Dott. Ing. Flavio Mattavelli

Configurazione tuttala, parte quinta. Miscellanea aerodinamica e generalità centraggio.

Modelli H, I, J.

 

Proemio. E' una quinta parte di approfondimento, in qualche punto molto difficile, parte che può essere saltata a piè pari da chi vuol solo divertirsi a costruire degli aeroplanini tuttala di cartoncino a lancio manuale (costui inizi dalla prima parte, modelli T & A). Qualche mio aeroplanino vola proprio bene, ma qualcuno può precipitare: non lasciatevi intimorire dai cattivi risultati, ma nemmeno esultate per elevate prestazioni che potrebbero essere fortuite, perseverate!

Quinta parte integrata dalle note sui miei modelli H, I, J, note scorporate dall'iniziale articolo Configurazione tuttala, parte prima (a freccia positiva fino ad allungamento 9) e preceduta da osservazioni di aerodinamica inerenti la stabilità ed il centraggio delle aerodine in generale. Miscellanea di miei studi di aerodinamica spicciola (e di sbagli autodidattici, perché non sono un ingegnere aeronautico). Io sono indisposto all'analisi matematica, ed ai vari software di progetto aeronautico usati senza capire, mentre sostengo il metodo sperimentale; comunque purtroppo occorre un minimo di matematica e di teoria, con tanta applicazione pratica.

Come già scritto nelle pagine precedenti, privilegerò gli studi sulla stabilità longitudinale in volo librato, tuttavia occorre non trascurare mai anche le stabilità laterale e trasversale, che pure sono indispensabili per la buona riuscita di ogni volo. Mi limiterò a studiare le planate solo nel piano verticale di eventuale beccheggio, tralasciando ove possibile le immancabili deviazioni latero-trasversali di imbardata e rollio, costituenti nel loro insieme la virata direzionale, inesistente in via teorica quando le superfici sono simmetriche...

 

Indice capitoli, parte quinta.

Alcune definizioni dei vocaboli usati e delle convenzioni d'uso:

I coefficienti di portanza e resistenza dei vari profili alari "veri" vengono in aerotecnica concretizzati nei diagrammi "polari" di varia concezione, come verranno accennati al capitolo Links interessanti, scritto in caratteri di testo piccoli.  In genere ho messo in piccolo testi tralasciabili da chi vuol solo giocare. Alcuni diagrammi ritengo che siano indispensabili per l'impiego dei profili alari delle aerodine "vere", ma in pratica poco utili per i miei aeroplanini di cartoncino "piano semplicemente piegato", sebbene in teoria i principi aerodinamici siano identici. Occorre intendersi soprattutto sui sensi di rotazione degli angoli.

Parametri essenziali di progettazione di tutte le aerodine

Links interessanti. Ho trovato un ottimo maestro nella pagina Web:

http://www.manualedivololibero.com/aerodin/aerodin05.asp , che vi consiglio di leggere subito, soprattutto per ben chiarire cosa s'intende per polare di un profilo, concetto estendibile anche alla polare dell'intero velivolo, volante ad una certa velocità. Se cambia la velocità, o meglio il numero di Reynolds, cambiano i grafici delle polari, ricavabili in gallerie a vento. Ad ogni punto della curva polare corrisponde una diversa incidenza. Anche quando non si posseggono i dati quantitativi dei diagrammi (esistono anche per le lastre piane, ma ritengo che per i miei aeroplanini di cartoncino le polari siano un lusso), almeno i concetti qualitativi sono teoricamente indispensabili, ma praticamente eludibili, se volete solo giocare.

Il sito dell'ITIS G.Fauser presenta pagine più matematiche della sopraddetta pagina del Manuale di volo libero. Ho ripreso dal sito http://dida.fauser.edu/aero/quinta/librato/librato.htm il disegno a destra di una polare di un velivolo (curva verde) in un grafico ruotato di 90° in senso orario, per evidenziare meglio l'assetto di minima pendenza, cioè l’angolo di miglior planata, corrispondente all'angolo tra la retta di massima efficienza (tangente alla polare) e l'asse orizzontale del diagramma, come disegnato. Ogni pendenza incontra la polare in due punti: A di incidenza minore e B di incidenza prossima allo stallo. Qualcuno chiama la polare così posizionata "odografa" o polare degli assetti (e chiama tale diagramma "odografo"), sebbene teoricamente parlando di "odografia" si effettui più correttamente un altro diverso diagramma, quello delle velocità, in modo da visualizzare meglio le varie velocità di planata. Vedere ancora anche il citato Manuale di volo libero, alla voce Diagramma delle velocità.

