Il volo di un aereo è difficile da concepire. Si vedono oggetti da decine di tonnellate o più che si staccano da terra dopo aver preso un po’ di velocità.
In più riescono a raggiungere velocità elevatissime. Alcuni sono in grado di farci fare 10 000 chilometri in meno di 12 ore, ossia una velocità media superiore agli 800 chilometri orari!
Eppure volano sopra la nostra testa i mezzi di trasporto più sicuri in assoluto.
Il volo di un aereo è possibile grazie alla portanza. Come già descritto in un altro articolo, la portanza è la componente della forza aerodinamica che si genera su superfici aerodinamiche. Un aereo, piccolo o grande che sia, sfrutta un’ala, ossia 2 semi ali. Diversamente come si pensa un’ aereo ha un’unica ala salvo che non sia un biplano, triplano, eccetera.
Indipendentemente dal numero di ali, questo tipo di velivolo è definito come aerodina ad ala fissa. Aerodina perché sfrutta la portanza per sostentarsi, ad ala fissa perché è solidale con la fusoliera. Diversamente sarebbe definita aerodina ad ala rotante come un elicottero o un quadricottero.
Il volo di un aereo come funziona?
La configurazione più semplice di un aereo è di avere due semi-ali che generano una forza verso l’alto, due superfici in coda che generano una forza verso il base (quasi sempre) e un timone verticale sempre in coda.
Il volo di un aereo quindi è consentito solo da due semi ali ed in fatti queste spesso hanno una lunghezza da punta a punta simile alla lunghezza della fusoliera.
In precedenza non è stata citata la fusoliera, ossia dove stanno i piloti ed eventuali passeggeri o oggetti. La fusoliera solitamente è neutra, non genera né portanza né deportanza anche se spesso la si vuole portante ma per ragioni legate alla facilità di staccarsi da terra la parte posteriore è molto inclinata verso l’alto e non permette sempre ciò.
In questa configurazione più semplice si hanno i piani di coda sempre deportanti in posizione neutra così che il si abbia un controllo migliore del beccheggio, ossia il movimento del muso in verticale (su e giù). Per questioni legate all’aerodinamica di un profilo alare portante (come le semi ali) e per la distribuzione voluta dei pesi, in assenza dei piani di coda l’aereo tenderebbe a picchiare. Con i piani di coda si stabilizza il comportamento.
Infine, non per importanza, è presente il piano di coda verticale che permette un controllo dell’imbardata per correggere l’assetto in fase di virata o di vento traverso.
Pilotaggio
Sia che si parli un aereo con configurazione tradizionale o più complessa, i comandi sono sempre gli stessi: volantino o barra di comando, pedaliera e manetta.
Il volantino o la barra di comando (in alcuni casi ci può essere un joystick) permettono il controllo del rollio, inclinazione a destra e sinistra del comando con rispettivo comportamento dell’aereo, e del beccheggio, inclinazione avanti e indietro con rispettiva picchiata e cabrata.
Per far avvenire ciò si usano gli alettoni. Non sono altro che superfici mobili presenti verso l’estremità delle ali nella parte posteriore. Per inclinazioni verso destra l’alettone destro sale e quello sinistro scende e viceversa. Non si muovono mai allo stesso modo
Mentre per controllare il beccheggio si usano le superfici di coda orizzontali, o parti di esse. Quando si inclinano verso il basso si picchia, verso il basso si cabra.
La pedaliera è usata per controllare la superficie mobile del piano di coda verticale. Quando si preme un pedale l’altro sale. Premendo il pedale di destra la superficie si inclinerà verso destra generando un’imbardata con muso verso destra, caso opposto con il pedale sinistro.
In molto aerei, specialmente i più semplici, hanno anche il controllo dei freni delle ruote nella pedaliera. Quando si fa scorrere il pedale avanti e indietro si aziona il timone verticale, quando lo si preme come in automobile si frenano le ruote.
Infine la manetta comanda la potenza richiesta. Essa è un leva posta al centro dell’abitacolo che se spinta in avanti, fa aumentare la potenza disponibile. Questa è usata in modo più o meno frequente in base agli automatismi dell’aereo. Tutti gli aerei però avranno sempre manetta al 100% in fase di decollo.
Affinché non ci siano continue correzioni da parte del pilota per controllare l’aeromobile quando è in fase di crociera, sono presenti altre superfici mobili che rispecchiano il funzionamento di quelle già citate detti trim. Con piccoli aggiustamenti l’aero tenderà a mantenere quell’assetto in autonomia salvo un cambiamento delle condizioni esterne.
Progettazione di un aereo
Come fatto con il pilotaggio si riportano solo le basi e le informazioni più comuni tra gli aerei a configurazione standard.
Quindi avremo due semi ali, un piano di coda orizzontale e uno verticale.
Si inizia sempre dal tipo di utilizzo del velivolo. Quindi le sue dimensioni e ma soprattutto il suo peso massimo.
Per questioni legate alla semplicità di pilotaggio, il baricentro sarà sempre davanti al punto di applicazione della portanza, questo porterà l’aereo sempre a picchiare.
Ora è possibile pensare alle due semi ali che dovranno generare più portanza del peso massimo del velivolo. Quanta di più dipende da tanti fattori complessi come la forma delle ali, della fusoliera, dei piani di coda, delle prestazioni, eccetera.
Stabilite più o meno le semi ali si guarda ai piani coda orizzontali che dovranno compensare il momento picchiante che l’aereo avrebbe naturalmente. Questo momento picchiante lo si vuole annullare nelle fasi di crociera, ossia quando si viaggia ad alta quota a velocità costante. Quindi in base alla velocità che si stima l’aereo abbia si fanno i conti.
Una formula molto semplice per conoscere la portanza è la seguente:
La formula può sembrare molto semplice, ma dietro ci sono calcoli complessi, in particolare relativamente al coefficiente di portanza (Cp). Se ne parla un po’ di più qui.
Infine si guarda al timone verticale che dovrà essere sufficientemente grande per permettere all’aeromobile di non avere imbardate involontarie in seguito alle manovre e avere una buona direzionalità. Non potrà nemmeno essere troppo grande altrimenti sarebbe un eccesso di peso inutile oltre che generare una grande quantità di resistenza aerodinamica.
Impieghi
Gli impieghi più noti sono quelli per il trasporto di persone e cose, sia commerciali che privati.
Poi ci sono gli aerei militari per la difesa di tutte le dimensioni e spesso ci si dimentica di quelli anti-incendio.
I più noti sono di una società acquisita da altri nota come Canadair. Questi sono considerati mezzi anfibi. Sono in grado di volare con parte della fusoliera in acqua così da imbarcarne e gettarla sugli incendi. Anche se sembrano molto semplici, da un punto di vista tecnico sono abbastanza complessi.
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Lavoro con la plastica, appassionato di aerodinamica e stampo in 3D.
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