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18  Stalli e Viti

Attenzione: Il capo non permette il volo.

— Avvertimento su un costume da Superman in vendita da Walmart

Le viti sono un argomento molto delicato. Dopo aver letto vari testi di aerodinamica e centinaia di pagine di rapporti di prove effettuate nella galleria del vento della NASA, mi meraviglia quanto ci sia di ancora sconosciuto nei fenomeni che avvengono durante una vite.

18.1   Stalli: Cause ed Effetti

Una cosa è certa: se non si stalla, un aereo non entra in vite. Quindi iniziamo analizzando gli stalli.

Come discusso in sezione 5.3, gli stalli avvengono all’angolo di attacco critico, che è definito come il punto oltre il quale un ulteriore aumento di angolo d’attacco non produce alcun aumento del Coefficiente di Portanza.

Nell’angolo di attacco critico non succede nulla di magico. La portanza non si annulla; anzi, il Coefficiente di Portanza è al suo massimo. Il Coefficiente di Smorzamento Verticale va progressivamente a zero quando l’aereo attraversa l’angolo d’attacco critico, ed il Coefficiente di Smorzamento al Rollio si annulla anch’esso subito dopo. Un aereo che vola 0.1° oltre l’angolo d’attacco critico si comporterà solo leggermente peggio di come si comporterebbe 0.1° prima dell’angolo d’attacco critico.

Superando significativamente l’angolo d’attacco critico, regime di "pieno stallo", il Coefficiente di Portanza si riduce notevolmente e la Resistenza aumenta notevolmente. L’aereo scenderà rapidamente, probabilmente a velocità di migliaia di piedi al minuto. Ma ricorda: le ali ancora sostengono il peso dell’aereo. Se così non fosse, ci sarebbe una forza verticale non equilibrata e, per la legge di Newton, l’aereo non scenderebbe semplicemente, ma verrebbe accelerato verso il basso. Se le ali effettivamente non producessero portanza (per esempio se togliessimo le ali all’aereo), la fusoliera verrebbe accelerata verso il basso fino a raggiungere la velocità verticale (varie centinaia di nodi) alla quale il peso viene equilibrato dalla resistenza della fusoliera.

18.2   Stallo Parziale e Totale dell’Ala

Potremmo dividere l’ala in due sezioni: ognuna contribuisce alla creazione della portanza totale. E’ fortemente consigliabile (come discusso in sezione 5.4.3) avere che, aumentando l’angolo d’attacco, il Coefficiente di Portanza delle sezioni dell’ala vicine alla fusoliera raggiunga il suo massimo, e la successiva diminuzione, prima delle sezioni in prossimità della punta delle ali.

Ha quindi senso dire che la porzione d’ala in prossimità della fusoliera stalli quando la porzione in prossimità della punta ancora non abbia raggiunto lo stallo. Se la porzione d’ala in stallo è sufficientemente piccola, il Coefficiente di Portanza complessivo dell’ala continua ad aumentare, e quindi l’ala non è in stallo.

Quindi l’ala continuerà a produrre portanza ben oltre l’angolo d’attacco a cui alcune sue porzioni iniziano a stallare. Questo è un regime di volo estremamente lento — sarebbe possibile volare in queste condizioni un giorno intero, anche se richiederebbe un po’ di abilità ed il motore potrebbe surriscaldarsi.

18.3   Strati Limite

Esiste una semplice legge dell’aerodinamica che dice che la velocità relativa del fluido all’ala, o da qualunque altra superficie, è nulla (condizione di no-slip). Adiacente alla superficie, c’è un sottile strato, detto strato limite, nel quale la velocità relativa cresce da zero al valore della velocità del fluido.

18.3.1   Flusso Separato ed Attaccato

Le ali funzionano al meglio quando il flusso d’aria è attaccato alla superficie tramite lo strato limite. Nel caso opposto, il flusso è detto separato.

Nel flusso attaccato, attraversando lo strato limite dalla superficie verso il flusso esterno, la pressione resta praticamente costante. Per rendere l’idea del comportamento del flusso attaccato, immaginiamo di sostituire lo strato limite con uno strato di stucco che copi il profilo dell’ala. Immaginiamo adesso di lubrificare il nuovo profilo in modo che l’aria scivoli via senza attrito, e che la condizione di no-slip non venga più applicata. Sarebbe allora possibile calcolare la pressione agente sullo strato di stucco con il principio di Bernoulli, principio che logicamente non era applicabile all’interno dello strato limite.

