Tradotto dal Gruppo SHIFTE-I [Sonja Viviani; Ettore Zanelli ()]
Versione 1.0 11 Ottobre 2003
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2  Consapevolezza e Gestione dell'angolo di incidenza

— Proverbio aviatorio.

2.1   L'importanza dell'angolo d'incidenza

L'angolo d'incidenza è un concetto molto importante ed utile. La maggior parte dei numeri critici riferiti alle prestazioni di volo di un aereo sono più strettamente collegati all'angolo d'incidenza che a qualsiasi altro fattore. Cerchiamo di capirne il significato:

Avrete probabilmente sentito dire che è bene far volare l'aeroplano "con i numeri" (seguendo i parametri di volo). Il problema che si pone è capire quali numeri?

Supponiamo di voler raggiungere il miglior rateo di salita (salita rapida):

A)
Potreste provare a controllare l'aereo facendo riferimento ai numeri relativi al rateo di salita come indicati dal variometro. Meglio non farlo!
B)
Sarebbe meglio volare alla velocita` VY, la velocità nominale di salita rapida, come indicata dall'anemometro, ed accettare il rateo di salita che ne deriva. Questo è quasi esattamente il giusto comportamento.
C)
Sarebbe ancora meglio capire che il rateo di salita rapida si ottiene in corrispondenza di un determinato angolo di incidenza. In particolare se l'aereo è in configurazione più leggera rispetto a quanto considerato nel manuale, il rateo di salita rapida si ottiene ad una velocità inferiore rispetto alla VY indicata nello stesso manuale.

Questo non è un esempio isolato. Molti dei parametri di volo e dei relativi valori critici sono in realtà valori d’angolo d'incidenza:

  →
Lo stallo si verifica in corrispondenza ad un particolare angolo d'incidenza.
  →
Il minimo tasso di discesa senza motore si ottiene in corrispondenza ad un particolare angolo d'incidenza.
  →
Il miglior rapporto di planata senza motore si ottiene in corrispondenza ad un particolare angolo d'incidenza.
  →
La velocità d’avvicinamento raccomandata corrisponde in realtà ad un valore d’angolo d'incidenza raccomandato.
  →
Il miglior rateo di salita rapida si ottiene con un determinato angolo d'incidenza.
  →
Il miglior angolo di salita (salita ripida) si verifica in corrispondenza ad un particolare angolo d'incidenza.1 2

 Eccovi un riassunto dei concetti che verranno esposti in questo capitolo:

2.2   Definizione di angolo di incidenza

Spiegherò ora cosa è l'angolo d'incidenza, perché è importante e come esso sia legato a fenomeni e fattori che il pilota può osservare e controllare.

L'idea di base è semplice: l'angolo di incidenza è l'angolo con cui l'aria colpisce l'ala. I fratelli Wright avevano solo uno strumento sul loro primo aereo — un misuratore di angolo di incidenza. Questo era tutto ciò che gli serviva.

Il loro indicatore di angolo di incidenza consisteva in un’asta collegata all'ala, con un pezzo di filo appeso all'estremità anteriore, come indicato in figura 2.1. Il filo si allinea al vento relativo.3 L'asta serve come linea di riferimento, inoltre serve a collocare il filo in un'area in cui l’aria non viene troppo disturbata dall'ala stessa.

aoa-def2
Figura 2.1: Semplice strumento di misurazione dell'angolo d'incidenza

L'angolo compreso tra il filo e l'asta equivale all'angolo d'incidenza.

L'esatto allineamento dell'asta con il velivolo non è critico. La soluzione più elegante consiste nell'orientare l'asta con la direzione corrispondente all'assenza di portanza così che un angolo di incidenza nullo corrisponde a coefficiente di portanza nullo. Questa è la scelta che viene fatta in questo libro; vedere sezione 2.14 per la discussione su altre alternative.

La maggior parte degli aerei non ha alcuno strumento che dia una lettura diretta dell'angolo di incidenza. Sorprendentemente, molti aerei di linea e non, che effettivamente hanno complessi sensori di rilevazione dell'angolo d'incidenza, non mettono le informazioni rilevate a disposizione dei piloti - sono riservate all'autopilota. La conseguenza e` che molti piloti devono usare alcuni trucchi per avere la percezione dell'angolo d'incidenza. Vediamo come.

Risulta più facile mantenere un qualche angolo d'incidenza costante che non sapere esattamente quale angolo d'incidenza si abbia in un determinato momento. Di seguito elenchiamo i punti di questa strategia.

        1
— Ci sono molti modi per mantenere costante l'angolo di incidenza
   1.1
– L'aereo è trimmato per un certo angolo di incidenza (vedi sezione 2.3).
   1.2
– E' possibile percepire l'angolo di incidenza e regolarlo manualmente. Per percepirlo, bisogna comparare l'assetto al vento relativo.
1.2(a)
– Ci sono almeno quettro modi per percepire l'assetto (vedi sezione 2.5).
1.2(b)
– Ci sono un paio di modi per stimare la direzione del vento relativo (vedi sezione 2.11).
        2
— Si può usare la velocità relativa dell'aria ed altre considerazioni per decidere se si sta mantenendo il giusto angolo di incidenza (vedi sezione 2.12).
Nel seguito, entriamo nel merito di ciascuno di questi punti.

2.3   Regolate il trim per gestire l'angolo di incidenza!

Il modo migliore e più semplice per far volare l'aereo con un angolo d'incidenza costante è di lasciarglielo fare da solo! Un aereo, per caratteristica intrinseca, è trimmato per un determinato angolo d'incidenza. Il motivo è discusso nel capitolo 6. Persino gli alianti giocattolo in balsa vogliono volare con un certo angolo d'incidenza.

Questo concetto è talmente importante da costituire il punto focale della prima lezione che tengo agli allievi piloti, che talvolta arrivano con l'errata convinzione che i pilota debba essere dotato di capacità eccezionali e che debba continuamente intervenire per mantenere l'aereo sotto controllo. Trimmo l'aereo per il volo rettilineo livellato e tolgo le mani dai comandi, dimostrando così che l'aereo vola perfettamente senza interventi del pilota, per un bel periodo. Enfatizzo sempre che il pilota professionista non si aggrappa ai comandi e non li muove bruscamente; un vero professionista li tiene con leggerezza e li muove delicatamente.

La seconda lezione è la seguente: trimmo l'aereo per una velocità vicina a VY in il volo rettilineo e livellato. Poi ruoto la rotella del trim appena un poco indietro, con il risultato di una riduzione della velocità trimmata. Non si ottiene una salita costante. Spiego allora che il trim controlla l'angolo d'incidenza, e che la velocità relativa è correlata all'angolo d'incidenza. Trimmate per gestire l'angolo d'incidenza!

Per variare l'angolo d'incidenza, dovete regolare l'assetto esercitando una pressione sulla cloche, poi trimmate per eliminare la pressione, come discusso in sezione 2.6.

Variazioni della configurazione possono variare l'angolo d'incidenza impostato sull'aereo. Nei Cessna 152, 172 e 182, se estendete i flaps mentre il motore è a potenza elevata oppure se aumentate la potenza mentre i flaps sono estesi otterrete una spiacevole riduzione della velocità trimmata. Questo è un comportamento decisamente indesiderabile e pericoloso. Significa che quando eseguite una riattaccata, l'aereo tende a cabrare drasticamente ed a perdere velocità; per mantenere il controllo occorre spingere la cloche mentre ritirate i flaps e ri-trimmate. Questa tendenza a cabrare è particolarmente infida in quanto costituisce un comportamento inconsueto. La velocità trimmata non varia di molto se si estendono flaps a bassa potenza e/o quando si cambia regolazione della potenza motore mentre i flap sono ritirati, per cui se recentemente non avete eseguito molte riattaccate o manovre simili, potreste trovare una spiacevole sorpresa.

In un Cherokee, estendendo di due tacche i flap si ottiene una riduzione della velocità trimmata stimabile in 10/15 nodi. Discuteremo ancora di questo in sezione 5.5 e sezione 12.10. L'aumento o la riduzione della potenza influenzano poco l'angolo d'incidenza trimmato. Come discusso in sezione 1.3.2, se riducete motore (e non fate altro) l'aereo si limita a scendere. Non dovrebbe assolutamente perdere velocità; anzi, probabilmente, la velocita` crescera` un poco.

Una lezione più avanzata consiste nello spiegare che un angolo d'incidenza costante non è esattamente lo stesso di una velocità costante. Quando l'aereo è soggetto ad un alto carico di G, come in una virata stretta, il meccanismo del trim causa un aumento di velocita` in modo da sopportare l'aumento del carico mantenendo costante l'angolo d'incidenza. Questo è molto importante dato che (come discusso in sezione 6.2) aiuta a comprendere le spirali, e come sia una questone delicata l'uscirne in sicurezza.

