La lettura della presente pagina (ed altre ad essa collegate) è vivamente sconsigliata agli studenti che intendano passare gli esami di aerodinamica.

Non sono un ing. aeronautico e non mi assumo responsabilità per gli esiti dei loro esami.

Se vi piacciono gli aeromodelli non convenzionali, tendenti a prestazioni fuori dal comune, però leggete pure.

 

Dott. Ing. Flavio Mattavelli

Pagina accessoria (settima parte del mio articolo Configurazione tuttala) a quella sui modelli MAX (sesta parte).

Fino a che punto conviene provare configurazioni di volo "controcorrente" (cioè anomale e credo mai sperimentate prima)?

Modelli A-RC & MIX-RC (tuttala a svergolamento anteriore -RC)?

Per tali modelli RC (radiocomandati etc.) qui si tratta quasi esclusivamente di esercizi di aerodinamica virtuale, perché non penso che qualcuno pensi di costruire tali modelli.

Io penso che gli A-RC & MIX-RC si possano fare, ma il gioco potrebbe non valere la candela.

Pongo che si conosca già il significato delle configurazioni dei miei modelli di cartoncino denominati serie MAX, serie A & serie MIX, diciamo genericamente tipi a freccia positiva a svergolamento anteriore, tutti tuttala con stabilizzazione simil-convenzionale, analoga a quella dei miei modelli T e modelli Z, che però sono a svergolamento posteriore. Nel presente articolo i termini configurazione, tipo, modello, serie di tuttala sono praticamente sinonimi.

Intendo per svergolamento anteriore l'inclinazione dell'estremità alare (inclinata per lo più verso il basso, rispetto alla direzione del moto) regolabile tramite incernieramento diagonale alla semiala, ove la diagonale, partendo dal bordo d'entrata della semiala, cioè anteriormente, possa finire anche sulla corda di estremità, ma genericamente finisca sul bordo d'uscita, in una posizione più esterna rispetto a quella di partenza, determinando la cosidetta convergenza delle 2 cerniere di estremità, convergenza intesa nel senso di marcia.

Lo svergolamento posteriore regolabile ne è il contrario, nel senso che la cerniera diagonale parte dal bordo d'uscita e finisce davanti in posizione più esterna lungo la semiala, con un'aletta mobile inclinata in condizioni di stabilità essa pure solitamente con incidenza verso il basso (cioè svergolata "negativamente") nelle semiali a freccia positiva, quindi adesso con il bordo d'uscita dell'aletta sollevato sul piano della semiala, determinando perlopiù una divergenza delle 2 cerniere di estremità dell'ala. In condizioni di frecce particolari però tale divergenza, solo nei casi di svergolamento posteriore, può divenire convergenza nel senso di marcia, caso che tuttavia ora non mi interessa particolarmente...

Sia ben chiaro che lo scrivente intende ben diversi lo svergolamento anteriore da quello posteriore, benché la corda di estremità sia intesa solitamente terminare con la stessa incidenza nei 2 casi. Infatti i profili intermedi risultanti dall'incernieramento delle alette nelle zone svergolate sono diversi, vedere avanti il capitolo: Linee di piega delle "tips" rispetto alla freccia alare.

Probabilmente se non ci fossero incernieramenti il concetto di svergolamento alare dello stesso profilo potrebbe essere identico nei 2 casi, se non mutassero anche i vortici di estremità.

Altrettanto probabilmente si potrebbero ottenere gli stessi risultati mutando i profili di estremità (svergolamento aerodinamico), senza svergolare geometricamente l'ala. Che i risultati siano identici non vuol dire che i metodi siano gli stessi, anzi la diversità potrebbe notarsi proprio durante la modifica dello svergolamento geometrico tramite incernieramento delle alette di estremità ad incidenza variabile, per ottenere regolazioni della direzione di volo, tramite manovre la cui fattibilità e convenienza sono lo scopo del presente articolo di studio.

Inoltre la diversità antero/posteriore viene esaltata dalla presenza della freccia alare, appunto sempre presente in questi modelli a freccia positiva, con angolature del bordo d'entrata da circa 10° a 30°, e con angolature ulteriori per effetto della piega di svergolamento anteriore (tipi A), ed inferiori per effetto della piega di svergolamento posteriore (tipi T & Z).

Ricopio per comodità un disegno riassuntivo, già presente nella mia pagina MAX.

Sezioni dell'estremità di una semiala, eseguite in un piano perpendicolare alla cerniera di piega, con incernieramento in diagonale "anteriore"; a sinistra di ogni sezione c'è il bordo d'uscita della semiala, mentre a destra c'è il bordo d'entrata dell'aletta mobile; tratteggiati i limiti indicativi dei campi di escursione delle alette di estremità (denominate derivetta nel tipo MAX e pseudowinglet nei tipi A & V). Le inclinazioni nel quadrante inferiore esterno sono convenzionalmente negative. Le inclinazioni dei tipi V (nel quadrante superiore esterno) sono convenzionalmente positive. L'angolo supplementare tra la semiala e l'aletta verrà successivamente indicato con α (ad es. per la sez. del tipo A l'angolo α = circa 25° sotto il piano della semiala, senza convenzioni di segno angolare). Passando dai tipi A ai tipi V, quando la pseudowinglet si posiziona orizzontale si ottengono i tipi J, ove l'aletta a inclinazione zero in pratica potrebbe non esistere.

Campo di escursione della mobilità delle alette "anteriori" di estremità.

Pensando alla possibilità pratica di movimentare in volo le alette ritengo che un campo di 90 °, come quello dei tipi MIX, sia costruttivamente già troppo elevato, ma, secondo la convergenza delle alette, più che sufficiente per eseguire manovre, per le quali basta un'escursione molto inferiore, appunto secondo i tipi, ad esempio basta un'escursione di pochi gradi per i tipi A, ma occorrono molti gradi per i tipi MAX.

 

Mi rivolgo agli aeromodellisti esperti di radiocomando (RC) che volessero sperimentare nuove configurazioni di stabilizzazione e controllo dei tuttala a svergolamento anteriore.

Ho deciso di limitare lo studio al quadrante inferiore esterno, circa quello dei tipi MIX, tuttavia ovviamente, ribaltandone i concetti con logica, si dovrebbe poter manovrare anche negli altri quadranti.

I tipi V mi erano apparsi difficili da gestire ed ho pensato di trascurarli...(in sostanza si tratterebbe di tuttala a stabilizzazione similcanard dove le estremità alari assumerebbero il ruolo di sostentazione e la parte centrale dell'ala quello di stabilizzazione, con ingestibilità conseguente?...).

 

Le estremità alari piegate in alette mobili ( "tips") assumono diverse denominazioni secondo la loro superficie ed angolazioni, determinando le configurazioni MAX, oppure A, oppure configurazioni miscelate nei tipi MIX, con diverse posizioni d'impiego delle "tips". Le mie denominazioni delle "tips" sono rispettivamente "derivette" (v. articolo MAX), oppure "pseudowinglets" (pinne come individuate nell'articolo Configurazione tuttala, parte prima e parte quinta, v. tipi A,J,V), oppure entrambi  i termini possono assumere entrambi i significati nei tipi MIX miscelati, a condizione di precisarne la posizione d'impiego, che è solitamente prevalentemente verticale (=sub-verticale) per le "derivette", o quasi orizzontale (=sub-orizzontale) per le "pseudowinglets".

In realtà solo nelle "pseudowinglets" sub-orizzontali si può parlare di puro svergolamento anteriore delle estremità alari, in quanto le "derivette" sub-verticali dei MAX hanno ruotato il concetto di puro svergolamento di circa 90°, trasformando lo svergolamento in una specie di spurio freno aerodinamico diruttore a deflessione di flusso.

 

Passando attraverso le 3 configurazioni base MAX, MIX e A, in versioni ipotizzabili radiocomandate (RC), esse diverrebbero i modelli delle serie:

 

1) MAX-RC. La configurazione dei MAX-RC con opportuno profilo alare, magari autostabile veloce, nonostante che la presenza delle 2 derivette subverticali convergenti (a parte problemi di atterraggio) aumenti la resistenza aerodinamica complessiva, potrebbe essere interessante. Intendo un tuttala radiocomandato, con le superfici di controllo limitate alle 2 "derivette", se queste fossero sufficienti alle desiderate manovre di volo, lasciando tutta la rimanente ala a profilo ideale e "pulito", con guadagno di efficienza aerodinamica, ma temo forse con poca manovrabilità di acrobazia...(non volendo utilizzare anche specifici "rudders-elevons-alettoni-etc." addizionali. Se si aggiungessero troppe altre parti mobili tali tuttala presenteranno a tutti gli effetti gli stessi pregi e difetti dei tuttala RC tradizionali a parti mobili posteriori). Le superfici mobili anteriori sarebbe auspicabile che fossero solo 2, sia per virare che planare diritto a pendenza variabile, ma, mentre per planare diritto 2 alette potrebbero bastare, per virate corrette non basteranno. Resterà inoltre il problema delle 2 derive mobili rivolte in basso, sotto l'estremità dell'ala dei MAX-RC, derive guastabili in atterraggio.