 

I coefficienti numerici delle polari sono adimensionali, come del resto è adimensionale l'efficienza aerodinamica = Cp/Cr, dove:

Cp = coefficiente di portanza (solitamente oltre 1). Cr = coefficiente di resistenza (solitamente meno di 0,1, nei profili aerodinamici).

Nel caso di una lastra piana il diagramma Cp/incidenza passa per lo zero, mentre in tutti i casi Cr/incidenza passa sempre con Cr > 0. Credo che lo stallo di una lastra piana (praticamente sperimentabile almeno con un minimo spessore della lastra) avvenga con Cp < 1, Cr > 0,1 ed angolo d'incidenza α > 7°, mentre nei profili aerodinamici lo stallo avviene talora anche oltre 20°. Non confondere le incidenze con la pendenza della traiettoria, dove varia la velocità a pari pendenza...

Il rapporto Cp/Cr è perlopiù rampante solo quando è vicino all'efficienza massima, mentre per bassi angoli d'incidenza il rapporto è in aumento aumentando la pendenza e per alti angoli di incidenza è in diminuzione, sulla stessa pendenza la velocità è diminuita con l'aumentare dell'incidenza...  

Ciò può essere utile per capire come funziona lo stabilizzatore, o meglio la superficie che sta dietro, che dovrebbe trovarsi ad una pendenza inferiore rispetto alla superficie che sta davanti, per via del diedro longitudinale (v. avanti). Naturalmente considerare le diverse polari di ala e stabilizzatore alle stesse incidenze.

 

Occorre soprattutto osservare che, mentre per la maggioranza dei profili curvi il centro di pressione si sposta in avanti aumentando l'incidenza e instabilizzando l'ala, nelle lastre piane si sposta indietro, fino al 50% della corda alare, favorendo la stabilità della lastra piana. Tuttavia la lastra piana da sola non è abbastanza autostabile per il volo libero senza stabilizzatore, anche senza necessità di manovrabilità, almeno per i miei modelli di cartoncino.

Potete trovare una miniera di informazioni nel forum del sito Barone Rosso, dal quale ho ripreso parte del seguente messaggio di Ehstikatzi (Grandecapo), che a sua volta lo ha ripreso da Anonimo:

"(CdP = centro di pressione). A differenza di tutti gli altri profili, quello “piano convesso” ha una specifica pecularietà.
Con incidenza di 0° si può dire che il CdP sia localizzato molto prossimo al bordo di attacco alare, poi, man mano all’aumentare dell’incidenza, esso si sposta sempre più verso il centro della superficie ventrale.
Questo tipo di traslazione del CdP, senza ulteriori chiarimenti, già è sufficiente a farci capire come mai i profili piano-convessi sono sempre a “rotazione positiva” (bordo d’entrata si solleva rispetto a quello d’uscita).
Invece nella stragrande maggioranza dei profili alari convenzionali (specie quelli concavo-convessi), a parità di incidenza rispetto ai piano-convessi, il CdP si localizza ben oltre il centro della superficie, se non proprio prossimo al bordo d’uscita…e ciò spiega la rotazione negativa dell’ala (bordo di uscita si solleva rispetto a quello d’entrata).
Eccovi ora una chicca sul piano-convesso.
Tutti i profili a curvatura dorsale e ventrale, se lasciati liberi all’azione della pressione di cui sopra, la rotazione su se stessi sarà continua, cioè il CdP girerà ripetutamente intorno al perimetro dorsale e ventrale del profilo. Invece nei piano-convessi la rotazione non è continua, ma termina quando il CdP, nella sua traslazione, si troverà in un punto prossimo al centro della superfice ventrale…e ciò accade quando l’incidenza alare, durante la rotazione, avrà raggiunto i 90°. (Questo comportamento è un sunto della teoria della “lastra piana”)."

