C. Umidita
Slide 41 - Effetto dell'umidita sulla densita
L'UMIDITA influisce sulla potenza sviluppata dal motore piu che sulla efficienza aerodinamica.
All'aumentare della umidita diminuisce la densita.
L'umidita e fortemente influenzata dalla temperatura: a 35,5 °C, il vapore acqueo contenuto nell'aria puo essere di otto volte maggiore di quello possibile a 5,5 °C.
Slide 42 - Massa dell'aria umida vs aria secca
Se consideriamo un volume di aria umida, esso conterra, per la Legge di Avogadro, lo stesso numero di molecole del medesimo volume di aria secca.
Ma la molecola di acqua ha massa molecolare inferiore (18 u.m.a.) rispetto alla massa molecolare dell'aria secca (circa 29 u.m.a.).
Quindi nell'aria umida le molecole di acqua (di massa inferiore) sostituiscono le molecole di aria secca (di massa maggiore).
Il numero di molecole nei due casi e pero lo stesso, per cui ne consegue che la massa totale di un certo volume di aria umida e inferiore alla massa totale contenuta nello stesso volume di aria secca.
Perche l'aria umida e meno densa? (Legge di Avogadro)
Slide 43 - La Legge di Avogadro spiega il fenomeno
Il fatto che la densita dell'aria si riduca al crescere del contenuto di vapore acqueo (umidita) e forse un concetto controintuitivo.
La spiegazione deriva dalla Legge di Avogadro: a pressione e temperatura costanti, volumi identici di gas differenti contengono lo stesso numero di particelle (molecole).
| Gas | Massa Molecolare | Densita |
|---|
| Aria secca | ~29 u.m.a. | Maggiore |
| Vapore acqueo (H2O) | 18 u.m.a. | Minore |
Quindi nell'aria umida le molecole di acqua (di massa inferiore) sostituiscono le molecole di aria secca (di massa maggiore).
Il numero di molecole nei due casi e lo stesso, ma la massa totale di un certo volume di aria umida e inferiore alla massa totale contenuta nello stesso volume di aria secca.
Slide 44 - Effetti dell'umidita sulle prestazioni
ATTENZIONE! Quindi l'alta umidita fa diminuire la densita dell'aria e di conseguenza diminuisce il rendimento del motore e, nei casi di potenza richiesta (decollo e salita), possono sorgere problemi.
La diminuzione di rendimento si traduce quindi in penalizzazioni della corsa di decollo (anche il 10-11% in piu) e rateo di salita ridotto.
Risulta molto utile l'utilizzo del NOMOGRAMMA DI KOCH.
Potenza e Quota
Slide 46 - Andamento della potenza con la quota
E ovvio che volando in quota, laddove la densita dell'aria diminuisce, si deve opportunamente "smagrire" la miscela, cioe si deve diminuire la quantita di benzina immessa nel carburatore perche, a parita di volume di aria aspirato, la massa di aria diminuisce e di conseguenza per mantenere inalterato il rapporto va diminuita anche la massa di combustibile.
In tale situazione cala anche il rendimento volumetrico del motore.
LA POTENZA DIMINUISCE FRA L'1 E IL 2% OGNI 1000 PIEDI DI AUMENTO DELLA QUOTA.
Slide 47 - Introduzione al concetto di Density Altitude
Si produce il concetto di DENSITY ALTITUDE - altitudine di densita.
Con questo concetto si vuole far comprendere che, in determinate condizioni meteorologiche, l'aeromobile vola ad una certa quota reale ma incontra parametri fisici che appartengono a quote ben superiori e quindi si comporta durante il volo come se fosse notevolmente piu in alto rispetto alla quota reale.
Si crea una situazione nella quale la densita dell'aria diminuisce in presenza di pressione piu bassa, umidita e temperatura piu alte. In tali condizioni si ha che:
- La portanza diminuisce
- L'elica (o la turbina) sono meno efficienti
- La potenza erogata dal motore e inferiore
Density Altitude (DA)
Slide 48 - Calcolo della Density Altitude
La DENSITY ALTITUDE (D.A.) e la quota a cui, in atmosfera standard, si troverebbe una densita dell'aria uguale a quella che effettivamente abbiamo.
E il parametro che ci dice "come si comportera il mio aereo oggi".
Fattori che influenzano la Density Altitude
- L'aumento di temperatura che provoca una espansione dell'aria che diventa meno densa
- La diminuzione di pressione, che a quota piu elevate diminuisce, rendendo l'aria meno densa
- La presenza di umidita che, come abbiamo visto, e meno densa dell'aria 'secca'
Dove:
- D.A. = Density Altitude (ft)
- P.A. = Pressure Altitude (quota con altimetro settato su 1013.25 hPa)
- OAT = Outside Air Temperature (temperatura esterna reale)
- ISA temp = Temperatura ISA standard a quella quota
- 120 = fattore di correzione (ft per ogni °C di scostamento)
Slide 49 - Il coefficiente 120
Il numero 120 e un coefficiente di approssimazione (o fattore di conversione) derivato dalle proprieta fisiche dell'atmosfera standard (ISA).
