Premessa
Con il termine "prestazioni" si intende l'insieme delle possibilita di un aereo di decollare e atterrare entro determinati spazi, di salire con velocita variometriche piu o meno elevate fino a quote piu o meno alte, di sviluppare determinate velocita anemometriche, e di fare il tutto con determinati consumi di combustibile.
Il costruttore dichiara quali sono le prestazioni dell'aereo per consentire a chi lo usa di sapere entro quali limiti possa essere impiegato. Le prestazioni sono fornite nel manuale d'impiego tramite grafici e tabelle, il cui numero e complessita aumentano proporzionalmente alla complessita della macchina.
Le prestazioni di un aereo variano principalmente in funzione di due grandezze: il peso e la densita dell'aria.
- Portanza, trazione e potenza devono essere tanto maggiori quanto maggiore e il peso
- Diventano minori quanto minore diventa la densita dell'aria
Per gli aerei piu semplici i dati sono riferiti al peso massimo di decollo e alla densita dell'aria in atmosfera standard.
Il primo capitolo e dedicato alle modalita di verifica del peso e del bilanciamento dell'aereo, mentre il secondo e dedicato alle altre grandezze da cui dipendono le prestazioni e all'interpretazione dei grafici e delle tabelle.
1. I Pesi
1.1 - Limitazioni
Per ogni aeromobile esistono limitazioni di peso imposte dal costruttore, intese innanzi tutto a salvaguardare l'integrita delle strutture, e secondariamente a permettere all'aeromobile di offrire le prestazioni per le quali e certificato.
Le limitazioni di peso vengono determinate dopo l'effettuazione di prove statiche, di prove in volo, e di analisi del comportamento degli elementi portanti della struttura quando sottoposti a determinate sollecitazioni.
| Tipo di peso | Sigla | Descrizione |
|---|
| Peso massimo di decollo |
MTOW |
Maximum Take-Off Weight - Peso massimo al quale l'aereo si puo staccare da terra. E l'unico valore di peso al quale vengono riferite le prestazioni degli aerei piu semplici. |
| Peso massimo di atterraggio |
MLW |
Peso massimo al quale l'aereo puo ritornare a mettere le ruote sulla pista. Sempre minore del MTOW (tranne aerei piccoli dove sono uguali). |
| Peso massimo di rullaggio |
- |
Peso massimo al quale l'aereo si puo muovere al suolo. Maggiore del MTOW per consentire lunghi tragitti sui piazzali. |
Importante: I grossi aerei commerciali, grazie alle grandi quantita di combustibile imbarcabile, hanno un peso massimo di atterraggio molto minore del MTOW. Possono scaricare il combustibile in volo quando, per una ragione imprevista, debbano tornare all'atterraggio subito dopo il decollo.
1.2 - I pesi a vuoto e il carico utile
Per verificare che il peso si mantenga entro le limitazioni imposte dal costruttore, e necessario che il pilota - prima di ogni volo - faccia la somma delle varie componenti che contribuiscono a formare il peso totale dell'aereo:
- Il peso a vuoto della macchina
- Il peso del combustibile imbarcato
- Il peso delle persone a bordo
- Il peso del bagaglio e delle eventuali merci
| Tipo di peso a vuoto | Descrizione |
|---|
| Peso a vuoto base (standard) |
Uguale per tutti gli aerei dello stesso tipo. Comprende: peso della macchina vuota senza equipaggiamenti, peso dei liquidi idraulici, peso del combustibile non utilizzabile, peso dell'olio lubrificante. |
| Peso a vuoto equipaggiato |
Dato "individuale" di ogni singolo aereo. E il peso a vuoto base maggiorato di tutti gli equipaggiamenti ausiliari (avionica, strumenti opzionali, equipaggiamenti di emergenza, ecc.). Si trova sul manuale di volo di ogni aereo. |
| Peso base operativo (PBO) |
Usato nelle operazioni commerciali. E dato dalla somma del peso a vuoto equipaggiato piu il peso dell'equipaggio e del relativo bagaglio. |
| Peso a zero carburante (MZFW) |
Maximum Zero Fuel Weight - Peso massimo al quale puo essere portato l'aereo con i serbatoi alari vuoti. Inteso a salvaguardare la struttura alare dalla portanza. |
Figura 3.1 - Il momento flettente cui e sottoposta la struttura alare diminuisce quando il peso dell'aereo e in parte trasferito nell'ala immettendovi combustibile.
Carico utile = Peso massimo di decollo - Peso a vuoto equipaggiato
Carico pagante = Peso massimo di decollo - Peso a vuoto equipaggiato maggiorato del peso del combustibile
La differenza tra il peso massimo di decollo e il peso massimo a zero combustibile puo essere imbarcata solo come combustibile nei serbatoi alari.
3. Il bilanciamento
3.1 - I limiti del baricentro
Il bilanciamento (o centraggio) dell'aereo consiste nel verificare che i pesi a bordo siano distribuiti in modo tale per cui il baricentro dell'aereo si trovi sull'asse longitudinale entro due posizioni limite (anteriore e posteriore) fissate dal costruttore.
Il baricentro (o centro di gravita) e il punto di applicazione della forza risultante di tutte le forze peso. Un momento e il prodotto di una forza per un braccio.
Ogni aeroplano di configurazione tradizionale e costruito in modo che il punto di applicazione della portanza cada dietro al baricentro. Questo genera un momento picchiante che viene equilibrato dal momento cabrante generato dalla deportanza dei piani orizzontali di coda.
Figura 3.2 - Un aereo in volo, dal punto di vista dell'equilibrio delle forze cui e soggetto, e paragonabile a una stadera.