Conclusioni:
Trimmare per gestire la velocità.
La velocità dipende da trim
(e dal fattore di carico).

Non bisogna preoccuparsi del fattore di carico, se non nelle virate strette e simili, per cui di solito si trimma per gestire la velocità. Più in generale, si trimma per gestire l'angolo di incidenza. Sezione 2.6 affronta le modifiche all'angolo di incidenza.

Trimmare per gestire l'angolo di incidenza

Non trimmare per l'assetto. Non trimmare per gestire il rateo di salita. Trimmare per gestire la velocità (approssimativamente). Trimmare per gestire l'angolo di incidenza!

2.4   Tre Contributi all'Angolo di Incidenza

Come già accennato prima, è difficile percepire direttamente l'angolo di incidenza. Fortunatamente ci sono altre tre quantità che possono essere percepite, ed assieme determinano l'angolo d'incidenza. Ecco quali sono: Queste quantità sono collegate all'angolo di incidenza da una semplice formula:
Angolo d'Assetto + Angolo di calettamento = Angolo di Rampa + Angolo d'Incidenza

Questa relazione è illustrata in figura 2.2. Forse il caso più semplice è il volo rettilineo e livellato alla velocità di crociera. In questo caso, l'angolo d'assetto è uguale a zero, l'angolo di rampa è uguale a zero, e l'angolo d'incidenza è uguale all'angolo di calettamento dell'ala. Altri ulteriori esempi, con i numeri tipici di un normale aereo, sono riportati nella tabella 2.1.

ATTENZIONE: La figura contiene traduzioni errate, la didascalia e` corretta; figura da correggere.
incidence
Figure 2.2: Assetto + Calettamento dell'ala = Rampa + Incidenza

Estendendo i flaps si ottiene l'aumento di vari gradi dell'angolo di calettamento5 dell'ala. Bisogna essere sempre ben consci della regolazione dei flaps che si stà utilizzando, ed è altrettanto necessario essere in grado di riconoscere la differenza tra "angolo d'assetto" e "angolo d'assetto più angolo di calettamento dell'ala". Qualsiasi sia la regolazione dei flaps, a quella regolazione corrisponderà sempre lo stesso angolo di calettamento dell'ala, mentre l'angolo d'incidenza dipende solo dall'assetto e dalla direzione di volo.

Nella tabella sono riportate VX e VY, che denotano, rispettivamente, le velocità anemometriche per la salita ripida (miglior angolo di salita) e la salita rapida (miglior rateo di salita), come discusso in sezione 7.5. La relazione tra velocità anemometrica e angolo d'incidenza sarà discussa in sezione 2.12.


Velocità
[KCAS]
Assetto
[gradi]
Calettamento
(costante => no modifica flap)
Rampa
[gradi]
Incidenza
[gradi]
stallo  59 14.0 4.5 0 18.5
livellato aVX  64  8.5 4.5 0 13.0
livellato aVY  76  4.0 4.5 0  8.5
salita aVY  76  7.0 4.5 3  8.5
crociera 115  0.0 4.5 0  4.5
Tabella 2.1: Angoli in varie situazioni

2.5   Percepire l'angolo d'assetto

Nel volo rettilineo e livellato è possibile controllare l'angolo d'incidenza controllando l'assetto. Non si potrà impostare un determinato angolo (come ad esempio 6° 37'), ma qualsiasi sia l'angolo d'incidenza del velivolo, sarà possibile mantenerlo. 6

Ci sono almeno quattro modi per percepire l'angolo d'assetto. Il modo forse migliore, è costituito da un segno sul parabrezza, come mostrato nella figura 2.3. Traguardare il segno vi permette di avere un riferimento. (Cercate, ovviamente, di non muovere su e giù la testa, non troppo almeno!) Se non trovate un graffio o un fu-insettino nella giusta posizione, potete fare voi un segno o un paio di segni, come discusso in sezione 11.5.2. Una soluzione ancora più semplice è appoggiare la mano sopra al pannello strumenti tenendo la punta di un dito nella posizione desiderata, come illustrato in figure 11.2.

Supponiamo che identifichiate (o facciate) il segno mentre l'aereo vola con angolo d'incidenza corrispondente a VY. Allora, se dovete ri-trimmare per un angolo d'incidenza maggiore7, la linea immaginaria che partendo dai vostri occhi passa per il segno punterà due o tre gradi sopra l'orizzonte. Similmente, se ri-trimmate per crociera ad alta velocità, il segno sarà tre o quattro gradi sotto l'orizzonte.


NOTA: figura da correggere, il cruscotto compare due volte
perceive-pitch-front
Figura 2.3: Percepire l'assetto utilizzando l'orizzonte

Un secondo modo per percepire l'angolo d'assetto è sempre guardando fuori frontalmente dal velivolo, ma utilizza la linea immaginaria che passa per un punto della capottatura. Anche questo metodo è illustrato in figura 2.3. Assicuratevi che il punto sulla capottatura stia direttamente davanti al vostro occhio 8 dominante; se siete seduti da un lato del velivolo e scegliete un punto centrale, la linea immaginaria sarà inclinata verso il lato, questo confonderà la vostra percezione dell'assetto appena inclinerete il velivolo. Il Cessna 152 ed il 172 hanno un bullone sulla capottatura posto direttamente di fronte al pilota, questo è un buon riferimento.

Un segno di riferimento sulla capottatura ha il vantaggio di essere più lontano dai vostri occhi, quindi risulta più facile mantenere a fuoco al contempo il riferimento e l'orizzonte. Lo svantaggio di questo sistema è che la linea immaginaria punta spesso parecchio sotto l'orizzonte. Questo implica che l'angolo che cercate di percepire - l'angolo tra la linea di riferimento e il vento relativo - è più ampio. E' sempre più difficile percepire una lieve variazione di ciò che è ampio rispetto al percepire la stessa variazione misurata su qualcosa che inizialmente era più piccolo.

Il vantaggio di utilizzare un riferimento sulla capottatura è che essa è parte integrante dell'aereo e resta sempre in quella posizione, inoltre è identica su tutti gli aerei di quello stesso tipo e modello.

Un terzo modo di percepire l'assetto è osservare l'angolo tra l'ala e l'orizzonte laterale, come illustrato in figura 2.4. Su un aereo ad ala alta, la parte inferiore dell'ala costituisce un buon riferimento. In particolare, nei Cessna 152 / 172 / 182, l'intradosso ha una sezione larga e piatta, ideale come riferimento - questo riferimento è quasi allineato all'orizzonte quando l'angolo d'incidenza è quello corrispondente al volo da crociera (in volo livellato).

perceive-pitch-lateral
Figura 2.4: Percepire l'assetto utilizzando l'orizzonte laterale

Sugli aerei ad ala bassa, è necessario usare più immaginazione per utilizzare l'ala come riferimento - tuttavia è perfettamente possibile e lo sforzo vale il risultato. Per aiutarsi, è utile vedere la corda alare con gli occhi della mente. Controllando l'angolo tra la corda alare e l'orizzonte laterale equivale a controllare l'assetto.

L'idea di controllare l'assetto guardando fuori lateralmente dal velivolo è molto importante. I piloti acrobatici spesso attaccano dei riferimenti (tipo mirini) alle ali dei loro velivoli;così facendo hanno un modo per determinare l'assetto, sicuro e facile da usare, quando guardano fuori lateralmente. Al contrario, è facile trovare allievi piloti che (sebbene volino senza problemi guardando fuori davanti) perdono il controllo dell'assetto appena guardano lateralmente; questo fa si che per loro sia difficile sia avere dei riferimenti a terra che avere il controllo di eventuale altro traffico aereo.

Il quarto modo di percepire l'assetto del velivolo consiste nell'utilizzare un indicatore di assetto - l'orizzonte artificiale. Lo svantaggio è che essendo sul panello assieme agli altri strumenti, ossia relativamente vicino ai vostri occhi, non vi sarà possibile controllare l'indicatore di assetto ed al contempo il traffico. Dovreste utilizzare i riferimenti esterni ogni volta che e` possibile.

2.6   Variare l'Angolo d'Incidenza

Il movimento avanti/indietro della cloche e la ruota del trim fanno parte dello stesso sistema: assieme controllano l'angolo d'incidenza. Congiuntamente controllano anche la velocità, come discusso in sezione 2.12.

Volendo aumentare temporaneamente l'angolo d'incidenza , basta alzare il muso tirando leggermente la cloche. Raggiunto il nuovo assetto è possibile rilasciare quasi totalmente la pressione imposta alla cloche, e per i primi istanti l'aereo manterrà l'assetto. Poi, appena inizia a decelerare, sarà di nuovo necessario aumentare progressivamente la trazione  sulla cloche per mantenere il nuovo assetto (e quindi il nuovo angolo d'incidenza). Dopo pochi secondi il tutto tenderà a stabilizzarsi ad un nuovo assetto corrispondente ad un nuovo angolo di incidenza e ad una nuova velocità. A questo punto, rilasciando la pressione sulla cloche, l'aereo tenderà a picchiare per ritornare nelle condizioin di volo corrispondenti all'angolo d'incidenza per cui è trimmato.