2) MIX-RC. Nel caso dei MIX-RC si potrebbero alzare le derivette da sub-verticali fino a quasi in orizzontale, sempre ad ala di gabbiano ad estremità svergolate negativamente tramite incernieramento diagonale anteriore, il che comporta l'abbassamento della coda del modello a freccia positiva in volo e quindi un atterraggio "seduto". I modelli MIX-RC dovrebbero funzionare in un vasto campo di inclinazioni delle derivette, quindi queste devono avere caratteristiche geometriche intermedie tra quelle tipiche dei MAX (in genere piccola superficie) e le pseudowinglets (grandi pinne) dei tipi A.

Le soluzioni di compromesso a volte funzionano, ma potrebbero dare scarse prestazioni e forse problemi di controllabilità nell'esteso campo (circa 90°) delle loro possibili inclinazioni.

3) A-RC. A questo punto sarebbe meglio pensare ad un tipo solamente A-RC (più sensibile e nervoso per via dell'immediata sensibilità delle pseudowinglets?), che offrirebbe forse il vantaggio di una maggior operatività dei singoli soli semplici MAX-RC (più tranquilli, anzi troppo tranquilli, in volo per via della scarsa efficacia delle derivette mobili, intese piccole e poco convergenti).

Credo utile ricordare che, mentre "tips" è un termine generico, ho chiamato "pseudowinglets" le "tips" dei tipi A & A-RC, nonché talora dei tipi MIX & MIX-RC, mentre ho chiamato "derivette" le "tips" proprie dei tipi MAX & MAX-RC, e talora dei tipi MIX & MIX-RC, alette piegate tutte sotto l'ala, esclusivamente nel quadrante inferiore, da subverticale a suborizzontale verso l'esterno dell'ala.

 

Per i modelli ad estremità alari mobili, aggiungendo la possibilità di modificare in volo le estremità, si modificherà l'effettivo reflex o diedro longitudinale risultante dalla somma di effetti particolari, o per spostamenti simmetrici oppure asimmetrici delle estremità, potendo quindi effettuare manovre sali-scendi e/o contemporaneamente virate intenzionali.

Ad esempio solo una pseudowinglet più negativa, cioè più deportante, nell'ala a freccia positiva stabilizzata in configurazione A, fa cabrare e rollare il modello verso la stessa semiala della pseudowinglet modificata, che diverrà interna alla virata e più lenta per eccesso di resistenza. Non è escludibile un pericolo di vite per stallo asimmetrico dell'ala interna, penalizzata per lavorare ad incidenza maggiore...tuttavia sarebbe possibile eseguire anche una bella virata, si tratta di stabilirne le condizioni.

In generale questi modelli ad "alettoni anteriori" (mi si perdoni la terminologia impropria) sono stati sconsigliati dalla maggioranza degli esperti del forum Barone Rosso, ma intendo verificare se esista invece qualche vantaggio nella stabilizzazione e controllo anteriore tramite "tips" mobili e regolabili in volo, nei tuttala a freccia positiva.

 

Un buon MAX non diventerà mai un buon A, un buon A non diventerà mai un buon MAX, un MIX accettabile potrebbe non diventare mai né un buon MAX né un buon A, però potrebbe divenire un buon MIX, o resterà sempre solo un MIX accettabile?

Qualitativamente le 3 configurazioni base sono la stessa cosa, però con angoli di piega (convergenza ed inclinazioni) e superfici mobili quantitativamente diverse, e diversi intenti di manovrabilità, con diverse modalità di pilotaggio, quindi si può rispondere alla domanda in vari modi specialistici, da quantificare a seconda delle tipologie di risultati che si vogliono ottenere (alianti, acrobatici, a motore, FPV etc.).

Un buon MIX di cartoncino ottimizzato nella geometria logicamente potrebbe divenire un buon MIX-RC.

Considerare appunto la possibilità di esecuzione delle pluriconfigurazioni tutte accorpate in un unico tuttala, cioè immaginate particolari tipi di super MIX-RC = A+MAX+RC, con ali tutte profilate e servocomandi miscelati, però credo di difficile esecuzione progettuale preventiva volta alle massime prestazioni della singola specialità.

Occorrerà ricorrere in pratica a ripetute rischiose prove sperimentali, se addirittura poi non si pensa ad un pilotaggio computerizzato o a guida FPV.

Il gioco di presumibilmente diversi e numerosi modelli MIX-RC rotti o rimaneggiati varrà la candela? Non credo, e nessun giudizioso aeromodellista dilettante amatoriale vorrà cimentarsi; comunque, nel caso esista ("quel temerario sulle macchine volanti"), ecco per lui degli spunti da rielaborare.

 

Seguito della trattazione aerodinamica dei tipi MAX.

 

Paradosso del margine statico.

Siccome un tuttala della serie MAX ("senza reflex né svergolamenti" evidenti) può volare modificato con le derivette in alto, se il diedro trasversale fosse zero, senza considerare eventuali devianze laterali per la mancanza del diedro trasversale, si può pensare che nei tuttala MAX di cartoncino (con diedro zero) capovolti il volo rovescio sia sempre possibile senza porre altre condizioni? A logica la risposta dovrebbe essere longitudinalmente si (per la mancanza di svergolamenti); in pratica apparentemente no, perché lanciando un MAX capovolto (senza modificare nient'altro che il capovolgimento al lancio e trascurando le devianze laterali), il risultato pratico è sempre una picchiata a looping rovescio, talora proseguente proprio in volo rovescio, mentre lanciato non capovolto, cioè "normale" con le derive sotto, plana centrato "diritto". Pertanto occorre supporre che ci sia uno svergolamento o reflex nascosto utile nel volo "normale", reflex che invece si manifesta deleterio dopo il lancio capovolto.

Evidentemente le semiali di cartoncino non sono perfettamente piane, come già accennato nell'altra pagina dei MAX nel riquadro giallo, colà come causa accessoria, mentre invece ora sembrerebbe la causa principale e recondita della stabilità longitudinale dei MAX durante il volo "normale": si può pensare che la clip spiattante il cartoncino abbia creato un notevole reflex nascosto non trascurabile, assolutamente indispensabile per la normale planata.

Paradossalmente per me, sembrerebbe non vero che i MAX possano volare solo col margine statico senza svergolamento, come da me sostenuto nel "topic" del forum Barone Rosso, e di fatto sostenuto quasi in tutta la pagina dei modelli MAX, ed anche in riferimento ai modelli J, con ali a lastra piana.

Però l'apparenza può ingannare, la stessa causa nascosta giustifica l'asserto che i MAX a lastra piana possono volare senza reflex, infatti quando c'è lo svergolamento nascosto il cartoncino non è piano, caso per il quale l'asserto non vale.

La clip insieme alla nervatura della linea di piega centrale mediana delle 2 semiali trasformano la lastra piana in un profilo particolare, con una concavità in alto a centro ala, dove lo spiattamento del naso è contrastato dalla nervatura della linea di piega del cartoncino. Dunque se a centro ala c'è una concavità superiore determinante una forza aerodinamica, occorre un sistema di equilibratura, che potrebbe essere automaticamente fornito nascostamente dalla torcitura alare delle estremità, solitamente ad inclinazione leggermente negativa procurata dalla stessa nervatura spiattata dalla clip solo anteriormente a centro ala (stabilizzazione come nei casi A).

In casi ultraparticolari (V) potrebbe esserci una torcitura di estremità leggermente positiva, ma con sostentazione e stabilizzazione ultracritiche...

Comunque la presenza di curvature del cartoncino è l'eccezione che conferma la regola, che credo valida invece per le lastre piane (ed anche per i profili biconvessi simmetrici ed ovviamente per i profili reflex, autostabili per definizione, a momento focale nullo).

Regola:

Se non ci fosse il reflex nascosto e l'ala fosse proprio tutta piana, i tuttala a freccia positiva potrebbero essere equilibrati longitudinalmente soltanto da un opportuno margine statico e stabilizzati dalla freccia, regola confermata dalle esperienze che seguono.

Ho costruito un aeroplanino tuttala di cartoncino a freccia positiva, diciamo simil MAX, però senza la piega mediana centrale, e quindi anche senza diedro trasversale, ma dotato di 2 derivette di estremità, che ho voluto fare leggermente convergenti. Ovviamente la stabilità trasversale in questo caso non esiste, ma esiste una stabilità laterale fornita dalle derivette. Centrare con la sola clip non è stato facile e l'efficienza è stata scarsa (circa 4), tuttavia tale modello plana quasi indifferentemente sia con le derive sotto a 90° che con le derive sopra, non piegate fino a 90° sopra, ma proprio con il modello capovolto 180°.

