ventre, la forza risultante crea un effetto di risucchio verso l’alto, che aumentando, supera l’intensità della forza di gravità, consentendo all’aereo di librarsi in aria e mantenersi in volo.

Durante un volo, sono 4 le forze che agiscono sul velivolo. La portanza, ossia il risucchio verso l’alto dovuto alla differenza di pressione sull’ala che, compensa le forze che trascinerebbero l’aereo verso il basso cioè il suo peso e la forza di gravità. E poi, la forza motrice o trazione, ossia la spinta data dai motori che deve compensare l’attrito o resistenza causato dall’aria che impatta sulla superficie dell’aereo.

Una volta superate le fasi iniziali, durante quello che viene chiamato volo orizzontale, le forze debbono essere a due a due uguali. La forza motrice dovrà essere uguale all’attrito, mentre la portanza dovrà essere uguale al peso. Se la spinta dei motori aumenta, l’aereo accelera, se la portanza cresce, l’aereo sale di quota.

Bisogna comunque tener presente anche un altro fattore, la rarefazione dell’aria. Infatti, salendo di quota, l’aereo incontra aria sempre più rarefatta, con conseguente diminuzione dell’attrito. Questo lo porta, a parità di spinta, ad accelerare ma è anche costretto a mantenere questa maggiore velocità per compensare la perdita di portanza che lo costringerebbe inevitabilmente a perdere quota.

La portanza che entra in gioco durante tutto il volo, dipende da due fattori chiave: da un lato la velocità dell’aereo rispetto all’aria e dall’altro dalla conformazione e inclinazione dell’ala.

Ma la velocità dell’aereo cambia durante tutte le fasi del volo, quindi bisognerà adattare l’ala a questi differenti momenti.

Schema parti mobili dell’ala

Per questo è dotata di tutta una serie di parti mobili come gli slat e i flap o ipersostentatori che alle estremità anteriori o bordo d’attacco e posteriori o bordo di uscita o di fuga, cambiano alla bisogna il profilo alare e la sua superficie in modo da consentire all’aereo di adattarsi a tutte le situazioni del volo.

Ala con parti mobili chiuse ed estese

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