Limite anteriore del baricentro
Stabilito in modo che il timone di coda, portato alla sua massima escursione verso l'alto, riesca a controllare l'assetto e a tenere l'aereo in volo orizzontale fino alla velocita di stallo.
Un eccessivo avanzamento del baricentro rende l'aereo troppo stabile e impedisce all'equilibratore di sostenere il muso e di portare l'angolo di incidenza a valori elevati.
Limite posteriore del baricentro
Stabilito in modo che l'aereo possa mantenere la sufficiente stabilita. Se il momento picchiante si riduce oltre un certo limite, l'aereo diventa instabile e un aumento di incidenza si amplifica sempre piu, portando rapidamente allo stallo. Un aereo con il baricentro troppo arretrato diventa difficile da governare.
3.2 - I sistemi di verifica del centraggio
Per gli aerei leggeri l'escursione del baricentro ha in genere un'ampiezza di 20-30 centimetri. Il costruttore sceglie un piano di riferimento (o datum line) situato lungo l'asse longitudinale dell'aereo.
Figura 3.3 - Esempio di grafico dei limiti anteriore e posteriore del baricentro per vari pesi dell'aereo.
Convenzione dei segni:
- Pesi ubicati dietro al piano di riferimento formano momenti di segno positivo
- Pesi ubicati davanti al piano di riferimento formano momenti di segno negativo
I momenti formati da ogni singola componente del peso totale dell'aereo sono ottenuti moltiplicando i pesi (in kg) per la loro distanza dal piano di riferimento (in metri). I momenti sono espressi in chilogrammetri. Per aerei di costruzione anglosassone: pesi in libbre, distanze in pollici, momenti in libbre-pollice (spesso divisi per 1000).
Figura 3.4 - I bracci con i quali calcolare i momenti generati dalle varie componenti del peso totale dell'aereo.
Stazioni di carico tipiche (aereo leggero quadriposto)
- Pilota e passeggero anteriore
- Passeggeri sedili posteriori
- Combustibile (concentrato nel baricentro dei serbatoi alari)
- Bagaglio (nel bagagliaio dietro ai sedili posteriori)
Tre metodi di verifica del centraggio
| Metodo | Descrizione |
|---|
| 1. Grafico limiti + tabella bracci |
Il pilota moltiplica ogni peso per il relativo braccio, somma i momenti, somma i pesi, divide il momento totale per il peso totale per ottenere il braccio del baricentro. Verifica che sia entro i limiti. |
| 2. Grafico di carico + inviluppo momenti |
Si compila una tabella usando il grafico di carico per ottenere i momenti. Si sommano pesi e momenti e si verifica che il punto cada all'interno dell'inviluppo. |
| 3. Tabelle dei momenti precalcolati |
Il pilota legge i momenti direttamente dalla tabella per ogni peso, li somma e verifica che il momento totale corrispondente al peso totale cada entro i limiti. |
Figura 3.5 - Il grafico di carico (a) e l'inviluppo del momento del baricentro (b).
Esempio di tabella per calcolo centraggio (Figura 3.6)
| Componenti del carico | Peso (Lbs) | Momento (Lbs.in/1000) |
|---|
| Peso a vuoto | 1.625 | 55,5 |
| Pilota e passeggero anteriore | 340 | 12,2 |
| Carburante (60 US Gall x 6 Lbs/Gall) | 360 | 17,3 |
| Passeggeri posteriori | 280 | 20,0 |
| Bagaglio | 80 | 8,0 |
| Totali | 2.685 | 113,0 |
5. Gli spostamenti dei pesi
Quando la verifica del centraggio indica che - pur essendo rispettati i limiti di peso - il baricentro e troppo avanzato o arretrato, il pilota deve modificare la disposizione dei carichi finche il bilanciamento non risulti soddisfacente.
Cio puo essere realizzato:
- Facendo cambiare di posto passeggeri di peso notevolmente diverso
- Facendo portare in braccio parte del bagaglio
- Sbarcando parte del carico destinato alle stazioni piu penalizzanti
Postulato: Ogni variazione di un singolo momento e uguale alla variazione che esso apporta al momento totale.
Primo esempio
- Peso di decollo dell'aereo = 3.000 libbre (entro il limite massimo)
- Un passeggero di 200 libbre si sposta dal sedile posteriore a quello anteriore mentre un passeggero di 150 libbre si sposta dal sedile anteriore a quello posteriore (spostamento avanti di 50 libbre)
- La distanza tra i sedili anteriori e posteriori e di 30 pollici
- Di quanto si sposta in avanti il baricentro dell'aereo?
Equazione: peso spostato x distanza dello spostamento = peso dell'aereo x spostamento del baricentro
50 x 30 = 3000 x incognita
Risultato: incognita = 30 x 50/3000 = 0,5 pollici avanti
Secondo esempio
- Peso di decollo dell'aereo = 3.240 libbre (entro il limite massimo)
- Posizione del baricentro = 90 pollici dal piano di riferimento
- Posizione dei serbatoi = 85 pollici dietro il piano di riferimento (5 pollici davanti al baricentro)
- Si scaricano 40 galloni di benzina (40 x 6 = 240 libbre): il nuovo peso dell'aereo e di 3.000 libbre
- Di quanto si sposta il baricentro?
Equazione: variazione di peso x distanza dal baricentro = nuovo peso dell'aereo x spostamento del baricentro
240 x 5 = 3.000 x incognita
Risultato: incognita = 240 x 5/3.000 = 0,4 pollici indietro
(Indietro perche e diminuito un peso che si trova davanti al baricentro)