Scarica pdf - Aero Club Savona
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Prestazioni e Pianificazioni Maurizio Pizzamiglio 96° Corso Piloti INDICE • • • • • Volare per assetti Decollo e atterraggio Centraggio Diagramma di manovra Stati di pericolosità ed emergenza 2 Psicologia del volo • Rapporto uomo-macchina • Rapporto uomo-ambiente: a) equilibrio uomo-macchina b) equilibrio macchina-ambiente c) equilibrio uomo-ambiente • Situazioni di potenziale rischio: conoscere/prevenire/controllare 3 Domande • • • • • • • • • • • • • • • Cos’è la Portanza? Cos’è il Downwash? Perché è importante l’allungamento alare λ ? Cos’è la Resistenza Indotta? Cos’è lo Strato Limite? Cos’è il numero di Reynolds ? Cos’è la Polare? Quali sono le velocità caratteristiche di un velivolo nell’inviluppo di volo? Quali sono le differenze tra Prestazioni e Qualità di volo ? Cos’è la quota di tangenza? Si può tracciare salita rapida e ripida sul grafico Vz? Cos’è la stabilità statica e dinamica? Perché usiamo il trim? Cosa vuol dire comandi bloccati o liberi? Cosa vuol dire Potenza Necessaria e Potenza Disponibile? 4 Portanza 5 Portanza 6 Portanza 1/2ρV²+ρgh+p= cost. Equazione di Bernoulli 7 Resistenza Indotta Lo scopo della fluidodinamica consiste proprio nello studio dei campi di moto. In particolare si vuole proprio conoscere che relazione esiste tra il campo di moto (velocità nello spazio) e la forma del corpo. 8 Resistenza Indotta Velocità sul dorso e sul ventre ,al bordo d’uscita devono essere uguali. Questa è la condizione di Kutta. Il teorema di Kutta Jokowski si traduce in una semplice formula: L = ρV∞Γb Dove ρ è la densità dell’aria, V∞ è la velocità asintotica (uniforme), b è l’apertura alare. Essa vuole dire semplicemente che la portanza è proporzionale alla “circolazione” Γ . 9 Resistenza Indotta 10 Resistenza Indotta 11 Resistenza Indotta I due teoremi di Helmotz hanno una enorme importanza per il fatto che danno un’idea più precisa dei tubi vorticosi, fornendoci alcune proprietà particolari degli stessi. Il primo teorema si enuncia pressappoco così: L’intensità di un tubo vorticoso è costante lungo il suo asse: Con questa affermazione si attesta di fatto che il tubo vorticoso non può essere finito, esso o è infinito o si chiude su se stesso. Il secondo teorema di Helmotz dice più o meno questo: La circolazione intorno ad un tubo vorticoso è la stessa in ogni sezione trasversale. Questa affermazione che sembra ripetere quanto detto nel primo teorema vuole di fatto evidenziare un’altra proprietà particolare dei vortici: quella di potersi dividere e riunirsi. Tale proprietà viene quindi utilizzata nel modello più raffinato della “superficie portante” che considera l’ala come una generatrice di vortici, i quali non si staccano tutti all’estremità dell’ala, ma man mano che la portanza si riduce a partire dalla mezzeria dell’ala stessa fino alle estremità, dove ovviamente la portanza non può che essere nulla. 12 Resistenza Indotta Dal modello di Prandtl del vortice a staffa e poi dal modello della superficie portante scaturisce che la forma dei tubi vorticosi che si instaurano sull’ala finita conduce a conseguenze non certo vantaggiose per il volo. La principale conseguenza è la nascita di una forma di resistenza che viene chiamata resistenza indotta, perché indotta dai vortici liberi. La comparsa di questa forma di resistenza si può facilmente spiegare con la seguente considerazione. I due vortici liberi che si staccano dalle due estremità alari inducono (producono) una velocità verticale sul flusso d’aria asintotico, tale da deviarlo verso il basso.. In tal modo la velocità effettiva con cui il flusso investe l’ala è leggermente deviata verso il basso rispetto al moto reale del velivolo. La portanza effettiva prodotta è di conseguenza anch’essa deviata di un certo angolo all’indietro. 13 Resistenza Indotta 14 Strato Limite 15 Strato Limite 16 Strato Limite 17 Strato Limite 18 Strato Limite 19 Polare Cp α = angolo di max eff. α Cr Il vettore dall’ origine identifica sempre Cp &Cr 20 Prestazioni vs Qualità di volo • Le prestazioni sono la primaria considerazione durante la vendita di un velivolo.Si basano su principi standard di sicurezza come la salita,il decollo, etc. • Le qualità di volo assicurano che il velivolo certificato, possa essere volato senza eccezionali skill , e sforzi. 21 Assi del velivolo Asse di rollio X Asse di beccheggio Y Asse di imbardata Z 22 LE PRESTAZIONI DELL’AEREO CONCETTI DI EQUILIBRIO E STABILITA’ Il concetto di EQUILIBRIO dell’aereo in volo implica la considerazione di tutte le forze e di tutti i momenti ad esso applicati. F=0 La condizione di equilibrio alla traslazione richiede che la sommatoria di tutte le forze F sia nulla M=0 La condizione di equilibrio alla rotazione richiede che la sommatoria di tutti i momenti M rispetto a qualsiasi asse, comunque orientato e passante per qualsiasi punto, sia nulla. 