Nel caso di flusso separato, l’esempio dello stucco non è più applicabile. Immaginiamo di voler sollevare dal pavimento uno spago con un potente aspirapolvere. Se mantengo l’aspiratore ad 1 metro dal pavimento, non ci riuscirò mai. Potrei anche riuscire ad ottenere 0 pressione alla bocca dell’aspiratore, ma la zona di depressione resterebbe sempre "separata" dal pavimento e dallo spago. Avvicinando l’aspiratore al pavimento, ad un certo punto riuscirò ad avvicinare la depressione al pavimento. Questo è uno dei problemi del flusso separato: ho depressione ma non dove serve. La separazione ha vari effetti negativi:

• In condizioni di separazione, l’aria non segue il profilo dell’ala. In un certo senso è come avere uno strato limite molto spesso. Il profilo non riesce a far seguire all’aria il percorso ottimale, quindi non riesce ad ottenere la stessa depressione.
• Anche se si produce una depressione, questa non è attaccata alla superficie dell’ala. Questo è un problema che un flusso attaccato, indipendentemente dallo spessore dello strato limite, non avrebbe.
• Un oggetto non aerodinamico, ad esempio una pallina da golf, è soggetto ad una notevole resistenza (precisamente: resistenza di forma, come discusso in sezione 4.3) perché la separazione fa sparire una benefica area di alta pressione situata dietro la pallina.

18.3.2   Flusso Laminare e Turbolento

Si ha flusso laminare quando ogni particella di aria ha una sua ben determinata velocità, e le velocità variano progressivamente. Nel caso di flusso turbolento, si ha:

• In ogni punto, la velocità varia nel tempo
• In ogni istante la velocità varia rapidamente spostandosi in punti adiacenti.

18.3.3   Controllo dello Strato Limite

Un sistema nota232² per controllare la separazione è quello dei vorticatori. I vorticatori sono delle lamelle visibili sul’estradosso di alcune ali, poste ad un certo rispetto al flusso. Ogni lamella funziona come una lama voltazolle, andando a prendere il flusso (e l’energia) nella zona laminare ad alta velocità e riportandolo negli strati bassi.

Il ri-energizzare lo strato limite permette di volare ad angoli di attacco (quindi a Coefficienti di portanza superiori) senza stallare. Questo migliora la capacità di utilizzare piste di decollo ed atterraggio brevi e/o con ostacoli.

La vorticosità creata da questi vorticatori non va confusa con il BOUND VORTEX, cioè il vortice generato dalla circolazione che sostiene il peso dell’aereo. Come discusso in sezione 3.12, per creare portanza è necessario far circolare l’aria attorno all’ala; cioè, devono esistere delle linee di vortice che corrono lungo l’apertura alare. I vorticatori non hanno nulla a che vedere con questo; le loro linee di vortice seguono la corda dell’ala, non la sua lunghezza. nota233³

La turbolenza dello strato limite (creata dai vorticatori o in altro modo) aiuta anche a prevenire la separazione, anche qui iniettando energia negli strati inferiori dello strato limite.

In una pallina da golf, il 99% della resistenza è resistenza di forma, e solo l’1% è attrito di superficie. I forellini sulla superficie della pallina provocano turbolenza, con il conseguente aumento di energia dello strato limite. Questo permette al flusso di mantenere il contatto più a lungo, mantenendo la zona di alta pressione dietro la pallina, quindi riducendo la resistenza di forma. Quindi, anche se lo strato limite turbolento porta ad una maggiore resistenza di superficie, la resistenza complessive (di forma + di superficie) è minore. nota234⁴

Il principio di Bernoulli non è applicabile all’interno dello strato limite, sia esso separato o no. Come discusso in sezione 3.4, il principio di Bernoulli è applicabile in situazioni in cui la somma della pressione (energia potenziale) e della velocità del flusso al quadrato (energia cinetica) resta costante. Nello strato limite, questo non succede visto che l’attrito converte una significante porzione di energia in calore.

I vorticatori hanno la stessa funzione dei forellini della pallina da golf? Non esattamente. A differenza della pallina da golf, l’ala deve produrre portanza. Inoltre l’ala è molto più aerodinamica, quindi la sua resistenza di forma non è maggiore della resistenza di superficie. I vorticatori sono utilizzati per incrementare la portanza ad alti angoli di attacco, diminuendo la perdita di portanza dovuta alla separazione. I vorticatori potrebbero o no migliorare le prestazioni a piccoli angoli di attacco diminuendo la resistenza di forma a scapito di quella di superficie.

Se l’obiettivo è quello di minimizzare le resistenze, anche a scapito delle prestazioni in atterraggio/decollo, la ricerca del flusso laminare è redditizia. Progettare un "ala a flusso laminare" è un compito complesso, specialmente nel mondo reale in cui il flusso laminare potrebbe essere disturbato da moscerini, pioggia, ghiaccio, fango presenti sul bordo d’attacco.