Preciso che, dopo il lancio capovolto con le derive sopra l'ala, tale modello non esegue più un looping rovescio in picchiata, bensì plana "quasi indifferentemente" sempre centrato, rispetto a quando lanciato con le derivette sotto, quindi i MAX ed i tipi J (veramente piani) possano volare solo col margine statico senza svergolamento né reflex!

Certo occorre intendersi sul significato di volo o di semplice "sparata": anche i proiettili "volano" (v. successiva nota: Tutto sbagliato, tutto da rifare?).

Preciso ulteriormente il significato della scrittura "quasi indifferentemente": può dipendere dall'influenza delle 2 derivette, che ho voluto fare leggermente convergenti.

Con le derivette sotto l'ala, la loro resistenza fa picchiare leggermente ed aiuta la stessa clip a centrare il modello leggermente picchiato.

Con le derivette sopra l'ala, la loro resistenza fa cabrare leggermente e contrasta la stessa clip a centrare il modello leggermente cabrato.

Un'ulteriore prova fatta con le derivette non convergenti, ma esattamente parallele, in un altro simile modello di cartoncino senza la piega mediana centrale ha dimostrato poi lo stesso asserto inerente il margine statico autosufficiente nei tuttala piani a freccia positiva, con planate quasi identiche, sia con modello "diritto" (a derivette sotto l'ala) che capovolto, pur con efficienza scarsa (circa 4), ed affidabilità decisamente insufficiente, per la mancanza del diedro trasversale ed inevitabili piccole storture del cartoncino (se siete più pignoli di me riprovate con una tavoletta di balsa proprio piana, per dimostrazione al 100%; ritengo le prove col cartoncino valide al 99%).

 

Ciò non significa che si debbano fare modelli simil MAX senza la piega mediana centrale, perché questi daranno risultati sempre peggiori dei MAX classici con la piega centrale (e notevole reflex più o meno nascosto e determinante). Infatti la presenza di un minimo reflex nascosto, se il modello è ben centrato e simmetrico, in pratica migliora sempre l'efficienza aerodinamica apparente, solitamente risultante anche dal miglioramento della stabilità longitudinale del tuttala di cartoncino, ma soprattutto efficienza risultante dall'aumento (minimo) d'incidenza dell'ala al vento relativo, con aumento massimo di portanza a fronte di un aumento minimo di resistenza.

Inoltre costruire modelli con la piega centrale per ottenere un taglio delle semiali simmetrico è più facile che tracciarli simmetrici per poi tagliarli senza piega.

 

Tutto sbagliato, tutto da rifare? Infatti senza reflex il volo è come un tiro balistico di un missile, o come il tiro di una freccia scoccata da un arco? No. Il lancio dei miei modelli di cartoncino avviene a velocità bassa, quasi accompagnando il volo. Ecco la questione difficile ed importante, la risposta si chiama assetto rispetto alla traiettoria, o meglio incidenza rispetto al vento relativo. Se il lancio viene condotto in assetto leggermente cabrato nasce un'incidenza che crea portanza alla lastra piana, con coefficiente di momento positivo, che potrebbe venir bene equilibrato da un giusto margine statico, comunque difficile da trovare. Se il lancio viene condotto in assetto molto cabrato, il tuttala aumenta la cabratura e stalla poco dopo. Se il lancio viene condotto in assetto picchiato lento, il tuttala può impuntarsi subito al suolo. Se il lancio viene condotto in assetto picchiato veloce, una minima incidenza positiva potrebbe stabilizzare il tuttala in una successiva planata quasi centrata, qualora il margine statico fosse sufficiente ad equilibrare il momento della portanza positivo rispetto al baricentro. Se il margine statico è eccessivo il modello picchia comunque, mentre se il margine statico è scarso la planata potrebbe risolversi in una seduta o cabrata lunghissima, apparentemente buona, tranne che a fine volo, con stallo e giù di muso.

 

Dopo il lancio iniziale l'aliante non sostentato dalla portanza e nemmeno in deportanza, cioè con assetto zero, procede per inerzia, consumando la propria energia cinetica finché l'attrito dell'aria, la resistenza, bloccherà l'avanzamento, ed il peso avrà vinto tutta l'energia potenziale dovuta all'altezza o all'aria ascendente per una termica. Potrebbe non succedere così se ci fosse una trazione o una spinta propulsiva direzionata a sviluppare portanza in un aereo a motore, ma non è il caso qui trattato.

 

La stabilità non è solo questione di equilibrio: un modello stabile deve mantenere la traiettoria anche se sollecitato a cambiarla per cause esterne (es. colpo di vento).

Qui interviene la freccia dei tuttala, con circolazione dei flussi in modo per me abbastanza misterioso (v. avanti Linee di piega delle "tips" rispetto alla freccia alare, e capitolo successivo sugli Sviluppi del concetto di svergolamento ai fini della stabilizzazione longitudinale dei tuttala). Sostanzialmente la freccia alare interviene nella stabilità come descritto in Configurazione tuttala, parte prima, poi la presenza di alette di estremità modifica la circolazione...Per la corrispondenza freccia/svergolamento v. la nota finale rimandante ai lavori dell'Ing. Ferdinando Galé.

 

Ipotesi delle ali profilate.

Nei modelli MAX di cartoncino e nei modelli A a freccia positiva con ala svergolata negativamente alle estremità, quindi con reflex manifesto (che comporta un'efficienza solitamente maggiore), l'efficienza può apparire comunque scarsa, rispetto ad altri aeromodelli profilati, non di cartoncino.

Il fatto che i MAX hanno apparentemente più superficie di sostentazione rispetto agli A non credo che li avvantaggi particolarmente nella planata, alleggerendo il carico alare: i MAX dovrebbero solo planare più lenti, anche per via della resistenza delle derivette. Il carico alare maggiore degli A, e la velocità conseguente, può aumentare la portanza, ma anche la resistenza, senza aumentare l'efficienza. L'efficienza dipende sostanzialmente dal profilo alare, ed anche dai rapporti tra le superfici deputate al sostentamento e alla stabilizzazione e controllo, superfici collegate dalle incidenze dovute all'equilibrio del reflex, quindi dal margine statico. C'è chi dice che nei tuttala si perda buona parte della superficie alare per la stabilizzazione, da farli scartare rispetto agli aerei convenzionali. Qui non mi pronuncio.

Sostanzialmente in tutti i miei aeroplanini di cartoncino non c'è un'efficienza mostruosa, dovuta all'impiego della lastra piana, mentre se si potesse usare un profilo aerodinamicamente più prestante si potrebbe raggiungere un'efficienza maggiore, ma occorrerà anche un adeguato reflex/svergolamento, se il coeff. di momento focale diviene diverso da zero.

Nell'ipotesi che vogliate costruire un tuttala, magari RC, non di cartoncino a lastra piana, cioè non fornito di un profilo biconvesso simmetrico, e nemmeno fornito di profili autostabili, ma però munito di un profilo molto più prestante, es. concavo-convesso (o altri a momento focale diverso da zero: se c'è camber il momento dovrebbe essere negativo, dunque richiedere, a parità di margine statico, reflex elevato), il reflex o lo svergolamento alare diverranno indispensabili per bilanciare il momento focale, oltre al margine statico, in quanto la freccia alare non è in genere abbastanza in grado di stabilizzare come il reflex/svergolamento dei profili.

 

Se si passerà a modelli con ali profilate e prestanti l'efficienza aumenterà considerevolmente rispetto alla lastra piana e sarà una storia di buona sostentazione, oltre che di stabilità e controlli, tuttavia questi non andranno dimenticati. Infatti ad ogni variazione controllata di stabilità è collegata la possibilità di pilotaggio, precisamente quello che vorrei fare in questa pagina virtuale, lasciando per ora i perché del miglior sostentamento dovuto ai profili alari un poco in second'ordine (in altre parole trascurerò la scelta del profilo alare migliore, che esula dalla presente trattazione).

Tenere presente che tuttala ben fatti non di cartoncino già volano anche in volo rovescio ed acrobaticamente bene, ovviamente ben pilotati, modificando in volo le inclinazioni delle superfici di controllo, che sono di solito tradizionalmente a "svergolamento posteriore".

Io vorrei verificare se alternative superfici di controllo a "svergolamento anteriore" possano dare risultati in qualche caso migliori, anche se già suppongo che i risultati pratici potrebbero essere quasi uguali, da non giustificare alcun cambiamento, a fronte delle difficoltà costruttive in genere presumibilmente maggiori, a parità di profilo alare di base.

 

Sistemi di stabilizzazione e controllo a "svergolamento anteriore" soltanto delle estremità, nei tuttala a freccia positiva.

