Principi del Volo
Capitolo 2 - I Comandi e le Manovre
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1. Il piano orizzontale di coda
Il piano orizzontale di coda è normalmente costituito da una superficie fissa, alla quale ne è incernierata una mobile che può ruotare verso l'alto e verso il basso. Il piano orizzontale di coda ha infatti una doppia funzione.
1.1 Il piano stabilizzatore
La prima funzione è quella di stabilizzare l'assetto del velivolo, ed è espletata dalla parte fissa che si chiama appunto stabilizzatore.
La seconda funzione è quella di equilibrare la tendenza del velivolo a cabrare o picchiare a seconda di come variano le forze applicate all'ala, ed è espletata dalla parte mobile che si chiama infatti equilibratore o timone di profondità.
- Peso (Q): applicato nel baricentro - può traslare avanti/indietro in base ai pesi a bordo
- Portanza (P): applicata nel centro di pressione - si sposta avanti/indietro al variare dell'incidenza
1.2 Il piano equilibratore
| Azione del pilota | Movimento equilibratore | Effetto sulla coda | Risultato |
|---|---|---|---|
| Spinge avanti la barra | Ruota verso il BASSO | Aumenta deportanza | Muso si abbassa (PICCHIATA) |
| Tira indietro la barra | Ruota verso l'ALTO | Diminuisce deportanza | Muso si alza (CABRATA) |
Il timone di profondità e la barra cui è collegato costituiscono nel loro insieme il comando dell'angolo di incidenza.
Esiste un tipo di piano orizzontale di coda alternativo: lo stabilatore (stabilizzatore-equilibratore), un'unica superficie tutta mobile con aletta compensatrice che "indurisce" i comandi.
1.3 Il trim
Il trim è un'aletta compensatrice applicata all'equilibratore che serve per eliminare lo sforzo di barra:
| Fase di volo | Posizione trim | Effetto |
|---|---|---|
| Posizione neutra | Allineato | Volo livellato a velocità di crociera |
| Salita | Trim verso l'alto | Mantiene equilibratore cabrato senza sforzo |
| Discesa | Trim verso il basso | Mantiene equilibratore picchiato senza sforzo |
2. Il timone di direzione
Il piano verticale di coda è costituito da una parte fissa detta deriva, e da una parte mobile detta timone di direzione. Il timone è comandato dalla pedaliera.
| Componente | Funzione |
|---|---|
| DERIVA (fissa) | Dare stabilità intorno all'asse verticale |
| TIMONE (mobile) | Effettuare il movimento di imbardata |
- Effetto PRIMARIO: IMBARDATA - piede destro → muso a destra
- Effetto SECONDARIO: ROLLIO INDOTTO - conseguenza della differenza di velocità tra le semiali durante la rotazione
Durante l'imbardata, la semiala esterna (che avanza) diventa più veloce e più portante, mentre quella interna diventa meno veloce e meno portante: questa disparità induce il rollio.
3. Gli alettoni e la virata
Gli alettoni sono superfici mobili montate sul bordo di uscita delle semiali, nella parte esterna. Sono comandati dalla barra nel suo movimento laterale, e ruotano in senso contrario l'uno all'altro.
- Effetto PRIMARIO: ROLLIO - barra a destra → ala destra si abbassa
- Effetto SECONDARIO: IMBARDATA (prima inversa, poi diretta verso l'ala abbassata)
3.1 L'imbardata inversa
L'imbardata inversa (o indotta) è un movimento iniziale di lieve entità dalla parte dell'ala che si alza, provocato dall'aumento di resistenza indotta su quell'ala (maggiore portanza = maggiore resistenza indotta).
3.2 La virata
Quando gli alettoni inclinano l'ala all'angolo φ (bank), la portanza P si scompone in:
Per mantenere la quota costante in virata, la componente verticale Pv deve rimanere uguale al peso Q. Quindi si deve aumentare la portanza totale P tirando la barra (aumentando l'incidenza) e/o aumentando la potenza.