23 Legge di inerzia • La prima legge di Newton dice : “ Un corpo a riposo tende a rimanere nelle stesse condizioni ,così come un corpo in movimento tende a rimanere in movimento, se non viene disturbato da un’altra forza “ (∑F=0 ;∑M=0) 24 Legge di accelerazione • La seconda legge di Newton dice : “ L’accelerazione è direttamente proporzionale alla forza, ed inversamente proporzionale alla massa,ed ha la direzione della forza “ (F = m a) 25 Legge di azione/reazione • La terza legge di Newton dice che: “ Per ogni azione, esiste una reazione uguale ed opposta “ 26 Forze agenti sull’ala 27 Angoli caratteristici Portanza Forza aerodinamica M Resistenza Incidenza Fuoco Centro di pressione Aeroclub Savona FORZE AGENTI SULL’ALA IL MOMENTO AERODINAMICO F = 0° F L’inviluppo delle rette d’azione della forza risultante aerodinamica prende il nome di curva metacentrica F Per positivi è molto simile ad una parabola il cui fuoco si dice fuoco dell’ala F Il momento M della forza risultante aerodinamica F rispetto al fuoco rimane costante al variare dell’angolo d’attacco. = 12° 30 fuoco = 12° 9° 4° 0° F curva metacentrica Il fuoco si trova sempre al 25% della corda alare. Il punto di pressione ove è applicata la forza varia la sua posizione in funzione dell’angolo di attacco e del profilo. Generalizzando: bassi 4050% della corda alti 2728% della corda Il momento M della forza aerodinamica risultante, rispetto al fuoco dell’ala, è sempre un momento picchiante. 31 LE PRESTAZIONI DELL’AEREO L’EQUILIBRIO ALLA ROTAZIONE Le forze applicate al velivolo sono: • portanza P dell’ala • portanza l dei piani di coda • resistenza R Considerate passanti per il baricentro del velivolo • peso Q • spinta motore T A) CG anteriore al centro C di pressione dell’ala P CG Q l X x P-l-Q=0 eq. traslazione P·X-l·x=0 eq. rotazione attorno a CG Per soddisfare le equazioni di equilibrio il piano di coda deve essere deportante 32 LE PRESTAZIONI DELL’AEREO B) CG posteriore al centro C di pressione dell’ala P CG l Q X x P+l-Q=0 eq. traslazione P·X-l·x=0 eq. rotazione attorno a CG Per soddisfare le equazioni di equilibrio il piano di coda deve essere portante La posizione del baricentro varia in continuazione durante il volo a causa del consumo di carburante o per il variare del peso del carico (in seguito a sganciamenti di serbatoi, lancio di armi, ecc.…) Un arretramento del baricentro durante il volo, a parità di posizione della manetta, causa un progressivo aumento dell’incidenza ed un progressivo aumento della quota. Per ovviare a tutto questo il pilota può agire sul trim: in questo modo l’angolo d’attacco diminuisce e di conseguenza la velocità aumenta (per la diminuzione della resistenza): pertanto il pilota deve anche agire sulla manetta diminuendo la spinta per mantenere costante la velocità. 33 Qualità di volo Le qualità di volo assicurano che il velivolo certificato, possa essere volato senza eccezionali skill , e sforzi. 34 MOMENTI APPLICATI AL VELIVOLO Asse di rollio X + L +M Asse di beccheggio Y L momento di rollio M momento di beccheggio N momento di imbardata + N Asse di imbardata Z 35 Stabilità-Controllabilità-Manovrabilità • Stabilità è la possibilità, quindi la qualita’ di ritornare ad una prefissata condizione di equilibrio. • Controllabilità è la possibilità di determinare una condizione di equilibrio • Manovrabilità è la possibilità di mantenere una condizione di equilibrio,quindi la facilità con la quale l’aereo si può muovere attorno agli assi. 36 CONCETTI DI EQUILIBRIO E STABILITA’ P CG Q l X P-l-Q=0 eq. traslazione P·X-l·x=0 eq. rotazione attorno a CG x Disturbo Equilibrio Equilibrio Equilibrio Stabile Instabile Indifferente CONCETTI DI EQUILIBRIO E STABILITA’ Si comprende facilmente come sia fondamentale che il velivolo debba sempre trovarsi nello spirito del primo caso, perché il suo volo sia confortevole e soprattutto sicuro. Infatti il velivolo, se perturbato, non solo deve reagire in modo da annullare la perturbazione (stabilità statica), ma ciò deve realizzarsi attraverso un moto oscillatorio rapidamente smorzato (stabilità dinamica). E’ necessario precisare che la stabilità, statica o dinamica, deve intendersi non associata ad alcun intervento del pilota, cioè è una qualità che il velivolo deve possedere intrinsecamente, sia a comandi liberi (superfici di governo libere di muoversi intorno alle proprie cerniere) che a comandi bloccati (superfici di governo fisse in una posizione). In altre parole il velivolo dove essere in grado di continuare in sicurezza il volo anche se viene abbandonato a se stesso. In pratica ciò non avviene in quanto il velivolo oltre che stabile deve essere anche manovrabile con una certa facilità o maneggevole. 38 Tecniche di volo • • • • • • Volo per assetti Volo orizzontale Decollo e atterraggio Centraggio Diagramma di Volo Stati di pericolosità 39 Volare per assetti • Volare per assetti significa gestire le tre grandezze : assetto, potenza e velocità • Volare per assetti significa controllare la posizione del muso del velivolo sempre guardando all’esterno • Ricordarsi sempre della regola A,P,T ( Attitude, Power,Trim) 40 Strumenti 41 Strumenti Controllo pitch Controllo bank Controllo power 42 Strumenti • Strumenti primari • Strumenti secondari • Esempio: In VORU sagoma aereo sull’orizzonte, gli strumenti primari del pitch, del bank e della potenza diventano: altimetro,direzionale,anemometro 43 Strumenti ( EFIS) Strumenti ( EFIS) Poiché questa avionica può essere programmata nelle varie sinottiche, il consiglio è di preparare a terra lo scenario e pianificare in dettaglio il volo. 45 Grazie per l’attenzione 46