In qualche caso si può pensare di porre le estremità mobili rivolte sopra l'ala, con effetto cabrante dovuto alla resistenza di alette convergenti, sempreché non prevalga un effetto anche portante delle alette nella fase di transizione in configurazione V-RC, che in tal caso farebbe picchiare il modello, a basse incidenze positive. Per evitare ambiguità ho deciso di non considerare posizioni delle pseudowinglets alzate sopra l'ala, limitando i casi MIX-RC solo nel quadrante inferiore esterno di movimentazione delle alucce: più avanti verranno accennati ma trascurati i casi 5 e 6, che contemplano appunto 2 alette rivolte sopra l'ala.

Movimentare solo le estremità dei tuttala a freccia positiva marcata equivale di fatto ad una stabilizzazione simil convenzionale, però a "svergolamento anteriore"con incernieramento anteriore anziché posteriore, allorquando le estremità lavorano in variazione di portanza, come nei tipi A; in alternativa movimentare a "svergolamento anteriore" può anche significare una pseudo stabilizzazione a variazione di resistenza nei tipi MAX a 2 derivette convergenti, inoltre esistono le posizioni intermedie dei tipi MIX.

Per quel che concerne i controlli, un MAX non differisce molto da un MIX con controlli a resistenza, mentre un tipo A ha i controlli principalmente solo a variazione di portanza negativa, però potrebbe degenerare esso pure in un tipo MIX a predominanza di resistenza, quando le pseudowinglets fossero stallate.

Esiste infatti una sostanziale differenza nei sistemi di stabilizzazione e controllo a pseudowinglets suborizzontali oppure a 2 semplici derivette subverticali convergenti.

Vediamo di immaginare tutti i possibili casi di "tips" a svergolamento anteriore negativo regolabile, cioè a bordo d'entrata mobile, possibili in ogni aerodina, ma in particolare in ogni tuttala, principalmente per la stabilizzazione ed eventuali manovre, quindi con "tips" mobili solo alle estremità alari, eccettuando i casi di bordo d'entrata mobile lungo tutto il bordo d'entrata, questi ultimi che solitamente sono solo con l'intento di aumentare la portanza di tutta l'ala, unitamente ad eventuali altri ipersostentatori (flaps posteriori), altri casi noti come "slats", "droops", "slots", casi di ipersostentatori anteriori qui non trattati.

Si potrebbero confondere le pseudowinglets/derivette con degli slats o meglio droops, ma in realtà fanno un lavoro diverso. I droops anteriori hanno un effetto ipersostentativo accoppiati ai flaps posteriori, tuttavia credo che da soli eccessivamente piegati possono originare un loro stallo in deportanza, essere solo molto resistenti lungo tutto il bordo d'entrata, con conseguente picchiata di tutta l'ala..., mentre intendo studiare gli effetti delle parti mobili solo alle estremità alari, dove sono più efficaci in caso di manovre di virata.

 

Foto delle "tips" indicative dei modelli tipo MAX & tipo A.
A sinistra "tips" del tipo MAX 5 ed a destra del tipo A 8.

Nei miei modelli di cartoncino le"tips" ( = estremità alari piegate in aluccie) vanno preimpostate prima del lancio, solitamente per andare diritto, mentre, se si trattasse di modelli RC ( = radiocomandati, con superfici di controllo mobili), le "tips" possono fungere da organi di manovra in volo.
Esistono sostanzialmente 2 modi base per effettuare le virate di un tuttala a svergolamento anteriore (configurazione A) od anche senza svergolamento evidente (configurazione MAX), modificando le inclinazioni delle "tips" rispetto alle posizioni di volo stabile:

  • a principale variazione di resistenza (azione simile a modifiche del MAX 5), e/o
  • a principale variazione di portanza delle semiali destra e sinistra (es. immaginate interventi asimmetrici sulle "tips" dell' A 8).

Inoltre i 2 modi base possono essere miscelati nel tipo MIX, non illustrato. Le situazioni estreme dei MIX, con prevalenza di resistenza oppure di portanza, sono rispettivamente qualora l'A8 fosse piegato come il MAX, oppure il MAX fosse piegato come l'A8. Le frecce delle pieghe e le superfici delle "tips", nonché la loro forma in pianta, possono essere modificate di progetto in innumerevoli varietà di tipi MIX intermedi.

In particolare i modi anzidetti possono essere espletati in una miriade di sottocasi anche RC, che ho cercato di elencare immediatamente di seguito, comprendendo sia le soluzioni praticamente utili che quelle teoriche logiche, ma praticamente inutili nel volo RC, invece utili solamente nel ristretto impiego del cartoncino in modelli sperimentali.

Dalla foto, mentre le convergenze sono evidenti, non appare la superficie della derivetta verticale del MAX 5, superficie decisamente minore di quella della ben visibile "tip" sub-orizzontale del tipo A8.

Immaginate, utilizzando i radiocomandi con adeguati servoattuatori dei movimenti delle "tips" nei casi RC:

  1. modelli con coda a derive dotate di timone ("rudder") a piega variabile incernierato ad asse verticale, con derive sempre verticali, modelli non illustrati; tipi D con 1 oppure tipi 2D con 2 derive a variazione di convergenza, tipi mai da me realizzati, e credo da scartare perché insufficienti per eseguire tutte le manovre in assenza di altre parti mobili da aggiungere, ma che non voglio aggiungere.

  2. modelli MAX-RC tipici a "derivette" inferiori all'ala, senza timone, a piega ad asse suborizzontale poco convergente e di piccola superficie, ad azionamento in campo prevalentemente subverticale, cioè con derivette poco variabili di inclinazione di scostamento dalla verticale, credo poco utili se eseguiti RC in assenza di altre parti mobili da aggiungere, ma modelli adatti per giocare nella semplice esecuzione di cartoncino, tipi MAX. Se volete potete anche chiamare i tipi MAX, con ala a "tips" a 90° sotto, tipi con ala a C inverso, ma siccome questa denominazione potrebbe confondersi con le altre ali a C (4,5,6), ho preferito chiamare univocamente i tipi MAX tipi MAX.

  3. quando l'azionamento da subverticale si estende 90° in fuori fino a divenire suborizzontale, sempre sotto l'ala, c'è la forma ibrida dove MAX può divenire A (e viceversa) = tipi MIX  ad estremità deportanti se non stallate, essendo sotto l'ala, senza derive aggiunte, MIX possibili anche in cartoncino a tips fisse in volo, ma ovviamente ben più interessanti in future esecuzioni MIX-RC.

  4. quando l'azionamento da subverticale si estende > 90° in dentro sotto l'ala fino a divenire suborizzontale c'è la forma ibrida ad estremità portanti, definibile ala a C inverso ristretto o chiuso convergente. Tenere comunque presente che gli angoli sono approssimativi, nel senso che eventuali effetti pratici diversi cominceranno a sentirsi per pieghe oltre 120° e non > 90°.

  5. quando l'azionamento da suborizzontale si estende 90° in dentro sopra l'ala fino a divenire subverticale c'è la forma ibrida ad estremità portanti; definibile, quando la "tips" da portante (tipi V), oltre una certa incidenza con pseudowinglet stallata è divenuta principalmente resistente ed imbardante a 90°, ala a C diritto convergente...(nonostante lo stridore degli aggettivi diritto e convergente)

  6. quando si supera l'azionamento subverticale sopra l'ala verso il suborizzontale interno, la tips torna deportante, definibile ala a C diritto ristretto o chiuso convergente. Tutti i casi C sono riconducibili in parte simili alle ali ad anello, ma ai fini delle manovre possibili studiate in questa pagina per i tipi MIX-RC e per i tipi A-RC, tutti i casi C (4,5,6), tranne il MAX, verranno trascurati.

  7. modelli A e A-RC, con 2 pseudowinglets variabili di inclinazione negativa, a piega ad asse suborizzontale molto convergente e di grande superficie, ad azionamento prevalentemente suborizzontale (quando cioè non divengono modelli MIX & MIX-RC ad ampia escursione, per trasformarsi infine in MAX & MAX-RC)

  8. modelli A, A-RC, MIX, MIX-RC modificati anche con timoni sulle pseudowinglets, credo che si tratti di una pazzia logica per approssimare il morphing degli animali volanti, in pratica eviterei tali modelli ultrapluriconfigurati, ottenibili aggiungendo il caso 1 al caso 3 oppure aggiungendo il caso 1 al caso 7 oppure addirittura aggiungendo il caso 1 al caso 3+7.

  9. modelli A-RC & MIX-RC in più con 1 o 2 derive timonate separate, pluriconfigurati etc., forse inutili complicazioni, tuttavia forse esecuzioni necessarie in qualche caso, da sperimentare.

  10. i modelli J,V & V-RC ad inclinazione positiva, sottocasi del 5, già accantonati in precedenza, verranno trascurati, tuttavia considerare una possibile piccola escursione dei modelli A & A-RC nei vicini campi adiacenti J,V & V-RC in caso di manovre anomale...

