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Aeroplano

L’aeroplano è un corpo che si muove e si sostiene nell’aria senza nessun legame con la terra; deve essere quindi in grado di realizzare sia il sostentamento che la propulsione, utilizzando esclusivamente forze di reazione che vengono sviluppate da opportuni complessi in esso incorporati.
La sostentazione si genera tramite l’ala che perturbando una certa massa d’aria da luogo ad una reazione verso l’alto, la portanza.
Alla stessa stregua, per ottenere la propulsione, si occorre ad un sistema meccanico detto appunto “propulsore”, che accelera in senso contrario al moto una certa massa d’aria, sviluppando per reazione la spinta o forza propulsiva necessaria al movimento dell’aeroplano.
La massa accelerata può essere anche quella di un gas o di un solido trasportato dal velivolo, per volare uniformemente e non in moto accelerato, è necessario che la portanza equilibri il peso dell’aereo, e che il propulsore sviluppi una forza propulsiva (trazione o spinta) uguale alla resistenza che il velivolo incontra durante l’avanzamento, e questa è la spinta necessaria a volare una determinata velocità.

La spinta generata dal propulsore (utile o disponibile) si ottiene, tramite la reazione al movimento di una certa massa d’aria (m), accelerata in senso contrario al moto dell’aereo (W) mentre avanza con una determinata velocità (V).
L’aereo riceverà nel tempo unitario, un impulso, in base al teorema della quantità di moto, equivalente a:

T=m x (W-V)

In cui (W-V) rappresenta la differenza tra la velocità del getto d’aria accelerato all’inidetro e la velocità vera dell’aeromobile.

Motori aeronautici
I motori aeronautici devono soddisfare la richiesta di potenza necessaria a far volare un determinato aeromobile, offrendo il miglior compromesso tra le seguenti caratteristiche, per molti aspetti tra loro costanti:
- massina sicurezza di funzionamento;
- leggerezza;
- aerodinamicità.

Da ciò durante la storia dell’aviazione sono nate numerose soluzioni tecniche, molte delle quali mai realizzate, ma che hanno comunque sempre più differenziato le due famiglie dei motori alternativi.

I motori alternativi a combustione interna realizzati nei vari campi delle applicazioni tecniche sono di numerosissimi tipi e sottotipi.
Una prima suddivisione può essere fatta tra motori ad accensione per scintilla, comunemente detti a scoppio, e motori ad accensione per compressione, comunemente chiamati diesel.

Una seconda suddivisione nell’ambito dei motori a scoppio va fatta tra i motori a quattro tempi e motori a due tempi.
Per quanto riguarda la disposizione dei cilindri, una soluzione diffusissima in passato fu quella del motore a stella o stellare, mentre ora si è passato a uno standard di soluzione a cilindri contrapposti.

I motori alternativi dell’aviazione sono motori ad accensione per scintilla, come quelli dell’automobile, che bruciano benzina sfruttando il ciclo termico a quattro tempi.
Sono macchine che trasformano l’energia chimica contenuta nella benzina in energia termica ottenuta mediante la combustione della benzina con l’ossigeno dell’aria, l’energia termica viene a sua volta trasformata in energia meccanica tramite il moto alternativo di un pistone racchiuso in un cilindro, accoppiato a un meccanismo simile a quello dell’automobile.

Consumo orario e consumo specifico
Un parametro importantissimo tra quelli che caratterizzano un motore è il suo consumo, che può essere espresso come consumo orario (Ch) o come consumo specifico (Cs).

Il consumo orario è il peso di carburante consumato dal motore per ogni ora di funzionamento, e viene espresso in grammi o chilogrammi all’ora (g o kg/h), eppure in litri all’ora (l/h), in libbre all’ora (lbs/h), o in galloni all’ora (gal/h).

Naturalmente il consumo orario varia in funzione diretta con la potenza, cosicché i motori di potenza maggiore hanno consumi orari maggiori di quelli dei motori più piccoli.
Il consumo orario è un dato di valore assoluto che premette di stabilire l’autonomia oraria, cioè il tempo che un motore impiega a consumare una determinata quantità di carburante.

Il consumo specifico permette invece di fare paragoni tra i motori diversi, mettendo in luce qual è quello ceh ha il rendimento migliore.
Il consumo specifico è ottenuto da rapporto tra il consumo orario e la potenza del motore.
Si esprime in cavalli l’ora (Cv.h):

Formula: Cs = Ch/W = g/Cv.h

Il consumo specifico minimo si ottiene in corrispondenza di un numero di giri compreso tra quello di potenza massima e quello di potenza minima.