La separazione è sempre presente in piccole zone di qualunque profilo alare. Queste crescono all’aumentare dell’angolo d’attacco. Se le zone di separazione sono molto ampie, la capacità dell’ala di produrre portanza viene ad essere penalizzata. In assenza di separazione, l’ala potrebbe continuare a produrre portanza fino ad angoli d’attacco molto elevati, raggiungendo Coefficienti di Portanza molto alti.

La presenza di un’elevata zona di separazione è la causa principale (ma non l’unica) dello stallo. Ricordate: lo stallo avviene all’angolo d’attacco critico, cioè nel punto di massimo del Coefficiente di Portata.

18.3.4   Sommario

La completa trattazione della turbolenza e/o del flusso separato non rientra negli scopi di questo libro. Inoltre, la ricerca volta a capire e controllare perfettamente questi fenomeni è tuttora in corso. Questi non sono fenomeni semplici, ma ci sono alcuni concetti che possiamo chiarire:

• Il contrario di flusso separato è flusso attaccato.
• Il contrario di flusso turbolento è flusso laminare.
• Il flusso separato non è necessariamente turbolento, né viceversa.
• Il flusso laminare non è necessariamente attaccato, né viceversa.
• La turbolenza non porta a separazione, al contrario spesso la ostacola.

Per maggiori informazioni, vedi riferimento 17.

18.4   Effetto Coanda, etc.

L’ effetto Coanda viene generalmente applicato nei casi in cui un getto di fluido veloce e sottile incontra una superficie solida e ne segue la curvatura. A seconda dei casi, uno o più fenomeni fisici differenti possono essere alla base della deviazione del getto a seguire la superficie.

Da pilota, non avrete mai bisogno di conoscere questo Effetto Coanda, né le sue motivazioni. Finanche i tecnici aerodinamici possono perfettamente lavorare senza conoscere questo effetto. Lo scopo principale di questo paragrafo è quello di fugare la convinzione di alcuni che un’ala crei portanza a causa di questo Effetto Coanda.

Utilizzare l’effetto Coanda per spiegare il funzionamento di un’ala è corretto come utilizzare il gioco del bowling per spiegare la meccanica del camminare. Sia il gioco del bowling ed il camminare portano ad utilizzare alcuni gruppi muscolari, ed entrambi possono essere spiegati dalla Legge di Newton, ma se non si è già a conoscenza della meccanica del camminare, sarà molto difficile imparare qualcosa dalla complessità aggiuntiva della dinamica del bowling.

18.4.1   Fenomeno del foglietto di carta

E’ possibile dimostrare un tipo di effetto Coanda utilizzando un foglietto di carta velina. Prendere il foglietto facendolo pendere dalle dita. Soffiare orizzontalmente come mostrato in figura. nota236⁶

Figura 18.1: Foglietto di carta; senza effetto Coanda

Figura 18.2: Foglietto di carta; con effetto Coanda

18.4.2   Strato limite "soffiato"

Dato che abbiamo visto in sezione 18.3 che de-energizzare lo strato limite è controproducente, viene naturale pensare che aggiungere energia allo strato limite possa essere un beneficio, ed infatti è così. Un modo per iniettare energia è l’utilizzo dei vorticatori, come visto in sezione 18.3. La figura 18.3 mostra un approccio ancora più diretto.

• Usando una pompa, creiamo una riserva d’aria a pressione molto elevata.
• L’aria fuoriesce da un ugello. Il risultato è un getto d’aria ad alta velocità e pressione ambiente. nota238⁸
• Il getto fuoriesce da una fessura dell’estradosso, iniettando energia allo strato limite in un’area dove potrebbe giovare fortemente.

Figura 18.3: Strato limite "soffiato"

18.4.3   Esperimento del cucchiaino

Un altro esempio di come un flusso possa seguire una curvatura è facilmente ottenibile facendo uscire un sottile getto d’acqua dal rubinetto della cucina. Avvicinando da sinistra il lato convesso di un cucchiaino, si ha che il flusso non verrà spinto verso destra, ma piuttosto seguirà la curvatura deviando verso destra. Il flusso può essere deviato anche significativamente. Per la terza legge di Newton, il cucchiaino sarà spinto verso destra.

Pur non capendo fino in fondo questo fenomeno, è lecito dire quanto segue:

1. Questo getto di acqua-in-aria è fondamentalmente diverso dal getto aria-in-aria considerato in precedenza.
2. Questo effetto non ha niente a che vedere con i meccanismi con cui un’ala produce portanza.