Foto sopra tipo A 8, sotto tipo MAX 5, entrambi in scala ridotta rispetto alle foto delle loro tips.
Notare che la prospettiva della foto a lato riduce le superfici reali del tipo A 8, che in in realtà possiede corde alari ben maggiori di quelle del tipo MAX 5. I diedri trasversali sono modesti, leggermente accentuato dall'appoggio sul tavolo del tipo MAX 5.
Per le caratteristiche del tipo MAX 5 rimando alla pagina Modelli MAX, dove potete rilevare le misure anche su carta quadrettata.
Per le caratteristiche del tipo A 8 quoto:
Freccia positiva a sciabola a mezzaluna con pseudowinglets poco inclinate (v.sotto rif. angolo α).
Apertura alare 280 mm (apertura inizio piega bordo entrata 150 mm, bordo uscita 210 mm)
Corda alla radice 70 mm (corda in diagonale sulla piega circa 75 mm)
Clip rossa 45 mm
Efficienza variabile, es. circa 5 con volo teso con α = 10.

 

Ovviamente le 2 pseudowinglets mobili sub-orizzontali lavorano anche per variazioni delle singole resistenze e le 2 derivette mobili lavorano anche per variazioni di "portanza laterale contrapposta" sulle superfici sub-verticali, "portanza" talora meno forte della resistenza della singola derivetta, ma talora determinante, secondo le inclinazioni della derivetta...indicabili tramite l'angolo α.

Angolo α. Piuttosto che far riferimento all'effettiva incidenza rispetto al vento relativo, è più comodo, senza scomodare la trigonometria, fare riferimento all'angolo supplementare tra la semiala e la pseudowinglet, misurato nel piano perpendicolare alla linea di piega della pseudowinglet, perpendicolare che consente una misura immediata.
Misure approssimative solo indicative per modello A8 trasformato fino a divenire MAX (cioè un tipo MIX in configurazione 3), elencate a destra, lasciando la clip immutata.
Passando in configurazione 4), cioè α = 105°, il modello picchia con efficienza circa 3.
Modificando le inclinazioni ds./sin. si può virare a piacere in tutti i casi.
α = 10° - volo teso leggermente picchiato - efficienza circa 5 - più veloce
α = 15° - 20° - volo teso centrato - efficienza circa 6 - 7
α = 30° - volo leggermente cabrato - efficienza quasi 8 (fugoide lungo)
α = 45° - 60° - volo cabrato da accettabile a meno - efficienza da quasi 7 a 6 (e rallenta)
α = 75° - volo cabrato con fugoide corto - efficienza 5 - più lento
α = 90° - volo cabrato con fugoide più corto - efficienza 4 dopo picchiata iniziale
Si evince che un modello A non può essere trasformato pedissequamente in MAX senza un notevole peggioramento delle prestazioni. Affinché un tipo MIX possa volare bene nel suo campo di escursione delle tips occorre che le tips vengano ridotte di superficie o di angolo di convergenza rispetto alle tips del modello A del progetto originario.
Viceversa, affinché un tipo MIX possa volare bene nel suo campo di escursione delle tips occorre che le tips vengano aumentate di superficie o di angolo di convergenza rispetto alle tips del modello MAX del progetto originario.
Si comprende che un modello MIX non sarà un modello da gara, se non in condizioni molto fortunate della geometria delle tips, perché le soluzioni di compromesso danno raramente i buoni risultati sperati, comunque tentar non nuoce, meglio vedere sempre il bicchiere mezzo pieno.

Altra foto delle medesime "tips", a sinistra del tipo A8 ed a destra del tipo MAX 5.

Anche i tuttala tipi T, a stabilizzazione posteriore, potrebbero essere a variazione di resistenza degli "elevons", oltre che essere a variazione di reflex e quindi di portanza lungo la freccia alare, con modifica del profilo alare sulla stessa corda: gli "elevons" nei tuttala  possono essere usati proprio come "elevons", per cabrare o picchiare, (non come "flaps" per aumentare la portanza, perché nella freccia positiva equivarrebbe ad un effetto picchiante), e anche come alettoni tradizionali posteriori, piegati discordemente, per effettuare rollate e piegati asimmetricamente virate, anche senza l'ausilio della deriva...In virata gioca l'effetto "rudder", che può essere a differenziazione principalmente di portanza, ma soprattutto di resistenza aerodinamica sulle 2 semiali. L'analisi delle modalità si amplierebbe troppo.

Per limitare il discorso studierò in questa pagina appunto solo i tipi derivati dai MAX e dagli A, genericamente i modelli MIX intermedi. Se le inclinazioni di incidenza vengono modificate simmetricamente avverranno solo variazioni di beccheggio, mentre se sono inclinazioni diverse destra/sinistra avverranno virate.

Se le 2 pseudowinglets dei tipi A venissero portate sub-verticali probabilmente la resistenza eccessiva creerebbe diversi problemi, per risolvere i quali occorrerà modificare la geometria delle pseudowinglets, riducendole di geometria (convergenza e superficie) nei modelli MIX, senza arrivare alla tipologia delle derivette sub-verticali di geometria come nei MAX, altrimenti tali derivette diventerebbero insufficienti qualora si volesse poi tornare alla tipologia A. Per garantire la stabilità si dovrà pure modificare l'incidenza (svergolamento) delle pseudowinglets e forse la clip di punta del tuttala, sostanzialmente sempre stabile soltanto in configurazione A e modificato in MIX soltanto per effettuare senza rischi le desiderate manovre o di beccheggio o di virate etc.

 

I modelli A-RC e MIX-RC non esistono ancora.

Ovviamente, se esistessero, non potrebbero essere di cartoncino, né troppo piccoli, di apertura alare penso debbano essere oltre 70 cm, almeno per contenere i comandi etc.

Una volta individuato il modello di cartoncino migliore, valido in tutti i campi di regolazione desiderata delle alette, si potrebbe realizzare una versione in tavolette di balsa, o magari in depron, sempre a lastra piana a superfici mobili, ma temo che darà risultati comunque diversi da quelli ottenibili da ali profilate, più o meno centinate, con profili "ad hoc" (tuttavia qui non trattati).

Ho ipotizzato la loro costruzione, ma non mi risulta che siano stati mai fatti da nessuno ad "alettoni anteriori". Perciò questo articolo è del tutto da sperimentare.

I modelli A-RC non sono altro che i miei tuttala tipo A pensati ben profilati e dotati di "pseudowinglets" di stabilizzazione e controllo mobili tramite radiocomandi RC, disponibili comunemente nel moderno mercato di accessori aeromodellistici per pilotaggio da terra, ma anche in futuro potrebbero divenire delle "vere" aerodine pilotabili a bordo, o senza pilota UAV=APR= droni in senso lato, o anche rimanendo in campo modellistico pilotabili dal cielo in remoto tramite videocamera sul modello (FPV).

I MAX pure potrebbero essere realizzati RC movimentando solo le loro "derivette", però con un effetto diverso dagli A-RC, sebbene in sostanza un MAX-RC sarebbe da identificare con un A-RC, solo con la linea di incernieratura pressoché parallela alla direzione di volo, solo leggermente convergente nel senso di marcia, mentre in un A-RC vedo l'incernieratura molto più convergente ed il controllo effettuato agendo tramite modifiche di portanza, più che tramite modifiche di resistenza.

In sostanza un MAX-RC avrebbe un campo d'azione molto limitato, trasformandosi in un A-RC modesto, mentre un A-RC potrebbe divenire un MAX-RC esasperato, passando attraverso la trasformazione in un MIX-RC acrobatico pericoloso, se non venissero ridotte le pseudowinglets, secondo la convergenza dell'incernieratura e la loro superficie, divenute derive di estremità (non più "derivette"), di denominazione variabile con l'inclinazione, convergenza e superficie delle "tips".

 

Difficilmente un modello MAX-RC potrà raggiungere gli stessi livelli di manovrabilità di un A-RC, sebbene possano apparire qualitativamente assai simili: ciò che li differenzia è la superficie, la forma e l'angolazione delle alucce terminali dell'ala, angolazione che è determinante, sia come convergenza che come inclinazione. Il modesto trimmaggio ottenibile dalle derivette è meno efficace dell'inclinazione della solitamente ampia sup. delle "pseudowinglets" (o degli "elevons" dei modelli tipo T), che invece possono ottenere un reflex pesante. Inoltre nei MAX occore un lancio sostanzialmente quasi balistico, mentre ad es. negli A si può sviluppare maggior portanza di sostentamento per via di un assetto incidente provocato dallo svergolamento anteriore delle "pseudowinglets". Se si impiegassero profili portanti (al posto della lastra piana dei MAX e degli A) quasi certamente gli A-RC sarebbero migliori dei MAX-RC, anche con derivette di diverso profilo da quello dell'ala principale, sempreché nell'ampia escursione ipotizzabile per le alucce non intervengano momenti destabilizzanti incontrollabili: ciò indurrebbe a limitare le corse di escursione in entrambi i casi, e quindi forse ad aggiungere per la stabilità rispettivamente 1 o 2 derive fisse per i tipi A-RC (caso 9), oppure 2 "elevons-alettoni" per la manovrabilità dei tipi MAX-RC, trasformando di fatto un MAX-RC in un T-RC. Non credo che le derivette mobili possano sostituire completamente gli "elevons" per le manovre di beccheggio, e non credo che le "pseudowinglets" con modeste inclinazioni possano sostituire completamente i timoni direzionali, mentre potrebbero farlo con inclinazioni maggiorate, però temo con effetti collaterali difficilmente controllabili (possibilità di viti verticali per stalli asimmetrici di estremità e/o spirali in picchiata incontrollabili?...).