Piano di coda di un aeromobile
Il piano orizzontale di coda è normalmente costituito da una superficie fissa, alla quale se ne trova incernierata una mobile che può ruotare verso l’alto e verso il basso.
Il piano orizzontale di coda ha infatti una doppia funzione:
La prima è quella di stabilizzare l’assetto del velivolo, ed è espletata dalla parte fissa che si chiama stabilizzatore.
La seconda 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 equilibratore, o timone di profondità.

Stabilizzatore
Il peso è applicato nel baricentro di un aeromobile, cioè il punto in cui si immagina applicata la risultante di tutte le forze peso. Il baricentro può traslare avanti o indietro lungo l’asse longitudinale del velivolo a seconda di come vengono disposti i pesi.
La portanza è applicata in un punto detto centro di pressione il quale si sposta pure avanti o indietro al variare rispettivamente in più o in meno dell’angolo di incidenza.

Equilibratore
Svolge il compito di riequilibrare l’aeromobile e riequilibrare il momento cabrante generato dalla coda: questa funzione è appunto assolta dall’equilibratore, che viene spostato in su e in giù dal pilota a seconda delle necessità.

Il pilota può decidere di variarlo o meno.

Carrello aeromobile
Il carrello è l’organo della cellula di un aeromobile che consente all’aereo di atterrare e toccare terra in modo sicuro e di muoversi a terra. È costituito da tra punti di appoggio su cui si distribuisce il peso dell’aeromobile: due sono situati sotto l’ala, mentre il terzo è alternativamente situato sotto il muso o sotto la coda, allineato con l’asse longitudinale .
I punti di appoggio terminano normalmente su ruote, ma possono terminare anche su sci, galleggianti, o altri dispositivi a seconda della natura della superficie su cui l’aereo è destinato a posarsi.

Le due ruote sotto l’ala sono dette principali perché destinate a sopportare la maggior parte del peso e i notevoli carichi derivanti dall’atterraggio. Le ruote principali sono di norma dotate di freni.
La terza ruota (o ruotino), è alternativamente detta di muso o anteriore, oppure di coda o posteriore: non è dotata di freno, ed è orientabile per consentire di dirigere l’aereo al suolo. Sugli aerei leggeri il movimento del ruotino è comandato dalla pedaliera mediante collegamenti ad aste o mediante cavi metallici che scorrono su carrucole dedicate.

La posizione del ruotino determina la configurazione del carrello: triciclo quando il ruotino è sotto il muso, e biciclo o convenzionale, quando è sotto la coda.

Le ruote del carrello sono collegate alla struttura della fusoliera o dell’ala mediante gambe di forza. Le quali devono essere in grado di ammortizzare le sollecitazioni ricevute durante le fasi di decollo e di atterraggio, nonché durante i movimenti al suolo.

Inoltre il carrello può essere fisso o retrattile a seconda della comodità o della semplicità di gestione di un aeromobile.

Impianto elettrico di un aeromobile
L’impianto elettrico è costituito da una batteria che attraverso la barra di distribuzione manda corrente continua alla varie utenze a bordo: starter, avionica, luci, carrello, flap, eccetera.
La batteria è mantenuta carica da un generatore quasi sempre alternatore, azionato dal motore mediante accoppiamento a cinghia o ingranaggi.

La batteria viene inserita tramite l’interruttore generale (master), mentre l’alternatore viene inserito tramite un secondo apposito interruttore (alternator).
Il circuito principale e tutti i circuiti derivanti sono protetti mediante fusibili o ruttori (breaker), che si aprono quando il carico elettrico supera una soglia prefissata.
Il pilota può di solito tenere sotto controllo lo stato della batteria e la corrente tramite un amperomentro o voltometro collegato a sua volta tramite una luce di spia che si accende in tal caso di malfunzionamento.

Per quanto possa essere inconveniente, l’avaria del generatore durante il volo VFR non costituisce di solito un’emergenza grave, in quanto il volo può essere continuato anche senza possibilità di comunicare, navigando a vista fino al più vicino aeroporto ritenuto idoneo per l’atterraggio in sicurezza.

Infine l’aereo possiede un semplice circuito elettrico che passa al sue interno, per garantire elettricità alle varie utenze.