Virata coordinata
- Virata DERAPATA: Fc > Po → aereo sbanda verso l'esterno → pallina verso l'ala ALZATA
- Virata SCIVOLATA: Po > Fc → aereo sbanda verso l'interno → pallina verso l'ala ABBASSATA
4. Il fattore di carico
Il fattore di carico (n) è un numero adimensionale che esprime il rapporto tra il peso apparente e il peso reale:
| Categoria velivolo | n max positivo | n max negativo |
|---|---|---|
| Categoria NORMALE | +3,8 | -1,5 |
| Categoria SEMIACROBATICA | +4,4 | -2 |
| Categoria ACROBATICA | +9 | -7 |
4.1 Virata
In virata, il fattore di carico dipende SOLO dall'angolo di bank, non dal peso né dalla velocità dell'aereo.
| Angolo di bank | Fattore n | Aumento Vs |
|---|---|---|
| 0° | 1,0 | 0% |
| 30° | 1,15 | ~7% |
| 45° | 1,41 | ~19% |
| 60° | 2,0 | ~41% |
| 75° | 3,86 | ~96% |
4.2 Richiamata
In richiamata il peso apparente aumenta proporzionalmente al quadrato della velocità e inversamente al raggio di richiamata. Quindi: uscire da un'affondata tanto più dolcemente quanto maggiore è la velocità.
4.3 Salita e discesa
In salita e discesa il fattore di carico è minore di 1 perché il peso apparente Q₁ = Q cos β. Si annulla quando l'aereo sale o scende in candela (β = 90°).
4.4 Volo in aria turbolenta
Le variazioni del fattore di carico in turbolenza sono:
- Inversamente proporzionali al peso (più peso = più inerzia = meno effetto delle raffiche)
- Direttamente proporzionali alla velocità delle raffiche e di volo
In turbolenza: diminuire la velocità (senza stallare). Per aerei leggeri: volare alla Va (velocità di manovra).
4.5 Relazione tra n e velocità di stallo
Quando n > 1, la velocità di stallo aumenta:
4.6 I diagrammi di manovra e di raffica
| Punto | Velocità | Significato |
|---|---|---|
| C | Vs₁ | Velocità di stallo in configurazione pulita a 1g |
| D | Vso | Velocità di stallo con flap estesi |
| A | Va | Velocità di manovra - dove n raggiunge il valore limite |
| G | Vno | Velocità max operazione normale (inizio arco giallo) |
| B | Vne | Velocità da non superare MAI (linea rossa) = 80% di Vd |
| E | Vfe | Velocità max con flap estesi (limite arco bianco) |
- A velocità < Va: l'aereo stalla prima di raggiungere n limite
- A velocità tra Va e Vne: NON portare i comandi a fondo corsa!
- Va = Vs₁ × √nmax ≈ Vs₁ × 1,95 (per n=3,8)
5. La stabilità
Un aeroplano deve possedere due qualità contrastanti: manovrabilità e stabilità.
| Qualità | Definizione |
|---|---|
| Manovrabilità | Facilità di muovere l'aereo intorno ai suoi assi |
| Stabilità | Capacità di tornare all'assetto originario dopo una perturbazione |
Tipi di stabilità
| Tipo | Definizione |
|---|---|
| Stabilità STATICA | Reazione immediata alla perturbazione (muso torna giù dopo essere stato alzato) |
| Stabilità DINAMICA | Smorzamento delle oscillazioni (poche oscillazioni per tornare all'equilibrio) |
Stabilità intorno ai tre assi
| Asse | Stabilità | Ottenuta mediante |
|---|---|---|
| Trasversale | Longitudinale (beccheggio) | Piano orizzontale di coda + trim |
| Verticale | Direzionale (imbardata) | Piano verticale di coda + ala a freccia |
| Longitudinale | Laterale (rollio) | Ala alta: posizione baricentro / Ala bassa: angolo diedro |
6. Gli ipersostentatori
Gli ipersostentatori hanno due funzioni principali:
- Aumentare il Cp massimo → abbassare la velocità di stallo
- Aumentare il Cr → permettere discese più ripide
6.1 Tipi di ipersostentatori
Flap del bordo d'uscita (aumento curvatura)
| Tipo di flap | Aumento Cp | Caratteristiche |
|---|---|---|
| Plain flap (semplici) | ~50% | Porzioni del bordo d'uscita che deflettono (40°-50°) |
| Slotted flap (a fessura) | ~70% | Con fessura che energizza lo strato limite |
| Split flap (di intradosso) | ~60% | Superfici sotto le semiali, creano scia turbolenta |
| Fowler flap | ~100% | I più efficaci: scorrono indietro + deflettono + fessura |
Slat / Alette del bordo d'attacco (controllo strato limite)
Gli slat aprono una fessura che costringe parte del flusso ventrale a passare sul dorso, energizzando lo strato limite e ritardando lo stallo.