Per convincervi di ciò, è necessario avere un getto più veloce e più largo di quello del rubinetto della cucina. Un tubo da giardino potrebbe fare al caso nostro. Potremo vedere:

• La portanza note239⁹ producibile è minima, rispetto alla pressione dinamica ed all’area del getto d’acqua.
• Il rapporto portanza-resistenza è pessimo. Infatti è molto difficile apprezzare una portanza, mentre un’inclinazione appena errata del cucchiaino porta una notevole resistenza.
• L’area di contatto dell’acqua si allarga dopo l’urto con la superficie, creando un sottile strato su un’ampia area del cucchiaino. Questo è totalmente diverso da quanto accade nel caso del getto aria-in-aria, cosa dimostrabile con due sottili strisce affiancate di carta assorbente. Soffiando, è possibile sollevare una striscia lasciando l’altra indisturbata.
• Questa area di contatto si allargherà anche in direzione opposta al flusso d’acqua, più a monte del punto di contatto del getto con il cucchiaino. Questo è radicalmente differente da quanto accade nel caso di un’ala.
• Questo non è il fenomeno di aumento della adesione al profilo dello strato limito turbolento. Infatti, questo fenomeno è radicalmente diverso da ciò che accade in un aereo con lo strato limite soffiato.

Sembra che la tensione superficiale abbia due effetti fondamentali:

1. Sull’interfaccia acqua/aria, previene la miscelazione dell’aria con l’acqua.
2. Sull’interfaccia acqua/ala, ha un ruolo fondamentale nel far aderire l’acqua alla superficie.

In entrambi i casi, si ha una situazione ben diversa nel caso del getto aria-in-aria, dove non esiste alcuna tensione superficiale aria/aria.

Per convincervi, prendete un sottile foglio di plastica. Bagnatelo da entrambi i lati ed avvolgetelo ad un cilindro. Non riuscirete a sollevarlo dal cilindro utilizzando un getto d’acqua tangenziale. La tensione superficiale che mantiene il foglio aderente al cilindro è forte quanto la tensione tra la plastica ed il getto. Al contrario, se il medesimo foglio di plastica ha aria da entrambi i lati, il getto d’aria riuscirà a sollevarlo.

18.4.4   Modelli sbagliati di produzione della portanza

Potreste aver sentito favole che raccontano di come l’effetto Coanda possa spiegare il funzionamento di un’ala. Sono puri racconti di fantasia. Più che inutili, sono dannose.

1. Per i principianti, queste favole spesso dicono che soffiando su di un foglietto di carta (come prima descritto) si dimostra che "alta velocità significa bassa pressione", cosa assolutamente diversa dal fenomeno mostrato. L’aria ad alta velocità da noi soffiata è a pressione atmosferica. Infatti, soffiando lungo un foglio piano, non si alzerà mai. Non esiste bassa pressione nel flusso (per lo meno fino a quando non viene deviato). Quindi l’effetto Coanda dà una spiegazione errata della aerodinamica dell’ala. Queste favole non spiegano neanche il funzionamento di un profilo piano — abbiamo visto in sezione 3.10.1 che anche una porta si comporta in maniera analoga ai profili alari.
2. L’effetto Coanda non spiega perché ci sia un ritorno di flusso in controcorrente sul bordo d’attacco dell’ala. In figura 18.2 deve esistere un punto di ristagno sulla superficie superiore del foglio in prossimità del punto C. Questo è totalmente diverso dal caso di un’ala reale, caso in cui il punto di ristagno è normalmente situato al di sotto del bordo d’attacco. Il riflusso è importante perché oltre a creare della portanza, crea un contributo negativo di resistenza indotta. Un’ulteriore conseguenza è che queste favole "Coandiane" non potranno mai spiegare il funzionamento degli avvisatori di stallo, come discusso in sezione 3.5.
3. Come già detto, per ottenere un aumento della adesione del flusso al profilo tramite lo strato limito turbolento, è necessario un getto d’aria ad alta velocità, non presente in un ala convenzionale.
4. A volte queste favole dicono che il flusso "aderisce" al profilo a causa della viscosità. Se così fosse, una modifica della viscosità dovrebbe portare ad una variazione proporzionale della portanza di un dato profilo. Nella realtà però la portanza prodotta da un’ala non è correlata alla viscosità del fluido. Inoltre, molti processi alla base dell’effetto Coanda richiedono la creazione di turbolenza, quindi funzionano se la viscosità è sufficientemente bassa. nota240¹⁰
5. L’effetto Coanda è ottenuto fornendo un flusso d’aria ad alta energia al di sopra del profilo alare. Un’ala invece è incredibilmente capace di creare un flusso ad alta velocità sul suo profilo superiore, senza ugelli o pompe, cioè senza trasferire energia all’aria. nota241¹¹
6. Le favole generalmente trascurano il fatto che l’ala acceleri il flusso d’aria quando nei suoi paraggi, assumendo che il vento relativo incontri l’ala alla velocità del flusso e segua la curvatura del profilo in modo analogo a quello dell’effetto Coanda. Così facendo, compiono un errore di valutazione del gradiente di pressione, che risulterà anche dieci volte più garnde del reale.
7. Infine, nell’effetto Coanda sappiamo quanto grande sia il getto d’aria. Le sue dimensioni iniziali sono data dall’ugello. La quantità di mescolamento dipenderà dalla velocità del getto, dell’aria ambiente, dalla curvatura del profilo e da altre quantità note. Conoscere l’effetto Coanda contribuisce in piccola parte alla comprensione della dinamica di un’ala di figura 18.3. Al contrario, le favolette (a) tipicamente spiegano il complesso dei flussi attorno ad un’ala menzionano le parole magiche "effetto Coanda", (b) non possono spiegare quanto grossa sia la porzione d’aria deviata dall’ala.