 

Esistono già comunque modelli tuttala senza derive di alcun tipo, a svergolamento posteriore.

Ad es. l'ottimo modello "The Paoli Flying Wing" mi ricorda molto la serie T senza derive, o meglio un incrocio tra la serie T e la serie Z, in quanto le sue "tips", superfici mobili ad "elevons"/alettoni di estremità in diagonale con cerniere angolate sul bordo d'uscita in modo opposto alle pseudowinglets, sono in effetti a svergolamento posteriore. L'andamento di tali alettoni è come quello da me denominato "no-winglets", e non presenta particolari problemi di incernieratura.   

Non ho trovato aeromodelli tuttala RC controllati invece come la serie A, cioè con svergolamento anteriore regolabile tramite "pseudowinglets" mobili, decisamente problematiche anche da un punto di vista costruttivo, ma credo che tale controllo stabilizzante potrebbe essere vantaggioso, perché credo che così planino i rondoni, i gabbiani e gli albatros, uccelli ottimi volatori, da considerare tuttala in volo rettilineo alla massima efficienza (con ali non digitate e coda timoniera chiusa a fuso).

Gli uccelli però, anche senza timonare di coda, possono scegliere svariate configurazioni di ali per virare, modificando a piacere le "tips" spostando gli svergolamenti, passando dalla configurazione T (ad elevons usati come alettoni posteriori) alla simile e più movimentante Z, indi alla configurazione più riposante dei MAX..., per finire correggendo rapidamente la virata nella configurazione A (ad "alettoni anteriori") e probabilmente integrando il tutto con slats e flaps, modifiche di camber, modifiche di piante e frecce alari, piegamenti delle intere ali uso deflettori e/o paracadute, etc. (o procedere con le stesse azioni al contrario! raramente in volo rovescio, ma taluni uccelli sono capaci anche di questo).

Dobbiamo sempre imparare dalla natura, ma non ho trovato ragioni assolute per le quali io sia spinto a sperimentare le configurazioni a "tips" mobili "a svergolamento anteriore", comunque penso (assioma in generale valido per tutte le aerodine) che la ragione principale dell'efficienza aerodinamica sia la minimizzazione delle resistenze aerodinamiche in ogni fase del volo, diritto ed in virata, e credo che nelle configurazioni tuttala "a svergolamento anteriore" ben fatto tale assioma possa essere ben verificato, tranne che nelle virate a raggio stretto (con pericolo di vite verticale?).

 

Linee di piega delle "tips" rispetto alla freccia alare. L'argomento è già stato ripetutamente trattato: Configurazione tuttala, parte prima (Confronto pratico tra svergolamento anteriore e posteriore) e parte terza (Osservazioni sulla freccia delle linee di piega delle superfici di stabilizzazione longitudinale, sulla posizione delle pieghe e incidenze d'estremità).

Anche se non c'è molta differenza, potrebbe esserci un vantaggio nello svergolamento anteriore, soprattutto nella stabilità di centratura direzionale a frecce positive sia dell'ala che delle pieghe delle alette di estremità (v. Consigli generali sulla stabilità direzionale dei tuttala di cartoncino).

Invece per quanto concerne la stabilità longitudinale gli svergolamenti anteriore dei tipi A o posteriore dei tipi T&Z possono apparire sempre la stessa cosa, cioè ingenerare notevole resistenze delle alette, a parità di portanze utili alla stabilizzazione, allorquando gli svergolamenti di pari superficie ed inclinazioni terminassero sulla stessa lunghezza di corda di estremità, con lo stesso centro di superficie delle alette, poste all'estremità della stessa ala, con la stessa forma in pianta.

Infatti che si abbassi il naso a coda ferma o che si alzi la coda a naso fermo, con la stessa incidenza di profilo, sembrerebbe la stessa cosa, guardando solo la corda di estremità. Una differenza evidente è che nel primo caso l'estremità dell'aletta abbassata determinerà un diedro trasversale negativo, mentre nel secondo caso, con l'aletta alzata, il diedro trasversale di estremità sarà positivo, il che inciderà sulla stabilità trasversale, ma non su quella longitudinale, se non variassero le forze aerodinamiche dei profili intermedi. Già la cosa dovrebbe invece incidere sulla resistenza indotta dai vortici di estremità, e soprattutto notare che variano le forze aerodinamiche dei profili intermedi dell'assieme aletta+semiala, nel tratto svergolato (nel disegno terze sezioni alari a partire dall'alto).
Se a pari portanze le resistenze delle alette del tipo A e del tipo Z fossero uguali questa pagina potrebbe essere inutile, o addirittura se le resistenze delle alette posteriori fossero minori di quelle anteriori, tutta la pagina sarebbe da cestinare, ma ho fiducia che non sia così, anzi che potrebbe valere il contrario, anche se la seguente dimostrazione non è certa al 100%.

Sviluppi del concetto di svergolamento ai fini della stabilizzazione longitudinale dei tuttala ed in generale ai fini dell'eventuale riduzione delle resistenze di estremità.

Notare che nello svergolamento posteriore il centro di superficie delle alette è (poco) più indietro che nello svergolamento anteriore, a parità di freccia alare e superfici delle alette. Sembrerebbe che, a parità di deportanza delle alette, ai fini dell'equilibrio longitudinale con lo svergolamento posteriore basterebbe una superficie delle alette inferiore a quella dello svergolamento anteriore, essendoci un maggior braccio di leva rispetto al baricentro del tuttala. Ciò è falso, perché occorre equilibrare i momenti focali di tutta l'ala e non delle singole alette, tenendo conto che la pianta delle semiali "fisse" (dipinta in celeste), a pari superficie, varia dalla forma di estremità "a sciabola" (come nel tipo A) alla forma quasi "a roncola" del tipo Z.

Osservare che nello svergolamento anteriore la freccia della linea di piega si somma alla freccia alare, quindi le "pseudowinglets" lavorano a circolazione arretrata, mentre nello svergolamento posteriore le "no-winglets" lavorano ad una freccia più bassa, in quanto la freccia del loro incernieramento, generalmente inferiore alla freccia alare, fa si che le estremità lavorano ruotate come a superfici rivolte avanzate rispetto al senso di marcia, pur conservando la loro posizione baricentrale.

Considerare inoltre che la distanza tra i centri di pressione delle alette anteriori/posteriori potrebbe essere resa perlopiù minima o addirittura coincidente, con leggere modifiche della pianta alare.

Nel disegno a latere, a pari superficie delle alette triangolari, i rispettivi centri però sono notevolmente spostati, tuttavia, tramite traslazioni e rotazioni in pianta tendenti a far coincidere i 2 centri, le alette possono essere rese quasi abbastanza con lo stesso centro rispetto al baricentro del tuttala, con leggere modifiche dell'identica superficie delle semiali alari "fisse" (dipinte in celeste).

Queste invece cambiano sempre notevolmente la loro pianta, passando dalla sciabola a freccia crescente del tipo A alla pianta del tipo Z, con semiala che non si può ancora definire a roncola, in quanto l'estremità alare avanzata non è ancora a freccia negativa.

Invece la forma ed angolatura della pseudowinglet triangolare del tipo A rispetto al senso di marcia ricorda già la sciabola, mentre ho definito la no-winglet roncola, in quanto il suo bordo d'attacco è a freccia negativa.

A parte le disquisizioni di denominazioni, è innegabile che i flussi sull'ala resteranno avviati all'esterno nel caso A e invece frenati nel caso Z , dove l'aria risalendo sull'elevon retrocederà  verso la semiala, retroflessa dalla freccia negativa dell'elevon.

Le rispettive posizioni del baricentro e del punto neutro nel disegno sono puramente orientative, ipotizzando lo stesso momento baricentrale positivo pur con diversi centri alette; i baricentri ed i punti neutri dei 2 tipi A&Z dovrebbero coincidere, allorquando i centri delle alette venissero fatti coincidere effettivamente. Tuttavia ipotizziamo per assurdo che risulti un diverso momento focale da equilibrare nei 2 casi.

Stai a vedere se prevarrà la resistenza dovuta alla deportanza di stabilizzazione longitudinale similconvenzionale oppure quella dovuta alla circolazione dei flussi a freccia.