Se tirate o spingete l’aereo al di fuori della velocità per cui è trimmato e poi lasciate la barra di comando, l’aereo non tornerà subito dolcemente alla velocità trimmata; si presenteranno delle oscillazioni fugoidali (come discusso in sezione 6.1.12). Per rimettere in assetto l'aereo partendo da una variazione dell’angolo d’incidenza e di assetto temporanea , la tecnica più giusta richiede l’osservazione ed il controllo dell’assetto. Lasciate che il naso del velivolo picchi fino ad avere l’assetto corretto, poi tirate a voi la cloche quanto basta per evitare un assetto ulteriormente picchiato. Poi, via via che l’aereo tornerà progressivamente alla velocità per cui è trimmato dovrete progressivamente ridurre la pressione sulla cloche.

Una simile logica si applica anche per eseguire variazioni dell’angolo d’incidenza durature. Variate l’assetto usando il comando della cloche. All’inizio servirà poca pressione sui comandi per mantenere il nuovo assetto, poi al cambiare della velocità aumentate la pressione sulla cloche per mantenere l’assetto desiderato. Potete rendere tale modifica d’assetto “permanente” agendo sulla ruota del trim e trimmando per annullare la forza che dovete esercitare sulla cloche.

Imposta con la cloche
quindi trimma via la pressione.

Vediamo come queste idee si applicano alle manovre tipiche: livellamento dopo una salita. Supponiamo che le vostre condizioni iniziali corrispondano a quelle di un buon trimmaggio, salita impostata a 475 piedi al minuto a 90 nodi di velocità reale dell’aria.9 Come discusso in sezione 2.11, questo significa che la direzione del vostro volo è 3 gradi sopra l'orizzonte. Come mostrato in figura 2.5, il primo passo per livellare è cambiare la direzione del volo, in modo da farla diventare orizzontale. Mentre l’aereo cambia assetto si avrà una fase di disequilibrio, la portanza sarà inferiore al peso. Il carico sul velivolo e sui suoi occupanti sarà leggermente inferiore ad un G.

level-off
Figura 2.5: Livellare dopo una salita

Mentre la direzione di volo cambia bisogna abbassare un poco il muso (di tre gradi). A questo punto poiché la direzione di volo e l’assetto sono stati variati contemporaneamente, l’angolo d’incidenza è ancora quello che si presentava in salita (per il momento) . Si può vedere quanto esposto comparando le due parti superiori di figura 2.6. La velocità rispetto all’aria è ancora 90 nodi, velocità per cui il velivolo è trimmato, quindi (per il momento) non servirà agire sulla cloche per mantenere l’assetto. Per ora tutto bene.

ATTENZIONE: Traduzioni della figura da correggere (errori di lieve entita`, significato corretto)

aoa-change
Figura 2.6: Angolo d’incidenza durante il livellamento

Dato che l’aereo ha smesso di salire, la potenza del motore che prima serviva per salire e` ora disponibile per incrementare la velocità (Vedi sezione 1.3.1.)

Mentre l’aereo accelera gradualmente dalla velocità di salita a quella di crociera, la direzione di volo si mantiene orizzontale, quindi l’assetto decresce assieme al decrescere dell’angolo d’incidenza. Come si vede nella parte inferiore della figura 2.6. Bisogna applicare progressivamente sempre più forza in avanti sulla cloche. Forse in un addestratore potrete trimmare compensando in una volta tutta la forza che dovete imporre sulla cloche, ma in aerei ad alte prestazioni dovrete continuare a ri-trimmare il mezzo, per fasi siccessive, mentre esso continua ad accelerare.

  Finalmente l’aereo raggiungerà la velocità di crociera che avete scelto. A questo punto l’aereo ha tutta la quota (energia potenziale) e la velocità (energia cinetica) che gli serve e quindi potrete riportare la manetta al settaggio da crociera. Ora10 potete regolare il trim definitivamente e considerare completata la manovra di livellamento.

Ecco un trucchetto utile: prendete nota di quanta variazione di trim serva per passare dalla salita al volo di crociera sul vostro aereo preferito. Questo valore sarà comunque un riferimento e ricordarvelo vi permetterà di ovviare a tanti tentativi ed a sforzi d’inventiva. Io ricordo le variazioni di trim in termini di “settori” o “tacche”. Ossia, su molti aerei, dai pannelli sporge solo un settore della ruota del trim, e questo definisce quanta variazione di trim si può ottenere con un singolo movimento della mano. Io definisco tale spostamento "settore". Di solito la ruota presenta delle tacche per favorirne l’impugnatura e solitamente una tacca corrisponde a 1/4 o 1/5 di un settore.

Supponete che dopo un certo lasso di tempo in volo rettilineo ad una certa quota decidiate di salire. Se ruotate di tre “settori” a cabrare la ruota del trim potete scommettere che per ritornare livellati dopo la salita dovrete semplicemente "togliere" quegli stessi 3 “settori”.11

Similmente, supponete di incontrare una ascendenza mentre volate livellati. Se per mantenere la quota date mezza tacca a picchiare allora uscendo dalla termica è plausibile che dovrete riportare la ruota del trim alla condizione iniziale dando mezza tacca a cabrare. Tenete a memoria queste quantità, ricordatevi che avete tolto/dato un certo numero di tacche/settori di trim e che prima o poi dovrete ri-bilanciare della stessa quantità!

2.7   Volate con la mano leggera

Ecco un consiglio davvero importante: volate con la mano leggera. Dovete essere in grado di accorgervi se state ttrascinando l'aereo in condizioni di volo al di fuori della velocità per cui è stato trimmato.

Alcuni aerei hanno comandi talmente pesanti per cui e` difficile immaginare che qualcuno per errore li spinga al di fuori della velocità per cui sono stati trimmati. In questo caso dovrete trimmare i mezzi molto bene se non volete dar fondo alle vostre forze per mantenere la cloche in posizione. Per alcune manovre (come la flare d'atterraggio) dovrete applicare una forza considerevole - ma per favore siate consci di ciò che state facendo.

Altri aerei hanno controlli talmente leggeri che se impugnate i comandi con mano pesante potreste trovarvi, senza accorgervene, con una velocità di 10 nodi diversa dalla velocità trimmata.

Una volta ho volato con un pilota che stringeva la cloche talmente forte da avere le nocche delle dita bianche. Ogni volta che guardava a destra l'aereo picchiava di 10 o 15 gradi. Ogni volta che guardava a sinistra l'aereo cabrava di 10o 15 gradi.  Per fortuna non guardava tanto a sinistra altrimenti avremmo potuto stallare!

Per qualsiasi aereo, dal C-152 all'Airbus, trimmandolo adeguatamente sarete poi in grado di volare ed eseguire la maggior parte delle manovre usando solo la pressione del vostro pollice e di uno o due dita.

La cloche non è solo lo strumento che permette di trasmettere i vostri comandi all’aereo - è anche un'utile sensore che vi riporta delle informazioni trasmesse dall'aereo. Discuteremo di questo più dettagliatamente nella sezione 12.12.

Dovete essere sempre sicuri che l'aereo sia trimmato per la giusta velocità (o meglio per l'angolo d'incidenza). Dovete essere ben consci (e preoccuparvi) per ogni forza che applicate sulla cloche, forzando l'aereo al di fuori della velocità per cui è trimmato.

Volate con la mano leggera!

2.8   Il Trim non risolve tutti i problemi del mondo

Anche se la tendenza dell'aereo a tornare all'angolo d'incidenza per cui è trimmato risulta essere notevole, importante e solitamente molto utile, la storia non finisce quì.

Se l'aereo subisce un disturbo che lo sposta dall'angolo d'incidenza per cui è trimmato, esso non si limiterà solo a tornare alla condizione iniziale, tenderà a superarla. Oscillerà varie volte prima di assestarsi. Queste oscillazioni fugoidali sono abbastanza lente da poter essere facilmente bloccate con una leggera pressione sulla cloche fasata con l'oscillazione, come spiegato in sezione 6.1.12.

In aria calma potete trimmare il velivolo e lasciarlo volare da solo. L'aria turbolenta invece creerà frequenti oscillazioni fugoidali quindi dovrete spesso dare lievi colpetti con la cloche.

Per ragioni simili non è pratica normale usare il trim per iniziare un cambio d'assetto, di velocità o d’angolo d'incidenza. L'effetto sarebbe solo un'oscillazione. Dovete iniziare la variazione usando la cloche come descritto in precedenza. Assumete l'assetto desiderato, mantenetelo applicando pressione sulla cloche ed infine trimmate per compensare la pressione necessaria a mantenere l'assetto.