18.4.5   Sommario

Non permettete a nessuno di dire che cucchiaini o foglietti possano essere un buon modello di funzionamento di un’ala.

Se volete avere la sensazione di cosa possa creare portanza, i sistemi più ovvi sono sempre i migliori. Questi includono modelli di profili alari, ma anche un pezzo di cartone messo di fronte ad un ventilatore, o fuori del finestrino di un’auto in movimento.

18.5   Entrata in vite

Caso 1: Durante il volo normale, i movimenti di rollio sono fortemente smorzati, come discusso in sezione 5.4. Anche se la stabilità al rollio fosse piccola o addirittura negativa, non è possibile ottenere una velocità di rollio elevata senza una forza esterna. Quando questa forza esterna sparisce, la velocità di rollio diminuisce.

Caso 2: Il prossimità dell’angolo di attacco critico, lo smorzamento al rollio sparisce. Supponendo di iniziare un movimento di rollio verso destra, questo continuerà. L’ala destra sarà in stallo (cioè oltre l’angolo d’attacco critico) mentre l’ala sinistra non sarà in stallo.

Caso 3: Ad un angolo d’attacco sufficientemente elevato (comunque maggiore dell’angolo d’attacco critico), il rollio non solo continuerà, ma addirittura accelererà. Questo è un esempio di "divergenza", fenomeno alla base degli "snap roll" e delle viti. Il moto rotativo non smorzato che ne consegue viene chiamato autorotazione.

Superato un dato angolo d’attacco, gli alettoni perdono efficacia fino addirittura a funzionare al contrario note245¹⁵. Figura 18.4 mostra come questa inversione possa succedere. Supponiamo di rollare a sinistra. L’angolo d’attacco dell’ala destra aumenterà, mentre quello dell’ala sinistra diminuirà. L’aumento di portanza dell’ala destra e la diminuzione di portanza dell’ala sinistra generano il movimento di rollio verso sinistra. Ma in prossimità dell’angolo d’attacco critico, come mostrato in figura, una variazione dell’angolo d’attacco non porta a variazioni del coefficiente di portanza , quindi non si crea alcun movimento di rollio (almeno per ora).

Figura 18.4: Portanza e resistenza in autorotazione

1. Supponendo che l’aereo sia in una scivolata verso sinistra, cioè che sia mantenuto premuto il pedale destro. La combinazione di scivolata/rollio (come già discusso in sezione 9.1 e sezione 9.2) porterà ad una vite destra.
2. Supponendo che l’aereo non sia in scivolata, ma che improvvisamente si crei un’imbardata destra. L’ala sinistra avrà una velocità istantanea superiore all’ala destra. Questa differenza in velocità porterà ad una differenza in portanza, con conseguente vite a destra. L’imbardata iniziale potrebbe essere la conseguenza di un’improvviso colpo di timone, o di una imbardata inversa, o qualunque altra. Nella porzione destra di figura 18.4, l’utilizzo degli alettoni ha un tremendo effetto sulla resistenza. Ciò significa che alettoni a sinistra portano una imbardata a destra che a sua volta provoca un rollio a destra, direzione opposta a quella imposta agli alettoni.

18.6   Tipi di vite

18.6.1   I diversi tipi di vite

Il termine "vite" può essere utilizzato in diversi modi, come descritto in seguito. La famiglia include:

• "autorotazione", cioè l’innesco di un rollio non smorzato;
• vite incipiente — una vite appena iniziata;
• vite, che può essere
• • vite verticale
  • vite orizzontale o piana.