In termini semplici rappresenta quanti piedi di altitudine virtuale guadagni o perdi per ogni grado Celsius di scarto rispetto alla temperatura standard.
L'aria si espande quando si scalda e si contrae quando si raffredda. Gli scienziati e gli ingegneri aeronautici hanno calcolato che, nelle fasce di atmosfera dove vola l'aviazione generale (la troposfera), la densita dell'aria cambia in modo quasi lineare con la temperatura.
Un aumento di 1 °C, causa una diminuzione della densita pari a circa lo 0,4%. In termini di quota, questo caso di densita equivale a salire di circa 120 ft.
Slide 50 - Esempio pratico: aeroporto di Bolzano
Esempio Pratico: Aeroporto di Bolzano
Ci troviamo all'aeroporto di Bolzano (elev. 786 ft - 240 m), estate, con temperatura esterna (OAT) di 32 °C. La P.A. (QNE) misurata sul campo riporta sull'altimetro 1000 ft.
Considerando che la temperatura standard a livello del mare e di 15 °C e che la temperatura diminuisce di 2 °C per ogni aumento di 1000 ft di quota, si ottiene una temperatura standard sull'aeroporto di 13 °C (ISA temp).
Deviazione della temperatura = OAT - ISA temp = 32 °C - 13 °C = 19 °C
Cioe l'aereo si comportera come se si trovasse a 3280 ft!!!
Pressure Altitude vs Density Altitude
Slide 51 - Confronto tra Pressure Altitude e Density Altitude
| Caratteristica | Pressure Altitude (PA) | Density Altitude (DA) |
|---|
| Riferimento | Pressione atmosferica (1013.25 hPa) | Densita dell'aria (Pressione + Temperatura) |
| Uso principale | Navigazione e separazione del traffico | Calcolo delle performance (decollo, salita) |
| Cosa dice al pilota | A che livello di pressione sto volando? | Come si comportera il mio aereo oggi? |
| Influenza del calore | Non direttamente considerata | Fondamentale: il caldo aumenta drasticamente la DA |
Componenti del Vento
Slide 52 - Componente longitudinale del vento
Componente Longitudinale
La componente longitudinale del vento influenza la velocita al suolo (Ground Speed) rispetto alla velocita all'aria (True Air Speed).
| Situazione | Velocita all'Aria | Velocita al Suolo |
|---|
| Vento in prua (headwind) | 70 kt | 55 kt |
| Vento al traverso | 55 kt | 40 kt |
| Vento in coda (tailwind) | 15 kt | 0 kt |
Slide 53 - Componente trasversale del vento
Componente Trasversale (Crosswind)
Il vento laterale puo essere un problema e un pericolo sia in fase di decollo che in fase di atterraggio. E necessario comprendere se la componente laterale del vento supera i valori limite dell'aeromobile.
Tale valore limite e specificato nel manuale dell'aereo.
Esistono vari metodi empirici per calcolare "a mente", in fase di pilotaggio, la componente che interessa valutare per decidere se decollare e/o atterrare.
Atmosfera Standard Internazionale (ISA)
Slide 54 - L'Atmosfera Standard Internazionale ICAO
Lo studio degli effetti delle condizioni atmosferiche sulle prestazioni viene effettuato a partire da un ambiente ideale utile per effettuare in condizioni standardizzate le seguenti attivita:
- Calcolare e paragonare rendimenti e prestazioni degli aeromobili
- Calibrare gli strumenti di navigazione e di misura
- Collaudare apparecchiature
L'INTERNATIONAL STANDARD ATMOSPHERE (o ISA) e un modello ideale dell'atmosfera media ideale, definito dall'ICAO.
Parametri ISA al livello del mare (MSL)
| Parametro | Valore ISA |
|---|
| Temperatura | 15 °C (288.15 K) |
| Pressione | 1013.25 hPa (29.92 inHg) |
| Densita | 1.225 kg/m3 |
| Gradiente termico | -1.98 °C / 1000 ft (-6.5 °C / 1000 m) |
REGOLA PRATICA: In atmosfera ISA, la temperatura diminuisce di circa 2°C ogni 1000 ft di quota (fino alla tropopausa).
Slide 55 - ICAO - International Civil Aviation Organization
ICAO - International Civil Aviation Organization
L'organizzazione Internazionale per l'Aviazione Civile (the International Civil Aviation Organization ICAO) e una agenzia specializzata delle Nazioni Unite, con competenza primaria in materia di regolamentazione e sviluppo dell'aviazione civile.
L'ICAO, fondata nel 1947, promuove l'elaborazione e l'adozione di norme internazionali e convenzioni in materia di navigazione aerea, trasporto di passeggeri e merci, sicurezza e trasporto aereo.