Infine, in alcuni aerei la velocità trimmata viene disturbata aumentando potenza, estendendo i flaps e specialmente eseguendo queste due cose contemporaneamente. Vedi sezione 5.5 e sezione 12.10.

2.9   Rapporto Tra Assetto e Angolo d'Incidenza

Le sezioni precedenti hanno evidenziato che per quanto assetto ed angolo d'incidenza siano correlati, essi non sono esattamente la stessa cosa. L'assetto si misura rispetto all'orizzonte mentre l'angolo d'incidenza si rapporta al vento relativo. Bisogna essere cauti in tutte le situazioni in cui il vento relativo non è parallelo all'orizzonte.

Una volta mi sono scordato la differenza; lasciate che vi racconti com’è andata. Un'estate ho passato alcune settimane all'Aspen Center for Physics. Fu la prima volta che ebbi l'occasione di fare del volo in montagna, per cui mi organizzai per seguire un corso presso la scuola di volo di Aspen. Il corso comprendeva una missione di volo sullo spartiacque continentale e l'atterraggio a Leadville. Leadville è famoso per essere l'aeroporto più in alta quota degli Stati Uniti - 9900 piedi sopra il livello del mare. Quel giorno all'ombra c'erano circa 90°F , quindi l'altitudine di densità (density altitude) di Leadville era di circa 13.000 piedi, e sapevo che le prestazioni in decollo avrebbero potuto essere critiche.
Utilizzai la mia migliore tecnica per decolli corti, anche se avevo davanti a me una pista lunga 5000 piedi. Accelerai fino alla giusta velocità di rotazione (75 nodi indicati, 90 nodi reali) poi assunsi l'assetto che ritenevo fosse corretto per la salita. Basandomi sulla mia esperienza (maturata in aeroporti a bassa quota) sapevo che un assetto cabrato di 11° era solitamente l'impostazione corretta. Come d'abitudine controllai l'anemometro dopo essere salito a pochi piedi dalla pista. ORRORE, la velocità indicata stava velocemente diminuendo. Abbassai immediatamente il naso del velivolo portandolo a volare in effetto suolo mentre riguadagnavo velocità. (Ciò che avevo iniziato come decollo corto divenne poi un'imitazione di un decollo da pista soffice.) Mi servì quasi tutta la pista per tornare ai 75 nodi. A 75 nodi ricominciai a cabrare ma assumendo un assetto meno inclinato. Salimmo a 75 KIAS e poi il resto della lezione fu relativamente tranquillo.

La situazione è descritta nei disegni qui sotto. Figura 2.7 mostra la normale procedura di decollo da aereoporti a bassa quota. Figura 2.8 mostra come l'uso di un normale assetto in un decollo in quota non produca un normale angolo d'incidenza dato che l'angolo di salita è una condizione indispensabile dell'equazione. Figura 2.9 mostra come farlo correttamente. La Tabella 2.2 riassume l'aritmentica.

takeoff-low
Figura 2.7: Salita da Lowland International

ATTENZIONE: figura errata, le frecce "Direzione di volo" e "Vento relativo" non sono orizzontali, ma leggermente inclinate
takeoff-wrong
Figura 2.8: Salita da Leadville (sbagliata)

ATTENZIONE: figura errata, le frecce "Direzione di volo" e "Vento relativo" non sono orizzontali, ma leggermente inclinate
takeoff-right
Figura 2.9: Salita da Leadville (Giusta)


Vel.Calibrata
Assetto
Incidenza
Rateo di salita @ Velocità reale
Angolo di salita
Angolo di incidenza
Livello del marel
76 KCAS 11.0  4.5
900 fpm @ 76 KTAS
  7  8.5
Leadville (sbagliato)
in rapida diminuzione
11.0  4.5
200 fpm @ 90 KTAS
  1 14.5
Leadville (giusto)
76 KCAS  5.0  4.5
200 fpm @ 90 KTAS
  1  8.5
Tabella 2.2: Confronto tra salita esatta e salita errata
Comprendere cosa è andato storto in questo scenario è molto istruttivo. La differenza principale tra un decollo al livello del mare e un decollo in montagna è che l'aereo non sale così rapidamente. La direzione del volo è quasi orizzontale. Come si può vedere paragonando figura 2.8 con figura 2.9, questo significa che e` richiesto un assetto meno cabrato per ottenere lo stesso angolo di incidenza.

La parte veramente imbarazzante di questa storia è che in effetti io avevo calcolato il gradiente di salita come parte della preparazione pre-volo per accertarmi di poter superare gli ostacoli. Solo che non avevo proprio collegato il gradiente di salita (da me calcolato) con il miglior angolo d'incidenza per la salita (che conoscevo) e con l'assetto (che utilizzavo per controllare l'aereo). Per mia fortuna conoscevo la relazione tra velocità e angolo d'incidenza e controllai l'anemometro in tempo, prima che la situazione mi sfuggisse totalmente di mano.

2.10   Potenza + Assetto NON sono uguali a Prestazioni

Forse avrete sentito dire "Potenza + Assetto = Prestazioni". Beh, non è del tutto vero, inoltre tale frase ha causato una gran quantità di confusione inutile.

Considerate questa situazione: state volando con un tipico aereo da una tonnellata con un tipico motore da 180hp . Mantenete costante sia la potenza che l'assetto, vi aspetterete quindi anche prestazioni costanti. Diciamo pure che ottenete prestazioni costanti e che tutto sembra andare per il meglio.

Ora, alzate il muso fino ad ottenere 15 gradi di assetto a cabrare, mantenete l'assetto il più accuratamente possibile. Ancora avrete assetto e potenza costante e dovreste ottenere anche prestazioni costanti - ma di certo la realtà sarà diversa. Otterrete velocità decrescente e angolo d'incidenza crescente. La salita che avrete inizialmente ottenuto si annullerà e sarete sull'orlo dello stallo.

Se pensate a questa situazione in termini di energia e angolo d'incidenza il comportamento dell'aereo vi sembrerà perfettamente prevedibile.

Prima di tutto, bisogna ricordare che non tutte le salite sono costanti. Come illustrato in figura 2.10, per un carrellino di otto-volante è possibile, anche se non è dotato di motore, superare una salita solo sfruttando l'iniziale energia cinetica. Ma il fatto che inizi una certa traiettoria di salita non significa necessariamente che riesca a mantenerla.

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Figura 2.10: Salita sfruttando l'energia della velocità

Anche gli aerei posso essere portati su traiettorie di salita che non possono essere sostenute dalla potenza disponibile. L'iniziale salita si verifica solo perché si cede velocità in cambio di quota.

A differenza dei carrellini dell'otto-volante l'aereo non resterà sulla traiettoria a salire fino all'esaurimento di tutta la velocità. Al decrescere della velocità rispetto all’aria, l'aereo dovrà volare con angoli d'incidenza maggiori per poter sostenere il suo peso. Dato che, come già discusso, l'angolo d'incidenza dipende dall'angolo tra l'assetto e la traiettoria di volo, un assetto costante implica una direzione di volo non costante come illustrato in figura 2.11.

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Figura 2.11: Potenza & Assetto Costanti ma Prestazioni Variabili

Se siete fortunati, la modifica della traiettoria di volo vi porterà su una traiettoria dove il vostro motore possa sostenere il rateo di salita e la resistenza senza perdere ulteriore velocità, altrimenti questa manovra terminerà con uno stallo.

Una delle manovre che si devono eseguire per ottenere un PPL è la chandelle. Come discusso nella sezione 16.12, implica una virata in salita, se però tralasciate le parte legata alla virata, la manovra e` esattamente quella illustrata in figura 2.11. Questa manovra è una parte importante dell'"abc", dato che obbliga ad imparare che potenza ed assetto costanti non implicano necessariamente prestazioni costanti.

Come discusso in sezione 2.6, l'escursione dell'assetto non è necessariamente identica all'escursione dell'angolo d'incidenza. Supponete che, a causa di turbolenze o per qualsiasi altra ragione, l'assetto e la direzione di volo aumentino entrambi di 15 gradi. Se siete rapidi a correggere velocità e quota non avranno il tempo di cambiare molto. Se però permettete all'assetto modificato di perdurare, l'aereo inizierà a seguire la traiettoria della chandelle illustrata in figura 2.11. Ne seguiranno un aumento di quota (almeno iniziale), una diminuzione della velocità rispetto all’aria ed un aumento dell'angolo d'incidenza. E' da considerarsi buona tecnica di pilotaggio il correggere le escursioni di assetto prima che si tramutino in escursioni di quota/velocità anemometrica/angolo d'incidenza.

Riassumendo: la situazione verificatasi a Leadville e quanto esposto circa la chandelle provano che ai fini delle prestazioni, l'angolo d'incidenza è molto più importante dell'assetto. Questo però non significa che bisogna tralasciare l'assetto - non sia mai. Raccomando di usare l'assetto come un mezzo per controllare l'angolo d'incidenza - l'importante è di non utilizzare l'assetto come sostituto del controllo dell'angolo d'incidenza.