Figura 18.5 mostra un aeroplano in vite. La direzione di volo ha due componenti: una verticale (verso il basso, parallela all’asse della vite) ed una componente orizzontale (in avanti ed in tondo).

Figura 18.5: Aereo in vite

Figura 18.6: Vite verticale — Geometrie

Figura 18.7: Vite verticale— Coefficiente di portanza

Figura 18.8: Vite orizzontale o piana — Geometrie

Figura 18.9: Vite orizzontale o piana — Coefficiente di portanza

Figura 18.10: Vite orizzontale doppiamente stallata — Coefficiente di portanza

18.6.2   Viti verticali, orizzontali e forza centrifuga

I semi di acero sono un esempio di vite verticale particolarmente utile e molto comune.

Questi semi hanno una sola ala, con il seme posto ad una estremità. Il loro modo di volare è analogo a quello di un aereo in una vite orizzontale. In un aereo, l’ala interna è completamente stallata, mentre nel seme d’acero l’ala interna manca del tutto.

In un aereo non in vite, se un’ala producesse più portanza dell’altra, la prima salirebbe. Quindi la domanda è: perché una vite orizzontale è stabile? Perché l’ala esterna non porta l’aereo a rollare? Il segreto è nella forza centrifuga. nota246¹⁶ Supponiamo di prendere un manico di scopa da un’estremità e di iniziare a rotare. Il manico di scopa verrà centrifugato verso l’esterno assumendo un assetto orizzontale.

Nel caso di un aereo in rotazione attorno al suo asse verticale, l’ala alta ed esterna verrà centrifugata verso l’esterno e verso il basso mentre l’ala bassa ed interna verrà centrifugata verso l’esterno e verso l’alto. In una vite orizzontale, queste forze centrifughe annullano la tendenza al rollio risultante dal fatto che un’ala produce più portanza dell’altra. Questo è solo un esempio di una condizione di volo stazionaria in cui un’ala produca più portanza dell’altra.

Come discusso in riferimento 6, un aereo con molta massa nelle ali avrà una forza centrifuga maggiore di quella di un aereo con tutta la massa concentrata in prossimità dell’asse longitudinale della fusoliera. In particolare, un aereo con un solo pilota e tanto carburante nei serbatoi alari potrebbe avere un comportamento in vite completamente diverso da quello dello stesso aereo con due piloti e poco carburante a bordo.

18.6.3   Studi delle viti fatti in NASA

Negli anni ‘70, la NASA ha compiuto una serie di esperimenti sul comportamento in vite degli aerei di aviazione civile; vedi riferimento 8 e riferimento 7 e le altre pubblicazioni in queste menzionate. Fu osservata una "notevole confusione" sulla definizione di vite verticale ed orizzontale, e fu suggerita la classificazione mostrata in tabella 18.1.

L’angolo d’attacco menzionato in tabella è misurato rispetto all’asse di simmetria dell’aereo; l’angolo d’attacco effettivo in altre posizioni lungo l’ala dipenderà dalla posizione stessa.

I test compiuti dalla NASA hanno dimostrato che gli aerei non verificati ed approvati per le viti volontarie soffrono di entrata in vite orizzontale non ricuperabile.

18.6.4   Cambiamento dell’asse di vite

In tutti i casi studiati dalla NASA, la vite orizzontale manifestava una maggiore velocità di rotazione (ed una minore velocità di discesa) rispetto alla vite verticale. Nel contempo, riferimento 15 relaziona alcuni esperimenti nei quali assetti piani erano associati a basse velocità di rotazione. Questo non è in contraddizione con quanto detto prima, perché si considerava una vite non stazionaria (con cambiamento dell’assetto del velivolo). Una variazione improvvisa che porti ad un assetto più piano porterà ad una riduzione temporanea della velocità di rotazione, per i seguenti motivi.

In qualunque sistema in cui il momento angolare resti costante, la velocità di rotazione aumenterà quando la massa viene avvicinata all’asse di rotazione. Il principio fondamentale è trattato in sezione 19.8>. Analogamente, se la massa di un oggetto rotante viene allontanata dall’asse di rotazione, la velocità di rotazione diminuirà.

Quando un aereo in vite si porta ad un assetto più orizzontale, le masse del suo muso e della sua coda si allontaneranno dall’asse di rotazione. Essendo il momento angolare costante, la velocità di rotazione diminuirà momentaneamente.

Nel tempo — in una vite piana stazionaria — l’aerodinamica della vite porterà nuovo momento angolare nel sistema, e la velocità di rotazione aumenterà considerevolmente. La velocità di rotazione della vite piana è tipicamente doppia di quella della vite verticale.