Impianto autopilota
Poiché grazie ai costi sempre più accessibili, un numero via via maggiore di aerei anche di piccole dimensioni viene equipaggiato con un sistema di autopilota, riteniamo utile dare alcuni cenni circa la costituzione e il funzionamento di questo utilissimo impianto.

Come dice il nome, autopilota, o pilota automatico, sono dispositivi progettati e programmati per svolgere automaticamente le funzioni del pilota nel mantenimento e nella stabilizzazione degli assetti.

Proprio come la popolazione dei piloti, che è composta da un schiara di persone di diversa capacità ed esperienza nella condotta di un aeromobile, così anche la gamma di autopiloti disponibili sul mercato va dai tipi più semplici capaci solo di mantenere le ali livellate, ai tipi più sofisticati che riescono a condurre automaticamente un aereo dal decollo all’arresto sulla pista dell’aeroporto di destinazione.

Nella condotta di un volo, un autopilota aumenta la sicurezza di un volo in modo proporzionale al numero delle operazione da compiere.
Sgravando il pilota dalla necessità di dedicare la sua attenzione alle mansioni più semplici del pilotaggio, come il tenere la prua e la quota in maniera perfetta, inoltre l’autopilota lascia più tempo per pensare e dedicarsi alle comunicazioni e alla funzioni di controllo del volo, degli apparati di bordo, nonché della situazione meteorologica.

Il pilota deve conoscere il suo autopilota alla perfezione, così da saperlo impiegare in modo sicuro, e così da sfruttarne al meglio le capacità.

Eliche
Un’elica è costituita da una o più pale collegate ad un mozzo contrale, ognuna delle quali è costituita da profili simili a quelli alari, tranne che in prossimità del mozzo, dove per ragioni di robustezza strutturale, le sezioni si deformano gradualmente verso la forma circolare.
La rappresentazione grafica delle eliche non è immediata a causa della particolare forma ad esse conferita per esigenze aerodinamiche. Gli elementi geometrici che concorrono alla caratterizzazione di un’elica sono in parte analoghi a quelli già impiegati per definire l’ala, come il bordo d’entrata, il bordo d’uscita, il dorso, il ventre, le corde aerodinamiche e geometriche dei profili alari costituenti la pala ed in parte differenti e caratteristici, come gli assi di riferimento, la campanatura primaria e secondaria, l’avanzo e il regresso.
Si definisce linea di campanatura o semplicemente campanatura la linea congiungente i baricentri dei vari profili alari costituenti la pala, tale linea è generalmente curva.

Per quanto concerne il verso di rotazione, l’elica viene definita destrorza o sinistrorza se tale verso, esaminando dal posto di pilotaggio, è rispettivamente orario o antiorario.

- Traente, se l’elica è posta in avanti (al muso).
- Spingente, se l’elica è posta posteriormente (nella parte posteriore dell’aereo).

Dal punto di vista operativo esistono eliche con caratteristiche diverse in relazione alla possibilità che hanno le pale di ruotare rispetto al piano di rotazione, prendono il nome di eliche a passo variabile, qualunque sia il dispositivo che ne consente la variazione.
Come lascia immaginare il passo costruttivo della pala non è modificabile nel passo fisso. Per questa ragione l’angolo di calettamento non è controllabile in alcun modo come avviene sulle eliche a passo variabile.
Generalmente questo tipo di eliche è costituito in legno o in leghe di alluminio.
Quindi l’elica a passo fisso non cambia di rotazione ma è un'elica fissa al mozzo che ruota e che fornisce il massimo della spinta a una determinata velocità imposta dal costruttore.
L’elica a passo variabile invece, come dice il nome, varia a seconda delle esigenze del pilota di effettuare una discesa o una salita, o una determinata manovra di volo.
Tutto questo tramite un comando, il propeller, che regola tramite un impianto la rotazione stessa dell’elica, cambiando gli angoli.

Inoltre nel mozzo dell'elica a passo variabile c'è una specie di autopilota dei giri dell'elica, un governor che consente di variare a seconda dei casi e delle manovre gli angoli in base alle esigenze che sente dal motore, variando i giri dell'elica e la posizione di piccole variazioni.

Gli aerei a elica più sofisticati possiedono quasi tutti il passo variabile.
Invece gli aerei commerciali hanno il motore a getto, il cui funzionamento è completamente diverso da quello di un motore ad elica.

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