2.11   Stimare il vento relativo

Come discusso prima, per controllare l’angolo d’incidenza bisogna conoscere sia l’assetto che la direzione di volo.12 Vi ho dato molti metodi per stimare l’assetto. Ora è tempo di spiegare come stimare la direzione del vento relativo. E' quasi uguale a stimare la direzione di volo.

In volo livellato è semplice: il vento relativo vi arriva orizzontalmente. (Ricordo che presumo sempre una situazione senza ascendenze o discendenze significative).

Se l’aereo sta salendo o scendendo il vento relativo sarà originato in un punto che si trova rispettivamente sopra o sotto l’orizzonte. Quanto sopra o quanto sotto l’orizzonte si definisce in base al rapporto tra la velocità verticale e la velocità anemometrica. Ho mandato a memoria alcuni valori, per esempio: so che volando con un angolo di discesa di 3 gradi a 90 nodi richiede una velocità verticale di discesa di 480 fpm. Usando alla rovescia questi dati posso affermare che se salgo a 90 nodi e il variometro indica 480 fpm, allora stò volando verso un punto 3 gradi sopra l’orizzonte. Per dirla in un altro modo, il vento relativo mi viene incontro da un punto 3 gradi sopra l’orizzonte. Significa che al variometro potrebbe essere aggiunta scala per indicare la "direzione di volo", come mostrato nella figura 2.12. Attenzione: la scala idealmente aggiunta vale SOLO per una determinata velocita`.13

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Figura 2.12: Uso di variometro e anemometro per determinare l’angolo

Se mantenete i 90 nodi e passate dal volo livellato alla salita a 480 fpm dovrete assumere un assetto piu` cabrato di 3 gradi per mantenere lo stesso angolo d’incidenza.14

Se volete sapere la velocità verticale che corrisponde a determinati angoli e/o velocità orizzontali potete consultare la tabella 2.3; tabelle simili compaiono in qualsiasi opuscolo sulle procedure di avvicinamento strumentale pubblicato dal governo americano. La tabella inversa (ossia come trovare l’angolo date la velocità verticale ed orizzontale) è la tabella 2.4.

Angolo
  Velocità orizzontale  [nodi]

60 75 90 105 120
3° 320 400 480 555 635
4° 425 530 635 745 850
5° 530 665 795 930 1065
6° 640 800 960 1120 1275
7° 745 935 1120 1305 1490
8° 855 1065 1280 1495 1710
Tabella 2.3: Velocita` verticale in funzione dell'angolo e della velocità orizzontale

Velocità verticale
[fpm]

Velocità orizzontale  [nodi]

60  75  90  105  120 
250 2.4 1.9 1.6 1.3 1.2
500 4.7 3.8 3.1 2.7 2.4
750 7.0 5.6 4.7 4.0 3.5
1000 9.3 7.5 6.3 5.4 4.7
Table 2.4: Angolo in funzione della Velocità verticale e dellaVelocita` orizzontale
Il variometro, con la sua indicazione della velocità verticale, non è l’unico mezzo per determinare la direzione di volo. Se state volando stabilizzati su un sentoero di avvicinamento ILS (sistema di atterraggio strumentale) fino a che l’ago dell’indicatore di rampa di planata resta centrato vi troverete a scendere a un dato angolo (solitamente 3 gradi). E’ possibile che vi sia un VASI (indicatore di rampa avvicinamento a vista) o altri indicatori di rampa di avvicinamento su cui possiate fare affidamento. Come sempre è meglio utilizzare riferimenti esterni piuttosto che gli strumenti.

Forse il modo migliore per stabilire l’angolo di discesa è utilizzare la "regola del pollice" come discusso in sezione 12.3. Questo vi solleva dal dover affidarsi continuamente agli strumenti.

Se controllate la direzione di volo con uno dei modi sopra discussi e controllate anche l’assetto con uno dei modi discussi altrove in questo capitolo, allora state controllando anche l’angolo d’incidenza.

In effetti, vi è un altro elemento da considerare: il vento. Tre dei metodi appena discussi (VASI, indicatore elettronico di rampa e "regola del pollice") vi permettono di determinare la direzione di volo rispetto al terreno, ma l’angolo d’incidenza dipende dalla vostra direzione di volo nell’aria. In presenza di vento, le due cose non sono esattamente uguali. Si discuterà di questo nella sezione 12.4.3.

Il metodo che permette di determinare la direzione di volo in base alla velocità verticale (usando il variometro) fornisce una risposta corretta anche in presenza di vento (purché non vi siano rilevanti correnti ascendenti o discendenti).

I riferimenti esterni devono essere il vostro strumento principale per determinare l’angolo d’incidenza. Dovreste controllate spesso l’anemometro per accertarvi di avere l’angolo d’incidenza corretto (come discusso in sezione 2.12) ed utilizzare i riferimenti esterni per mantenete l’angolo d’incidenza.

Suggerimento: un’occhiata ogni 10 agli strumenti, nove occhiate ogni 10 ai riferimenti esterni.

2.12   La velocità rispetto all’aria è legata all’angolo d’incidenza

2.12.1   Legame tra Velocità rispetto all’aria e Coefficiente di Portanza

Finora, nel corso del capitolo, ho affermato che i numeri critici relativamente alle prestazioni, solitamente indicati in termini di velocità rispetto all’aria, quali VY, sono in realtà raccomandazioni circa gli angoli d’incidenza.

Quindi ora, forse, starete sospettando che ci sia una relazione tra angolo d’incidenza e velocità rispetto all’aria. Giusto! Lo scopo di questo capitolo è di dirvi perchè si può usare l’anemometro per controllare l’angolo d’incidenza, quando dovete correggere le letture e quando invece non dovete fidarvi per niente.

La logica del ragionamento è la seguente: la quantità di portanza prodotta dall’ala dipende dall’angolo d’incidenza e dalla velocità calibrata (velocita` effettiva dell'aria "contro" l'aeroplano). E’ possibile combinare il tutto per ottenere una semplice relazione tra velocità rispetto all’aria e l’angolo d’incidenza (supponendo che la portanza sia, come in genere è, nota). La formula base è:
portanza = ½ ρV2 × coefficiente di portanza × area              (2.1)
Il coefficiente di portanza verrà approfondito nel seguito e (più in dettaglio) in sezione 4.4. La quantità ½ ρV2 è chiamata pressione dinamica, a volte indicata brevemente con Q, ma più spesso sentirete chiamala "mezza rho vi quadro".

Non è necessario cacolare ½ ρV2 perche` l'anemometro lo fa per voi. Potreste aver pensato che l'anemometro (indicatore di velocità rispetto all’aria) misuri idealmente la velocità vera rispetto all’aria ( semplicemente la velocità dell’aria relativamente al velivolo, quella chiamata V in tutte le formule). Invece l’anemometro non prova nemmeno a misurare o stimare V (ossia la radice quadrata di V2); invece, tenta di misurare qualcosa chiamato velocità calibrata (CAS),che è proporzionale alla radice quadrata di ½ ρV2. Notare il fattore ρ nella formula della CAS.15 Già che ne stiamo parlando, la velocità indicata (IAS) si riferisce a qualsiasi lettura dia lo strumento. E’ equivalente alla velocità calibrata con l’aggiunta di ogni errore dovuto allo strumento. Presupponendo che il vostro strumento non sia totalmente fuori taratura, le formule applicabili alla CAS si possono applicare anche alla IAS in modo sufficientemente esatto per i nostri scopi.16

In volo, la portanza è quasi sempre uguale al peso moltiplicato per il fattore di carico.17 Presumibilmente il peso cambia molto lentamente (consumo carburante). Quindi possiamo riorganizzare l’equazione della portanza nel seguente modo:
coefficiente di portanza = (peso × fattore di carico) / ( ½ ρV2 × area)              (2.2)
Se la velocità rispetto all’aria diminuisce, il coefficiente di portanza deve aumentare. Questa relazione è illustrata in figura 2.13.

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Figura 2.13: Relazione tra Velocità rispetto all'aria e Coefficiente di Portanza

Tre dei numeri-V critici sono segnati in figura 2.13; ciascuno corrisponde ad un particolare coefficiente di portanza.

2.12.2   Relazione tra Coefficiente di Portanza ed Angolo d’Incidenza

Consideriamo ora un fatto nuovo: il coefficiente di portanza è una funzione dell’angolo d’incidenza. Questa relazione è illustrata in figura 2.14. Notare che per angoli d’incidenza piccoli, il coefficiente di portanza è sostanzialmente proporzionale all’angolo d’incidenza. L’angolo d’incidenza che dà il massimo coefficiente di portanza è chiamato “angolo d’incidenza critico” ed è evidenziato sulla figura.