6.2 Impiego degli ipersostentatori
| Fase | Flap | Note |
|---|---|---|
| Rullaggio | Retratti | Evitare danni da detriti (ala bassa) |
| Decollo | Come da manuale (10°-15°) | Per campi corti. Retrarre dopo velocità sicura |
| Salita | Retratti | Più resistenza = meno rateo di salita |
| Crociera | Retratti | Eccezione: bassa quota con scarsa visibilità |
| Discesa | Secondo necessità | In planata motore spento: NO. Per discesa ripida: SÌ |
| Avvicinamento | Prima posizione | Metà del braccio di sottovento |
| Atterraggio | 25°-30° o max | Pista corta/ostacoli: max. Pista lunga: 25°-30° |
| Forte vento traverso | Parziale | Toccare con muso alto, velocità abbondante |
| Riattaccata | Retrarre gradualmente | Dopo max potenza, retrarre con l'aumento di velocità |
7. Bilanciamento delle superfici di comando
7.1 Bilanciamento aerodinamico
Serve a ridurre lo sforzo di barra. Si realizza:
- Spostando l'asse di cerniera all'indietro o con un corno di bilanciamento
- Con aletta compensatrice che ruota in senso opposto
Gli alettoni Frise sono incernierati in modo da esporre più superficie al vento quando si alzano, neutralizzando la differenza di resistenza indotta e riducendo l'imbardata inversa.
7.2 Bilanciamento di massa
Il flutter è una vibrazione aerodinamica pericolosa alle alte velocità. Per evitarlo si aggiungono pesi (piombo) davanti all'asse di cerniera per spostare il baricentro della superficie.
8. Sollecitazioni della struttura a terra
Oltre al fattore di carico in volo, la struttura deve sopportare i carichi di rullaggio, decollo e atterraggio.
Carichi verticali
Il carrello principale deve resistere a discese con velocità limite di 600 ft/min (≈4 metri di caduta). La ruota anteriore del triciclo è progettata solo per il rullaggio: il contatto deve avvenire sempre a muso alto.
Carichi laterali
La struttura è meno robusta ai carichi laterali. Regole:
- Atterrare con dolcezza e a muso alto
- Atterrare con traiettoria parallela all'asse longitudinale
- Virare a terra a velocità ridotta
- Evitare frenate brusche
- Rullare lentamente su terreno sconnesso
📋 Riepilogo valori da ricordare
| Concetto | Valore |
|---|---|
| Fattore di carico | n = Qa / Q |
| n limite NORMALE | +3,8 / -1,5 |
| n limite SEMIACROBATICA | +4,4 / -2 |
| n limite ACROBATICA | +9 / -7 |
| n a 60° di bank | n = 2 |
| Aumento Vs a 60° bank | ≈ 41% (×√2 ≈ 1,41) |
| Va rispetto a Vs₁ | Va = Vs₁ × √nmax |
| Vne rispetto a Vd | 80% di Vd |
| Rateo di virata | 1091 × tan(bank) / KTAS |
| Raggio di virata | KTAS² / (36,93 × tan(bank)) |
| Incidenza con flap | fino a 30° (vs 15°-16°) |
| Aumento Cp - Plain flap | ≈ 50% |
| Aumento Cp - Slotted flap | ≈ 70% |
| Aumento Cp - Split flap | ≈ 60% |
| Aumento Cp - Fowler flap | ≈ 100% |
| Velocità limite carrello | 600 ft/min (≈4 m caduta) |
| Effetto primario equilibratore | BECCHEGGIO (controllo incidenza) |
| Effetto primario pedaliera | IMBARDATA |
| Effetto secondario pedaliera | ROLLIO INDOTTO |
| Effetto primario alettoni | ROLLIO |
| Effetto secondario alettoni | IMBARDATA (inversa poi diretta) |
| Virata derapata | Pallina verso ala ALZATA |
| Virata scivolata | Pallina verso ala ABBASSATA |