Per la deportanza di stabilizzazione, essendo le pseudowinglets spostate geometricamente avanti, con un braccio di leva minore, esse dovrebbero, a parità di momento equilibrante, avere forza maggiore, quindi, a parità di inclinazione di svergolamento, essere di superfici più grandi delle no-winglets. Oppure le pseudowinglets dovrebbero, agli stessi fini della stabilizzazione, a parità di superficie e momento equilibrante, essere più inclinate (sempre in senso negativo verso il basso) dei casi no-winglets. Entrambe queste alternative sono false, perché occorre invece considerare i momenti focali di tutta l'ala, verosimilmente identici nei 2 casi, comunque ipotizziamo pessimisticamente che le pseudowinglets comportino una resistenza un poco maggiore di quella delle no-winglets, a meno che non si riesca a far coincidere i centri delle alette.

Per quanto concerne le circolazioni dei flussi, nel caso pseudowinglets, quello delle ali celesti, non frenato, sarà verso l'esterno, sommandosi al flusso generato lungo le pseudowinglets "a sciabola", esso pure diretto all'esterno delle estremità alari, senza alcun contrasto, tranne l'aria esterna, tuttavia, miscelato al flusso sorgente dall'intradosso, determinerà i vortici di estremità.

Invece nel caso no-winglets=elevons, triangolari "a roncola", il flusso delle ali celesti sbatte sugli elevons, restando frenato; inoltre il flusso degli elevons, essendo essi a roncola, si comporta sulle alette come alette a freccia inversa, cioè viene convogliato verso il centro ala, scontrandosi con il flusso dell'ala celeste e generando resistenza assiale di una certa efficacia, oltre a diffusi vortici di estremità...

La resistenza dovuta al ritorno del flusso ritengo che sia maggiore della resistenza del flusso avviato del tipo A.

Certo non so dire se questa maggiorazione di resistenza è maggiore o minore di quella dovuta alla pessimistica differenza di deportanza di stabilizzazione longitudinale in volo diritto centrato alla pendenza di massima efficienza, nè saprei certificare cosa accadrà in fase di saliscendi o virate per modifica delle incidenze delle alette, tuttavia oso pensare che il combinato disposto dai due tipi di resistenza, almeno nalla planata diritta e centrata, deponga a favore dello svergolamento anteriore dei tipi A, che mi appare globalmente meno resistente dei tipi Z.

Mi resta il dubbio che a pari stabilità ci potrebbe essere un peggioramento dell'efficienza nel caso dello svergolamento anteriore alare a sciabola, in quanto la maggior freccia comporta maggiore resistenza di estremità, a parità di deportanza rispetto allo svergolamento posteriore a roncola. Francamente non so quale sarà la resistenza globale risultante prevalente nei 2 casi ant./post. con ali a freccia, per la presenza di vortici di estremità per me imponderabili, ma spero che prevalga la soluzione con minor resistenza assegnabile allo svergolamento anteriore sciabolato dei tipi A.

In tale speranza sono confortato dal fatto che i gabbiani per virare usano anche la coda, mentre in planata diritta alla massima efficienza la tengono chiusa a fuso e sembrano preferire la configurazione A.

Se la configurazione Z fosse a più alta efficienza, i gabbiani la userebbero ma, non potendola usare per via della conformazione delle loro remiganti primarie, preferirebbero usare la coda aperta anche in planata diritta, cosa che non fanno.

Quindi con le pseudowinglets in condizioni di stabilità potrebbe bastare uno svergolamento anteriore meno resistente aerodinamicamente rispetto ai casi con svergolamento posteriore, e potrebbe essere la cosa più importante di tutta questa pagina, vantaggio aerodinamico già nel volo "diritto"!

Vedremo più avanti eventuali vantaggi anche in virata.

 

Problematiche dei tipi A-RC & MIX-RC.

Facendo "pseudowinglets-alettoni anteriori", cioè incernierate sul bordo d'attacco, dove la curvatura del profilo può essere forte per il camber, è molto discutibile come realizzare un'escursione elevata delle superfici uscenti dalle cerniere, superfici che per di più lavorerebbero male controvento. Le incernierature sono certamente un punto debole della mia idea di A-RC.

Forse si dovrebbe limitare l'escursione delle pseudowinglets e studiare diversi sistemi per virare, senza pensare di passare attraverso i tipi MIX-RC, per arrivare nelle condizioni MAX-RC.

"Speciali derivette" andrebbero forse applicate separatamente all'estremità delle "pseudowinglets", altrimenti le stesse "pseudowinglets" portate quasi verticali fungerebbero da "derivettone", o meglio "rudders" aerofreni convergenti; oppure sarebbe meglio aggiungere 1 o 2 derive fisse, separate dalle pseudowinglets (caso 9, già accennato anche nel paragrafo precedente).

Un altro punto debole potrebbero essere le flessotorsioni originate dalla manovra alle estremità alari. Gli sforzi dei momenti flessotorsionali potrebbero raggiungere valori inconcepibili, rispetto alle medesime manovre effettuate con alettoni tradizionali posteriori.

 

Per difficoltà strutturali tutti consigliano dunque parti mobili posteriori a spinta di chiusura di vento, piuttosto di anteriori apribili controvento. Il discorso del flusso d’aria deviato dalle parti mobili meglio posteriormente all’ala sconsiglia anche aerodinamicamente le "pseudowinglets": ciò è giusto soprattutto nel punto dove inizia la cerniera delle pseudowinglets dei tipi A sul bordo d'entrata (forti turbolenze?), tuttavia, man mano che l’incernieramento in diagonale si sposta verso il bordo d’uscita, lo stesso discorso potrebbe valorizzare la mia ipotesi di svergolamento anteriore come progetto da non trascurare, per l'avvio del flusso dell'intradosso al bordo d'uscita delle pseudowinglets. Se la pseudowinglet esce, come penso che normalmente debba uscire, dal bordo d’uscita alare, verso l’esterno dell’ala, il flusso circola soprattutto verso l’estremo esterno dell’ala, cioè sulla pseudowinglet verso la sua punta, che lavorerà sempre ad incidenza minore del centro ala (dovrebbe essere un vantaggio, tuttavia comune sia allo svergolamento anteriore che posteriore).

 

Possibilità di manovra degli A-RC ed eventualmente MIX-RC.

Vediamo nel dettaglio come possono essere usate le 2 pseudowinglets per manovrare, oltre all'uso specifico della stabilizzazione longitudinale, per alterazione della quale si potrà cabrare o picchiare diritto muovendo le pseudowinglets simmetriche, il cui movimento è dato qui teoricamente scontato da un punto di vista solo aerodinamico (a parte la realizzazione tecnico pratica costruttiva dei servocomandi).

Occorre distinguere se la virata sarà effettuata tramite le mobilità dell’estremità esterna, interna alla virata, od entrambe.

In tutte le rollate ci sarà una perdita di quota per minor superficie portante, come avviene in tutte le aerodine in "scivolata".

A differenza degli aerei convenzionali e dei canard, nei tuttala a freccia con solo 2 tips anteriori mobili, in caso di rollata la virata avverrà solo in discesa, per l'impossibilità di agire contemporaneamente a cabrare con un elevatore separato (come negli altri casi), e ciò è un handicap, che ci obbligherebbe ad aggiungere anche nei tuttala un elevatore sull'ala, elevatore da usarsi in cabrata coordinato con la virata generata dal rollio. Tale elevatore aggiuntivo nei tuttala potrebbe essere posto a centro ala o posteriore ad inclinazione negativa (usabile anche come flaps ad incl. pos.), oppure anteriore, usabile come aletta canard ad inclinazione positiva (e probabilmente usabile anche come droops, soltanto con inclinazione negativa minima)...

Se si vuole realizzare una virata coordinata o corretta, l'indispensabile elevatore aggiuntivo comporterà un aggravio di resistenza (e complicazioni dei comandi).

Se si vuole realizzare addirittura una virata piatta, occorrerà inoltre anche almeno una deriva...

Impiego della sola “pseudowinglet” esterna.

Quando il mio tuttala tipo A è in volo diritto stabilizzato le 2 pseudowinglets sono entrambe abbassate negativamente. Se volessi girare per esempio a destra alzerei solo la pseudowinglet di sinistra (senza portarla positiva), per aumentare la portanza dell’ala sinistra, esterna alla virata desiderata, rollando in senso orario, guardando da dietro. Ciò significa che la resistenza dell’ala sinistra è diminuità all’inizio della manovra, quindi il tuttala imbarderà a destra (senza avere un’imbardata inversa come negli alettoni convenzionali posteriori, che qui non esistono).

Data la posizione delle 2 pseudowinglets nell’ala a freccia positiva, a sinistra automaticamente l’aumento di portanza induce una picchiata, ottenendo comunque la virata a destra, apparentemente senza aumenti di resistenze, a meno che, nella  picchiata in aumento di velocità, la resistenza del modello (?) aumenti di più della diminuzione di resistenza dell’ala sinistra. Posso comunque ostacolare la picchiata alzando di meno la pseudowinglet di sinistra, restando nel “range” con resistenza alare di sinistra in diminuzione, facendo la virata di raggio più larga.