ATTENZIONE: Figura errata; sostutuire "Attacco" con "Incidenza"

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Figura 2.14: Coefficiente di portanza rispetto all’angolo d’incidenza

ATTENZIONE: Figura errata; sostutuire "Attacco" con "Incidenza"
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Figura 2.15: La velocità rispetto all’aria è in relazione all’angolo d’incidenza

Combinando questo con ciò che sappiamo possiamo allora stabilire la relazione tra l’angolo d’incidenza e la velocità indicata. Combiniamo figura 2.13 con figura 2.14,come fatto in figura 2.15. Vediamo che ad un particolare valore di V, come VNE, corrisponde un particolare coefficiente di portanza che, a sua volta, corrisponde ad un certo angolo d’incidenza. Lo stesso si può dire della maggior parte dei valori di V, come VY. La cosa funziona anche alla rovescia: ogni angolo d’incidenza corrisponde ad una particolare velocità (supponendo di conoscere la portanza prodotta).

Possiamo quindi concludere che l’anemometro è un buon indicatore di angolo d’incidenza. A meno di un’eccezione importante.

Eccovi l’eccezione: esistono una serie di angoli di incidenza vicini all'angolo critico che producono tutti quasi lo stesso coefficente di portanza (ciò in quanto la curva del coefficente di portanza rispetto all'angolo di incidena è quasi piatta, in alto). Tutti i valori del coefficente di portanza in questo intervallo corrispondono all'incirca alla stessa velocità — detta VS, velocità di stallo.

Lo stallo è un regime di volo molto critico. Si tratta di un regime in cui sarebbe opportuno avere un indicatore che indichi in maniera accurata l'angolo di incidenza; per di piu` lo stallo è l'unico regime nel quale l'anemometro non è in grado di fornire alcuna indicazione utle.

Occorrerebbe atterrare al massimo angolo di attacco: per fare cio è necessario percepire l'angolo di attacco usando i suggerimenti visivi esterni, come descritto nella sezione precedente. Durante la flare, l'anemometro non è in grado di fornire dati veramente necessari. Una volta chiesi a un comandante di un aereo di linea a quale velocità il suo aereo toccasse il suolo; mi rispose "Non so, non ho mai guardato. Ho sempre avuto un mucchio di cose più importanti da controllare". Fu la risposta onesta di un bravo pilota.

2.12.3   Correggere per densità ridotta

In tutti i regimi di volo ad eccezione dello stallo, compreso l'avvicinamento finale per l'atterraggio, l'anemometro fornisce molte informazioni quantitative riguardo all'angolo di attacco. Ora parleremo di alcune correzioni che possono essere necessarie.

L'anemometro è in pratica un indicatore di pressione: la pressione che fa muovere l'ago dell'anemometro è la stessa pressione dinamica che sorregge le ali in accordo con la formula della portanza (equazione 2.1). Conoscere la pressione che sorregge le ali è più importante che conoscere la velocità reale.

L'anemometro paradossalmente fa una cosa utile nel non indicare la velocità in se e per se. Ad esempio, durante l'avvicinamento finale è necessario mantenere la giusta velocità indicata. Operando a quote e temperature per cui la Density Altitude e` alta (temperatura elevata, aeroporti in quota, ecc.) la velocita` vera di movimento dell'aereo rispetto all'aria sara` maggiore di quella indicata IAS (o calibrata CAS) mostrata dall'anemometro. Ricordate che la velocità calibrata CAS è il fattore che sostiene le ali.

In altre parole: non correggete VX, VY, VS, o la velocità di avvicinamento (1.3 VS0) per variazioni della densità dell'aria. Fidatevi della velocità calibrata (in molti casi circa coincidente con la velocita` indicata).

La velocità vera che corrisponde a questa velocità calibrata sara maggiore, in misura di circa il 2% per ogni 1000 piedi di density altitude (density altitude = altitudine in aria standard che avrebbe caratteristiche corrispondenti a quelle della situazione reale) . Anche la velocità al suolo sarà maggiore.

Atterrando in un aereoporto in quota (density altitude alta), una maggiore velocità al suolo significa che sarà necessaria una pista più lunga di circa il 4% per ogni mille piedi di quota. Controllate le carte aereonautiche nel vostro POH.

Il decollo da aereoporti in quota e` addirittura peggio dell'atterraggio, in quanto il motore (a meno che non sia turbocompresso) produrrà una minore potenza (ed anche l'elica lavora in condizioni peggiori): è opportuno utilizzare un generoso fattore di sicurezza poichè la maggior parte dei manuali di volo sono disgraziatamente eccessivamente ottimistici. Prima di recarvi in un aereporto in quota è necessario che pianificate non solo l'atterraggio ma anche il successivo decollo per evitare di trovarvi in un aereoporto dal quale non potrete più ripartire.

2..12.4   Correggere per carico ridotto

Finora abbiamo assunto che il peso fosse pari ad un certo valore standard. Rilassiamo ora quasto vincolo, e vediamo cosa succede.

Come detto in sezione 7.5.7, è facile immaginare di volare su un Cherokee Six alla metà del suo massimo peso legale.

Il problema è che il Manuale Operativo per il Pilota dell'aereo specifica tutte le informazioni sugli angoli di incidenza critici in termini di velocità - velocità definita per una configurazione a peso massimo. Sappiamo che l'aereo stalla ad un certo angolo di incidenza, non ad una certa velocità, o simili.

In generale, se si tiene costante l'angolo di incidenza e diminuisce il peso dell'aereo del 10%, la velocità necessaria per sostenere quel peso diminuisce del 5%. Questo per via del fatto che la portanza varia con la radice quadrata della velocità nell'equazione 2.1; la radice quadrata di 0.90 è 0.95, e la radice quadrata di 1.10 è 1.05. Per variazione di peso veramente importanti il mutamento di velocità è ancora maggiore; la radice quadrata di 0.5 non è 0.75, ma 0.707 (meta` peso > 30% di velocita` in meno).

In avvicinamento con peso ridotto la velocità e la velocità di massima efficienza devono essere ridotte sotto il loro valore a peso standard, del manuale, secondo la radice quadrata del peso. I valori della VX e VY vanno ridotti approssimativamente dello stesso fattore. Anche la velocità di manovra va ridotta, sebbene per ragioni diverse, come discusso in sezione 2.13.2.

La variazione percentuale della velocità
è metà della variazione percentuale del peso.

Dal momento che la velocità di crocera dipende principalmente dalla potenza e dalla resistenza indotta, dipende molto poco dall'angolo di incidenza. Ciò significa che non diminuisce, diminuendo il peso; la situazione è rappersentata in figura 7.13 in sezione 7.5.7. Inoltre, in un aereo a più motori, VMC può dipendere o meno dai requisiti sulla portanza, per cui la cosa più sicura è non ridurla.

2.12.5   Correzioni per incremento di portanza

C'è una situazione veramente comune in cui mantenere un certo angolo di incidenza richiede volare a velocità superiori ai valori V dati dal manuale.

In una virata stretta, alle ali è richiesto di produrre portanza sufficiente non solo per sostenere il peso dell'aereo, ma anche per "spingerlo dietro l'angolo". Con un'inclinazione di 60 gradi, la richiesta di portanza è raddoppiata. Diciamo che siamo in presenza di un fattore di carico pari a 2.0. La velocità necessaria per produrre quella portanza ad un dato angolo di incidenza è aumentata di un fattore di √2, pari a 1.41.

Volendo usare l'anemometro come sorgente di informazioni sull'angolo di incidenza, bisogna tenerne conto. Volando a velocità vicine alle minime comprese in arco verde, in una virata stretta, l'aereo stallerà. Ad esempio, se l'aereo stalla a 60 nodi, in un volo non accellerato, stallerà a 85 nodi in una virata inclinata di 60 gradi (visto che 60 × 1.41 = 85).

Inoltre, bisogna ricordare che l'aereo è trimmato per un certo angolo di incidenza, e tende a mantenere quell'angolo di incidenza. Se volare in crociera con l'aereo trimmato per 120 nodi in volo rettilineo livellato, e l'aereo entra in una virata con inclinazione di 60 gradi, accellererà fino a 169 nodi (120 per la radice quadrata di 2) per mantenere gli stessi requisiti di portanza, allo stesso angolo di incidenza. La situazione è descritta con maggiore dettaglio in sezione 6.2.

2.12.6   Fate i calcoli con la velocità calibrata e non con la velocità indicata

In molti aereoplani si può dire che una buona velocità rispetto all'aria nell'avvicinamento finale è 1,3 volte la velocità di stallo.18

Applicando questa regola, è necessaria una piccola sofisticazione, o potreste avere guai. In particolare, non basta guardare solo la velocità di stallo sull'anemometro, moltiplicarla per 1,3 e tentare i usarla come velocità indicata in finale.