Fuoriuscire da una vite piana richiede il forzare l’assetto del muso a picchiare. Ciò porta le masse di muso e coda ad avvicinarsi all’asse di rotazione. Di conseguenza, sempre per il principio di conservazione del momento angolare, la velocità di rotazione aumenterà — il che potrebbe apparire sconcertante.

18.7   Fuoriuscita da una vite

Se ci dovessimo trovare in una insolita virata, in discesa, la prima cosa da fare è decidere se ci troviamo in una discesa in spirale o in vite. In una discesa in spirale, la velocità sarà elevata ed in aumento; in una vite la velocità sarà bassa. Dovremmo essere capaci di sentire la differenza. Inoltre, la velocità di rotazione in una spirale è molto più bassa; in una vite, la velocità di rotazione dell’aereo sarà nell’ordine dei duecento gradi al secondo.

Per uscire da una vite, nota247¹⁷ seguite la procedura di recupero dalla vite fornita dal Manuale di Pilotaggio del vostro aereo. La bibliografia è piena di procedure di recupero dalla vite "fatte in casa" che probabilmente funzionerebbero la gran parte delle volte sulla gran parte degli aerei, ma se volete una procedura che funzioni per certo, seguite quella del Manuale di Volo del vostro aeroplano.

Tipicamente, la procedura di recupero dalla vite contiene i seguenti passi:

• Portare la manetta al minimo
• Ritirare i flaps
• Barra al centro
• Tutto timone in direzione opposta alla vite
• Barra ad ottenere un angolo di attacco nullo.

Adesso discutiamo nel dettaglio ognuno di questi passi.

Portare la manetta al minimo è un’idea moderatamente positiva per un paio di motivi. Primo, evita fuorigiri del motore nelle fasi seguenti del recupero. Secondo, e principalmente, l’effetto giroscopico del motore e dell’elica in rotazione potrebbero mantenere il muso alto, rendendo la vite orizzontale e interferendo con il processo di recupero (a seconda della direzione della vite).

Il flusso dell’elica potrebbe aumentare l’efficacia del timone di coda e quindi aiutare il recupero della vite, ma (specialmente in una vite piana) questo flusso potrebbe essere spinto altrove dall’anomalo flusso dell’aria — quindi è meglio non fare affidamento su questo.

Ritirare i flaps è una idea moderatamente positiva per evitare di danneggiare i flaps nel caso in cui dovessimo superare la "velocità massima consentita con i flaps estesi" nei passi successivi.

Ritirare i flaps potrebbe anche contribuire al recupero dalla vite. Ricordando quanto visto in sezione 5.4.3, i flaps aumentano lo svergolamento delle ali. Lo svergolamento fa in modo che l’aereo stalli prima di perdere il controllo del rollio, risultando un classico stallo in volo rettilineo.

Mettere la barra al centro è normalmente una buona idea perché non ci sarebbe niente di meglio da fare: un movimento degli alettoni porterebbe ad una differenziazione dell’angolo d’attacco di un’ala rispetto all’altra. In una vite, la zona d’ala in cui si trovano gli alettoni potrebbe (o no) essere stallata — quindi barra da un lato potrebbe (o no) portare anche ad un rollio inverso.

Usare la pedaliera per contrastare la vite è ovviamente una operazione benefica.

Infine, è positivo l’usare la barra per ottenere un angolo di incidenza nullo. In aerei scuola, ciò significa portare la barra tutto avanti, mentre in altri aerei, in particolar modo in quelli acrobatici, portare la barra tutta in avanti conseguirebbe in un angolo d’attacco fortemente negativo. Questo porterebbe la vite a diventare una vite inversa — situazione decisamente peggiore. Questo è un esempio del motivo per cui è bene seguire le istruzioni di recupero dalla vite specifiche dell’aereo.

L’efficacia del timone rispetto a quella degli alettoni nella fuoriuscita dalla vite dipende radicalmente dal progetto dell’aereo, dalla distribuzione dei pesi edal tipo di vite, come discusso in riferimento 6.

In volo normale, è buona norma azionare i comandi con dolcezza. L’uscita dalla vite è l’eccezione a questa regola: sono necessari rapidi movimenti dei controlli, senza alcun riguardo delle pressioni che ne conseguono.

Se si entrasse in vite in condizioni di volo strumentale, si deve fare affidamento principalmente sull’anemometro e sul girometro. La pallina dell’inclinometro non è affidabile: essa verrà centrifugata — fornendo un’indicazione che dipende da dove lo strumento è installato, non dalla direzione della vite. L’orizzonte artificiale (indicatore di assetto) non è affidabile perché potrebbe essere centrifugato. Il girometro è più credibile, perché a differenza del giroscopio non è sospeso su snodi che potrebbero bloccarsi.