Penso che però sia meglio aggiungere un elevatore a cabrare (sdoppiato nelle semiali) come dianzi descritto, sperando che la sua resistenza sia minima...(da verificare).

Non so se a seguito dell’imbardata a destra (senza coda) come sarà il rollio indotto (normalmente sarebbe in senso orario, ma se e siccome picchia solo a sinistra?...), tuttavia il rollio indotto da un’imbardata ci sarebbe sempre come effetto accessorio, senza aggravio di resistenze, rispetto al caso convenzionale di eventuale presenza della deriva/timone verticale posteriore, con rollio indotto dal timone della deriva. Non so infine come si comporteranno le resistenze indotte dei vortici alari di estremità, ma con svergolamento in diminuzione potrebbero addirittura esserci meno vortici a sinistra, il che faciliterebbe la virata a destra...però per la maggior velocità dell’ala sinistra esterna alla virata potrebbe esserci maggior resistenza alare e portanza a sinistra, (come in tutte le virate comunque procurate...), quindi maggiori vortici a sinistra...

Dunque, tutto sommato,  in normali manovre di virata dei tuttala tipo A-RC, immagino una gradevole diminuzione globale di resistenze, con il solo svergolamento della sola pseudowinglet esterna rialzata rispetto alla posizione stabile, rialzata comunque sempre in campo di incidenze negative rispetto alla sua semiala, senza usare l’eventuale coda del tuttala per virare. L'unico svantaggio sarà probabilmente che la virata sarà solo di ampio raggio.

Impiego della sola “pseudowinglet” interna ad incidenza variabile, dapprima come A, poi come MIX.

E’ il caso più critico. Sempre volendo girare a destra, lasciando inalterata la sinistra, abbassiamo la sola pseudowinglet di destra. Lo svergolamento ad inclinazione sempre più negativa farà rollare a destra, ivi in aumento di resistenza ed imbardata a destra, inoltre determinerà però una cabrata solo della semiala destra, con rollio contrario rispetto a quello desiderato. La rollata risultante dipenderà dall’entità dell’abbassamento della pseudowinglet, sarà  comunque a contrastare la virata incipiente sempre a destra, fino allo stallo della semiala destra, in quanto la cabrata farà aumentare l’incidenza della semiala destra, incidenza già più alta della sinistra, per il fatto di essere interna. Ci sarà caduta di portanza e sempre più forte resistenza a ds., uso “rudder” per forte imbardata destra a raggio stretto, salvo entrare in vite verticale. Per evitare la vite occorrerà picchiare ed imbardare a sinistra, cioè usare la pseudowinglet interna sempre assieme a quella esterna, in assenza di deriva verticale ed equilibratore orizzontale aggiuntivi.

Se questi ultimi esisteranno di progetto, tanto meglio, se usati in modo opportuno, ovviamente con l'aggravio delle loro resistenze aerodinamiche.

Impiego dell’esterna alzata assieme alla pseudowinglet interna abbassata.

Sempre per accentuare la virata a destra, se si volesse intervenire con entrambe le pseudowinglets , posizionandole come sopra specificato, la resistenza destra potrebbe aumentare in modo notevole e forse incontrollabile, ma non credo che sia indispensabile farlo per le virate normali (non acrobatiche), anche senza pensare di abbassare la pseudowinglet destra fino a portarla perpendicolare alla sua semiala. Infatti, come già scritto in Problematiche dei tipi A-RC & MIX-RC, esistono 2 grossi problemi costruttivi all’abbassamento della pseudowinglet interna:

Inoltre soprattutto lo svergolamento dell’estremità alari ad inclinazioni sempre più negative determinerà la sopra specificata cabrata del modello (solo a ds.), che potrebbe portare ad uno stallo asimmetrico. Occorrerà dunque movimentare le 2 pseudowinglets in modo differenziale (un po’ quasi come si fa negli alettoni tradizionali posteriori). La pseudowinglet esterna dovrà sempre agire più fortemente di quella interna, restando entrambe ad inclinazioni negative, sfalsate tra di loro e rispetto alla condizione di stabilità, quella esterna poco piegata in su, quella interna piegata di più in giù, ma non troppo da stallare (a meno che non si voglia stallare intenzionalmente per acrobazia), il che è facile a dirsi "a priori", ma non sicuramente a garantire che verrà fatto effettivamente.

 

Se poi esisteranno di progetto separate derive ed elevatori aggiuntivi, tanto meglio, se usati in modo opportuno, però ovviamente con l'aggravio delle loro resistenze aerodinamiche.

Conclusione delle possibilità di manovra degli A-RC ed eventualmente MIX-RC.

Io personalmente non vedo la necessità dell’abbassamento della pseudowinglet interna nei veleggiatori A-RC in virate normali, però negli acrobatici per eseguire manovre esasperate a qualcuno potrebbe piacere il tutto campo dei MIX-RC, sperando senza incontrare viti incontrollabili con pseudowinglets esagerate (oppure senza incontrare manovre ineseguibili con derivette troppo piccole).

Chi ha ragione? Penso tutti e nessuno, cioè la verità potrebbe stare nel mezzo, ed il vantaggio dell’una o l’altra soluzione varierebbe a seconda degli impieghi, pertanto sarebbe consigliabile, per fare virate:

Da un punto di vista pratico non mi aspetto che qualcuno costruisca un rivoluzionario MIX-RC acrobatico e forse nemmeno un ipoteticamente più semplice veleggiatore tuttala solo in configurazione A-RC, però io invero non ho mai abbandonato del tutto la possibilità di realizzazione di tali tuttala, sperandoli ad alta efficienza e in prestazioni forse eccezionali, in quanto negli A-RC le manovre di virata potrebbero venire realizzate soltanto utilizzando la consigliata riduzione di resistenza dell’ala esterna  (quando è proficua la virata a largo raggio), mentre nei MIX-RC (per virate strette) resta tutto da vedere, se convenga operare "controcorrente", oppure continuare tradizionalmente ad utilizzare solo convenzionali alettoni posteriori, più sperimentati, più sicuri, aggiungendo anche una coda opportuna al tuttala, che non sarà più "senza coda", e forse nemmeno "tuttala" in senso lato.

Del resto gli uccelli per virare usano anche la coda, mentre in planata diritta alla massima efficienza la tengono chiusa e sembrano preferire la configurazione A alla Z, anche nella maggioranza dei casi nei quali per loro è possibile farlo. Di fatto per loro però è del tutto naturale usare talvolta la coda perché ce l'hanno, e non si ostinano a restare sempre tuttala.

Ad imitazione degli uccelli si potrebbe fare una coda estraibile all'occorrenza? Questo non è un suggerimento a fare una coda estraibile solo quando servirebbe in un tuttala, sebbene l'idea del "morphing" appaia a qualcuno il futuro, addirittura pensando anche di modificare direttamente la forma ed i profili dell'ala in volo. Sono infatti in corso studi di "morphing" dell'ala, che esulano dalla grossolanità di quanto da me proposto (con riserve) tramite l'impiego di 2 semplici alette anteriori incernierate, che invece potrebbero essere un più semplice passo di ipotetica innovazione tecnologica, scopiazzando (pur malamente) le remiganti primarie esterne dei gabbiani.

 


Release Novembre 2016. Aggiornamento Dicembre 2016.

Elenco dei miei messaggi e mie principali partecipazioni al forum del sito Barone Rosso, nel merito degli argomenti di aerodinamica trattati in questa pagina:


Ritengo doveroso ricordare che prima di me l'Ing. Ferdinando Galé ha meglio trattato alcuni temi di questa pagina, in particolare potete trovare un interessante condensato sullo svergolamento all'indirizzo:

http://www.rcaeromodellismo.it/main/2013/tuttala-e-senzacoda-ferdi-gale-ci-illustra-la-loro-tecnica/

E' utile osservare la sua Fig. 2, che spiega come, nel campo di frecce da 15° a 25°, cioè in quello più impiegato, a circa 1° di svergolamento (diedro longitudinale) corrispondano circa 2,5° di freccia alare, misurata sulla linea focale, argomento già accennato ma irrisolto nella mia pagina Configurazione tuttala, parte quinta.

 


Ho trovato in rete questa foto, che invero si riferiva alle sopracciglia degli uomini e delle donne, quanto di più vero!

Flavio Mattavelli - matta.a@tiscali.it

 

Home della Sezione aeromodellismo, con links anche ai miei modelli canard di cartoncino e carta, ma soprattutto alla Configurazione tuttala, in sette partizioni:

parte prima (tuttala serie T & A), seconda (modelli foam), terza (freccia inversa), quarta (ali ad anello), quinta (modelli H,I,J), sesta (modelli MAX), settima (inizio questa pagina).

 

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