L'unico modo sicuro per calcolare la velocità di avvicinamento è di moltiplicare la velocità di stallo calibrata per 1,3 e solo allora convertire il risultato in velocità indicata. Cioè, conoscendo la velocità di stallo indicata, la procedura corretta è:

a)
convertire la velocità indicata in velocità calibrata, usando le tabelle di conversione trovate nel manuale operativo del pilota;
b)
moltiplicare la velocità calibrata per 1,3; e
c)
riconvertire questa velocità di avvicinamento calibrata in velocità indicata, disponibile dall'anemometro.
Tabella 2.5 mostra un esempio che confronta i calcoli giusti e sbagliati.


CAS IAS
velocità
avvicinamento
sicura?
stallo 50 43  
1.3 × indicata stallo 58 56 no
1.3 × calibrata stallo 65 65 si
Tabella 2.5: Velocità di avvicinamento indicata e calibrata
L'origine del problema è questa: è possibile posizionare il tubo di Pitot e la presa statica in modo che la IAS è alcuni nodi maggiore della CAS a velocità di crociera, ed alcuni nodi inferiore alla CAS vicino allo stallo. I produttori lo fanno abitualmente, presumibilmente nella speranza di dare la sensazione che l'aereo abbia prestazioni migliori.

Questi errori non sarebbero tanto preoccupanti se la IAS fosse semplicemente proporzionale alla CAS. La costante di proporzonalità verrebbe elisa dai conti, e si potrebbe saltare i passi (a) e (c). Ahimè, in molti aerei gli errori sono altamente non lineari. Le velocità indicate sono troppo inferiori, nella parte bassa della scala. Moltiplicando un numero così basso per 1.3, si si ottiene un numero ancora una volta troppo basso, ma cade in un range in cui lo strumento è più accurato, per cui si finisce con una velocità reale pericolosamente bassa.

Vi chiderete di altri calcoli, come le correzioni per pesi non standard. Tali calcoli vanno ancora fatti usando le velocità calibrate? Ahimè, la risposta non è scontata al 100%.Bisogna vedere se ritenete che gli errori dipendono dalla stessa velocità anemometrica o dall'angolo di incidenza. Potreste misurare il comportamente del vostro aereo come segue: volate a peso massimo ed a quota di sicurezza, rallentate progressivamente ed osservate la velocità indicata in cui si comincia a sentire l'avvisatore di stallo. Fatelo sia in configurazione pulita (senza flap)19 che in configurazione di atterraggio. Ripetete quindi la misura al minimo peso possibile. A questo punto saprete con sicurezza in che maniera la velocità indicata varia al variare del peso, ad un particolare angolo di incidenza.

2.12.7   Correzione dovuta alla scivolata

E' facile trovarsi in situazioni in cui la velocità indicata è molto inaccurata. In alcuni aeroplani la presa per la misura della pressione statica è situata su un solo lato della fusoliera, e durante una scivolata quel punto è soggetto a pressioni dinamiche, oltre alla pressione statica.20

In tali casi è necessario ricordare che l'angolo di incidenza è veramente importante. Volendo, si può usare l'anemometro prima della scivolata, per aiutarsi a definire quale angolo di incidenza sia necessario, ma durante la scivolata bisogna mantenere quell'angolo di incidenza solo osservando gli angoli stessi (assetto e direzione del volo). Vedere sezione 11.2 per ulteriori dettagli.

2.12.8   Resistenza e rapporto Portanza-Resistenza

Torniamo allo scenario dell'aereo in volo a metà del peso standard, e chiediamoci: (a) quale è la migliore velocità di planata e (b) quanto bene planerà a quella velocità.

Per rispondere a queste domande bisogna pensare a resistenza e portanza. (Sezione 2.12.4 imperniata su argomenti come VS e VA che dipendono dalla portanza totale, non dal rapporto portanza/resistenza.) Fortunatamente, la risposta e` "uguale". Questo perchè la formula della resistenza,
resistenza = ½ ρV2 × coefficiente di resistenza × area              (2.3)
ha la stessa forma della famosa formula della portanza:
portanza = ½ ρV2 × coefficiente di portanza × area              (2.4)
L'idea chiave è che il coefficiente di resistenza dipende dall'angolo di incidenza; per ogni particolare angolo di incidenza, il coefficiente non dipende in maniera significativa dal peso o dalla velocità. Lo stesso vale per il coefficiente di portanza, ed il rapporto portanza resistenza.

Volendo planare da un punto A a un punto B in assenza di vento, 21 la cosa principale da prendere in considerazione è l'efficienza (rapporto tra Portanza e Resistenza). Ad esempio, se il vostro aereo ha un'efficienza di 10 a 1, si può planare ad un punto che si trova a 1/10 di radiante (i.e. 6 gradi) sotto l'orizzonte.

L'efficienza massima si ottiene ad un certo angolo di incidenza. Per sostenere il peso dell'aereo bisognerà volare ad una velocità proporzionale alla radice quadrata del peso, per le ragioni date in sezione 2.12.4.

L'aereo poco carico in planata avrà lo stesso angolo di discesa, la stessa direzione del volo, lo stesso raggio di planata, come indicato in figura 2.16. L'unica differenza è che avrà un rateo di discesa inferiore ed una minore velocità di avanzamento; questo è indicato nella figura dai cronometri che rappresentano quanto ci vuole all'aereo per raggiungere un certo punto.

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Figura 2.16: Angolo di planata indipendente dal peso

La morale della storia è che se state volando su un aereo poco carico, dovreste volarlo "a numeri" (seguendo i parametri di volo), tipicamente in base all'angolo di incidenza. I numeri critici per la velocità (velocità di salita, velocità di avvicinamento, velocità di stallo ecc.) vengono tutti ridotti in base alla percentuale di metà della variazione di peso. Cioè, se siete del 10% più leggeri, riducete le velocità riportata sul manuale del 5%.

C'è solo una ben nota eccezione alla regola empirica che dice che le velocità caratteristiche diminuiscono al diminuire del peso. Cioè che la velocità di crociera in effetti aumenta al diminuire del peso. Non si tratta di un'eccezione alla regola (vera) che le velocità devono variare con il peso ad un certo angolo di incidenza, perchè la velocità di crociera non è legata ad un particolare angolo di incidenza. Se l'aereo è poco carico, si può volare in crociera ad un angolo di incidenza minore ed ad una maggiore velocità, visto che le ali devono lavorare di meno per sostenere il peso dell'aereo.

2.13   Non tutto dipende dall'angolo di incidenza

Alcuni dei numeri di prestazioni critiche dipendono dall'angolo di incidenza; altri no. E' utile distinguerli, per sapere quali cambiano al variare del peso dell'aereo e quali no.

2.13.1   Limiti espliciti di velocità

C'è una velocità normale operativa, VNO (normal operation). Questa è indicata dal limite superiore dell'arco verde dell'anemometro. Non bisogna superare questa velocità se non in aria calma, e comunque solo con precauzione. Qui l'idea è che non si vuole rompere l'ala. Esiste un massimo coefficiente di portanza, la portanza come forza, dipende da questo coefficiente, moltiplicato per il quadrato della velocità calibrata. Limitando la velocità, si limita la forza massima che l'ala può produrre. Questo è ciò che tipicamente determina VNO.

C'è anche una velocità da non superare mai, VNE (never exceed). Questa viene indicata dall'estremo superiore dell'arco giallo, e dalla linea rossa sull'anemometro. Come il nome stesso suggerisce, non bisogna mai superare questa velocità, per nessuna ragione. Il limite dipende da molti fattori, tra cui la forza di resistenza sulle strutture principali (ali, coda, carrello, ecc.); resistenza su apparati secondari (antenne, carenature, ecc.); instabilità delle strutture e dei sistemi di controllo dovuti a vibrazioni; ed altre complicazioni spiacevoli.

2.13.2   Velocità di manovra

Volando in moderata o seria turbolenza, bisogna mantenere la velocità sotto la velocità di manovra, VA. Analogamente, è opportuno evitare ampie ed improvvise manovre sulle superfici di controllo, a meno di non volare a velocita` inferiori a VA. L'idea che sta dietro VA è che si vuole che le ali stallino prima che qualcosa si rompa. Potete pensare che lo stallo sia una cosa negativa, ma ricordate che è molto più facile uscire da uno stallo che uscire da un aereo rotto.

Velocità di manovra significa che l'ala dovrebbe stallare
prima di produrre abbastanza G da rompere una qualsiasi parte dell'aereo.

Dicamo dovrebbe stallare, non è garantito che stalli, perchè la definizione formale di VA prende in considerazione solo certi tipi di uso delle superfici di controllo e solo certi tipi di turbolenze (tipicamente ascendenze e discendenze). Nella vita reale, è opportuno considerare altre possibilità. Ad esempio, volando a VA ed incontrando un forte wind shear orizzontale si possono verificare forze grandi a piacere. Per questa e diverse altre ragioni, il valore esatto di VA non dovrebbe essere preso troppo alla lettera. Tuttavia, l'idea in se` di VA ha senso: se osservate o prevedete una situazione che impone grandi valori di G sull'aereo, dovreste rallentare e/o imporvi di manovrare più delicatamente.