Uscire da una vite incipiente (cioè appena iniziata) è più facile che da una vite ben avviata. Le specifiche per la certificazione di aerei monomotore convenzionali note248¹⁸ richiedono che l’aereo sia capace di fuoriuscire da una vite di un giro (o comunque una vite di massimo 3 secondi) in non più di un ulteriore giro. Se la vite prosegue per più a lungo, si potrebbe passare da una vite verticale ad una vite piana. Uscire dalla vite potrà richiedere più tempo — sempre ammesso che sia possibile.

Se un aereo viene caricato oltre il limite AFT dell’inviluppo della distribuzione dei pesi, anche una vite incipiente può diventare irrecuperabile; vedi sezione 6.1.1. Riparazioni delle ali non eseguite correttamente, o giochi eccessivi dei cavi dei comandi, possono a loro volta rendere impossibile la fuoriuscita dalla vite.

Per finire, la vite è un altro motivo per cui NON è sicuro pensare alla barra semplicemente come un controllo di assetto note249¹⁹ . Durante una vite, si ha una bassa velocità ad un’alta velocità discendente. Considerando la barra come uno strumento di regolazione dell’assetto, potremmo essere portati a tirarla, azione estremamente sbagliata e pericolosa. Al contrario, considerando la barra come (primariamente) lo strumento di regolazione della velocità, ci renderemo conto che è necessario spingerla in avanti, per risolvere il problema di mancanza di velocità.

18.8   Non scherzare con le viti

E’ impressionante quanto sia efficace la discesa di un seme di acero. La loro discesa è molto più lenta di quella che si avrebbe con un paracadute di dimensioni e peso analoghi. Le viti orizzontali sono estremamente stabili. Questo è il motivo per cui le viti (specialmente quelle piane) sono estremamente pericolose: è necessaria una notevole forza da parte del timone per convincere l’ala ad interrompere la rotazione.

Il fenomeno della vite è estremamente complesso. Anche i progettisti e i piloti collaudatori più esperti vengono sempre sorpresi dal comportamento in vite degli aeroplani. I prototipi per le prove di entrata in vite vengono equipaggiati con paracadute balistici e portiere adatte ad una veloce fuoriuscita del pilota per paracadutarsi. Le prove vengono effettuate ad alta quota e sopra aree disabitate. Quindi, per favore non effettuate alcuna prova di vite se non approvata dal costruttore — una vite non ricuperabile è sufficiente a rovinare una giornata di volo!

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Un sistema ancora più diretto per aggiungere energia allo strato limite utilizza un getto d’aria ad alta velocità, come discusso in sezione 18.4.2.

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I vorticatori contribuiscono indirettamente al mantenimento del BOUND VORTEX, dato che contribuiscono a mantenere il flusso attaccato al profilo, quindi aiutano a creare la circolazione attorno all’ala.

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Vedi riferimento 17 per una descrizione della pallina da golf, cricket e dello strato limite.

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E’ possibile soffiare direttamente, ma sarebbe meglio usare un tubo flessibile in modo da poter capire meglio il fenomeno. Utilizzando un ugello, il flusso avrà una forma più costante.

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La pressione non sarà esattamente quella atmosferica, dato che localmente la pressione viene modificata dall’ala.

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Ricorda, la portanza è la forza perpendicolare al flusso e perpendicolare alla superficie.

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Infatti ,se la viscosità non è nulla, ad una minore viscosità corrisponde una turbolenza più alta.

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Naturalmente, una parte di energia viene trasformata in resistenza di forma e resistenza indotta. Ma questa parte è molto piccola, estremamente inferiore all’energia trasformata dalle particelle d’aria da energia di velocità ad energia di pressione e viceversa.

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Oggi, le specifiche di certificazione richiedono che gli alettoni funzionino normalmente almeno fino all’angolo d’attacco critico. Comunque, alcuni aerei sono stati progettati secondo vecchie regolamentazioni. Questi aerei, compresi vari aerei acrobatici, hanno molto meno svergolamento, e quindi gli alettoni perdono efficacia molto prima. Per semplificare, questa sezione ignora lo svergolamento.

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Vedi sezione 19.4 per una descrizione dei campi centrifughi.

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La fuoriuscita da una vite verticale è discussa in sezione 6.2.4.

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Gli aerei plurimotore non hanno specifiche di recupero da alcun tipo di vite, incipiente o non.

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Questo punto è discusso in capitolo 7.

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