Diversamente da VNO, la velocità di manovra varia secondo la radice quadrata della massa dell'aereo. La ragione è un po' complessa. Il trucco sta nel fatto che VA non è un limite di forza, ma un piuttosto un limite di accelerazione. Quando i produttori determinano il limite per VA, non si preoccupano della rottura dell'ala, ma della rottura di altre importanti parti dell'aereoplano, come i supporti del motore. Questi oggetti non sono direttamente influenzati da quanta forza l'ala stia effettivamente producendo; ma piuttosto dall'accelerazione che stanno subendo.

Aumentando la massa dell'aereo, si diminuisce l'accelerazione risultante dall'insieme delle forze applicate. (Naturalmente, aumentando la massa del carico aumenta lo sforzo sul pavimento del vano di carico, ma diminuisce lo sforzo sui componenti non coinvolti, come i supporti del motore, perchè l'accelerazione è minore).

Questo significa che bisogna mettere VA assieme a VS e VY ecc. nella lista delle velocità critiche che variano in proporzione alla radice quadrata della massa dell'aereo. Comunque, VA dipende dalla massa reale dell'aereo, non dal peso, per cui contrariamente alle altre, non aumenta con il fattore di carico.

Per illustrare questo punto, consideriamo cosa accade quando un aereo è in virata stretta. Rispetto ad un volo non accellerato:

  1. La velocità di stallo aumenta (poichè l'angolo di incidenza allo stallo rimane lo stesso) e
  2. la velocità di massima efficienza aumenta (poichè l'angolo di incidenza ottimale rimane lo stesso), ma
  3. la velocità di manova rimane la stessa (visto che non dipende direttamente dall'angolo di incidenza).
Infine, bisogna osservare che ci sono due concetti diversi che, in senso lato, sono chiamati velocità di manovra.

Questo libro è orientato ai piloti, non ai progettisti, per cui usando VA vogliamo sempre intendere VA(L). Bisogna però fare attenzone, leggendo le FAR e altri libri perchè a volte usano lo stesso simbolo per indicare due cose diverse, e cio` può portare a confusione.

2.13.3   Panoramica sui numeri che rappresentano limiti e prestazioni

Ci sono quattro classi principali di numeri:

2.14   Angolo di incidenza relativo ed assoluto

Si può saltare questo capitolo, a meno che si voglia confrontare questo libro con un altro libro che usa una definizione diversa dell'angolo di incidenza.

Come detto a proposito di figura 2.1, siamo liberi di scegliere come la bacchetta di riferimento per l'angolo di incidenza sia allineata rispetto al resto dell'ala. In questo libro, è stato scelto di allinearla in modo tale da far corrispondere un angolo di incidenza nullo ad un coefficiente di portanza nullo. Secondo la terminologia standard, l'angolo misurato secondo la direzine di portanza nulla viene detto l'angolo di incidenza relativo.

Alcuni altri testi preferiscono allineare il riferimento con la corda alare 22. Secondo la terminologia standard, l'angolo misurato relativamente alla corda alare viene detto angolo di incidenzaassoluto.

Tentando di confrontare i testi, c'è possibilità di confusione, visto che questo libro usa "angolo di incidenza" come sinonimo di angolo di incidenza relativo, mentre altri libri usano lo stesso termine come sinonimo di angolo di incidenza assoluto. Può essere opportuno, confrontando i testi, rinunciare ai sinonimi ed usare il termine esplicito. In particolare:
angolo di incidenza reativo = angolo di incidenza assoluto + k
angolo di incidenza assoluto = angolo di incidenza reativo - k
             (2.5)
dove -k è l'intersezione con l'asse delle ascisse del grafico dei coefficienti di portanza in funzione dell'angolo di incidenza assoluto, tracciato usando qualsiasi riferimento l'altro testo stia usando per definire l'angolo di incidenza assoluto. L'intersezione con l'asse delle ascisse è sempre zero, in questo libro.

Notare che il termine "assoluto" piuttosto "relativo" non significa niente. Nessuno dei due valori e` più assoluto o più relativo dell'altro.

Notate anche che non ci sono solamente due possibiltà; la scelta del sistema di riferimento è arbitraria. E' perfettamente corretto misurare angoli relativi alla superficie inferiore dell'ala, o rispetto all'asse longitudinale della fusoliera, o qualsiasi altro riferimento si voglia segliere, pur di mantenersi coerenti con la scelta fatta.

Usare la corda alare come riferimento e` corretto se si parla solamente di una sezione di un'ala semplice. D'altra parte: La semplice regola "assetto più calettamento uguale angolo di rampa più angolo di incidenza" (figura 2.2) è sempre tecnicamente valida (perchè l'arbitrarietà dell'angolo di incidenza si compensa con la corrispondente arbitrarietà dell'angolo di calettamento). Ma se si vuole che la regola sia anche utile in situazioni in cui cambia la configurazione dei flap, bisogna scegliere l'angolo di incidenza relativo o qualcosa di molto simile; altrimenti, non si riesce a sapere quale angolo di incidenza produce una certa portanza.

2.15   Sommario



1
Il vento può influenzare quale angolo di attacco che fornisce il miglior angolo di salita o il miglior angolo di planata; vedere sezione 7.5.6.
2
Modifiche nel regime del motore influenza solo leggermente quale angolo di attacco che fornisce il miglior angolo di salita o il miglior angolo di planata.
3
Il vento relativo viene definito come la velocità e la direzione dell'aria in moto relativo rispetto all'aereo. (E' molto, molto diverso dalla velocità del vento rispetto il terreno). Salvo diversa indicazione, il vento relativo si misura in un posto dove la massa d'aria non sia molto disturbata dal passaggio dell'aereoplano. Vedere sezione 2.11 per maggiori dettagli.
4
Vedere sezione 19.6.2 per una definizione più formale.
5
L'effetto dei flap viene approfondito in sezione 5.5. Vedere anche la tabella in sezione 12.11.
6
Stiamo immaginando una giornata senza apprezzabili ascendenze o discendenze, in modo che il vento relativo sia orizzontale; altrimenti la storia si fa un po' più compicata.
7
correggendo la potenza quanto necessario a mantenere un volo livellato
8
La maggior parte delle persone sono destre. In mancanza di un occhio fortemente dominante, se ne può scegliere uno arbitrariamente e chiudere l'altro.
9
Il significato della velocità vera (TAS) rispetto a quella calibrata verrà discusso in sezione 2.12.
10
Non così presto, visto che nella maggior parte degli aerei modifiche alla manetta influenzano poco la velocità trimmata.
11
Forse non esattamente, perchè la velocità indicata, alla nuova quota di crociera può essere leggermente diversa. Apportate la quantità di trim che vi attendete, vedete come funziona, quindi trimmate via la forza rimanente sulla cloche.
12
Anche l'incidenza è importante, ma è raro che ci se ne debba preoccupare. Cambia solo cambiando la configurazione dei flap.
13
Stiamo fraintendendo la distinzione tra velocità orizzontale e velocità totale. La tabella riporta la tangente e l'arcotangente, basate sul vero moto orizzontale e verticale. In una virata veramente stretta, l'anenomentro indicherebbe il moto totale, che è la risultante delle componenti verticale e orizzontale. Volendo veramente calibrare gli angoli rispetto alla VSI e la velocità (totale), bisognerebbe usare i lseno e l'arcoseno. Comunque, ad ogni angolo ragionevolmente intermedio, la differenza è minore di uno o due punti percentuali. Non vale la pena di preoccuparsene.
14
Vedere sezione 12.4.3, inclusa figura 12.13, per un'analoga discussione sugli angoli relativamente al terreno.
15
La costante di proporzionalità è calcolata in modo che al livello del mare, in condizini standard, la velocità calibrata è pari alla velocità reale (TAS). Visto che si vola quasi sempre a quote sopra il livello del mare, la TAS sarà quasi sempre maggiore della velocità calibrata.
16
... ma attenzione: come discusso in sezione 2.12.6, ci sono casi in cui è importante tenere conto della distinzione tra IAS e CAS.
17
Il fattor di carico è definito in sezione 6.2.3. Non è il caso di preoccuparsene, se non in manovre aggressive.
18
Vedere sezione 12.11.3 per approfondimenti su questo ed argomenti connessi.
19
In generale, pulito si riferisce a qualcosa con poca resistenza parassita. La configurazione pulita fa riferimento a flaps ritratti, carrello retratto (se possibile) ecc.
20
in altri aerei, la pressione statica viene misurata su un montante, lontano dalla fusoliera, in modo che il problema non si ponga.
21
Volendo massimizzare il tempo di planata, invece della distanza, o volendo tener conto di venti in coda o ascendenze, vedere sezione 7.5.
22
La corda è la linea retta che unisce il bordo di attacco al bordo di uscita, come definito in figura 3.12.

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