Pertanto nel caso dei miei modelli di cartoncino a lastra piana il centro delle superfici in pianta può essere assimilato al massimo arretramento del centro di pressione CP totale dell'intero modello. Siccome determinare il centro di una superficie di cartoncino è relativamente facile, ritagliandola e sospendendola in 2 punti diversi, trovando quindi il suo centro di gravità, che nel caso specifico coincide col centro della superficie, tale centro coinciderà pure col massimo arretramento possibile del CP totale, al variare delle incidenze. Vedere avanti al capitolo Teoria e pratica del centraggio, soprattutto longitudinale. Il metodo del centro di superficie trovato dalla pianta del modello è spiegato bene in Denker, però non mi pare che permetta di individuare l'esatto CP totale o punto neutro del modello...per lo più (sperimentalmente?) fissato per i tuttala circa al 25% (?) della corda media alare, in quanto nei tuttala il punto neutro ala e CP totale coincidono...Infatti in tutte le ali esiste un punto neutro con momento costante al variare dell'incidenza dell'ala, vedere Coefficiente di momento C mG e capitolo sul decalage DL = effetto reflex.

Il metodo del centro di superficie di una sagoma può essere utile anche per trovare il centro di superficie laterale CSL, importante ai fini direzionali soprattutto degli aerei convenzionali e canard, mentre nei miei tuttala è difficilmente applicabile: vedere foto del tipo A6.

 

Altri links utili. Molti siti di aeromodellismo hanno affrontato il tema della stabilità nel volo planato o veleggiato, soprattutto di alianti radioguidati = RC. Tra loro consiglio:

Richiami. Nella parte prima, capitolo Ali a freccia positiva, avevo scritto che le ali "diritte", intese come senza freccia e con semiali piane, cioè senza svergolamenti, o meglio senza alcuna piega sul cartoncino, sono instabili. Ciò non vuol dire che siano instabilizzabili, infatti con opportuni accorgimenti si possono stabilizzare.

Purtroppo le nozioni di aerodinamica si sovrappongono, da richiedere la conoscenza di nozioni precedenti, pertanto vi invito a rileggere la pagina Tuttala a freccia negativa (Configurazione tuttala, parte terza), dove compare anche il disegno riassuntivo, in 12 configurazioni base, delle "ali standard" con freccia e con svergolamenti, disegno che richiamo per comodità qui a sinistra.

L'accorgimento principale per la stabilizzazione dei tuttala è l'introduzione di
superfici di stabilizzazione (talora dette anche di controllo) piegate sulla stessa ala, o sulla parte anteriore (similcanard, ad es. nelle ali a freccia positiva tramite slat positivi uso timone canard, v. tipi W) o sulla parte posteriore (stabilizzazione simil-convenzionale ad elevons negativi, v. tipi T). Nella prima parte di quest'articolo ho anticipato l'uso di quelle superfici suborizzontali che ho forse impropriamente chiamate rispettivamente pseudowinglets e no-winglets, in riferimento a pieghe di estremità sul bordo d'entrata e sul bordo d'uscita alare (v. altro disegno riportato per comodità anche più avanti, al capitolo Introduzione ai tipi H). L'impiego di tali pieghe di estremità giustifica le configurazioni di tuttala similcanard e simil-convenzionali, precisamente ad es. nella freccia positiva si può ottenere la stabilizzazione tramite pseudowinglets ad inclinazione negativa (tipi A, a stabilità similconvenzionale), oppure tramite no-winglets ad inclinazione positiva (tipi X, a stabilità similcanard), ove il concetto di aerodina tuttala similconvenzionale oppure similcanard è invertito a seconda che si consideri prevalente la sostentazione del tuttala, rispettivamente affidata alla parte anteriore dell'ala (nei tipi A) o posteriore dell'ala (nei tipi X), e si consideri la stabilizzazione affidata alla restante parte dell'ala.
Attenzione che, dicendo similcanard o similconvenzionale, non intendo riferirmi all'uso di superfici esclusive sul bordo d'entrata o sul bordo d'uscita, non significa esclusivamente svergolamento anteriore o posteriore, bensì intendo riferirmi alla funzione di sostentamento/stabilizzazione rispetto al senso di marcia.
Siccome nei tuttala di cartoncino non mi è sempre ben chiaro come siano realmente suddivise le zone di sostentazione e di stabilizzazione ( tali zone non corrispondono esattamente alla divisione delle linee di piega del cartoncino, in quanto  il profilo alare nel senso di marcia forma un angolo ricollegabile al diedro longitudinale, ma io non riesco a capacitarmi dove avvenga esattamente il passaggio dalla sostentazione alla stabilizzazione), si comprende come i concetti di similcanard e di similconvenzionale siano solo delle mie pure definizioni astratte, che ho ritenuto meglio caratterizzare tramite tutte le tipologie delle mie sigle (es. W, T, A, X etc.) riferite a singole configurazioni pratiche di identificazione immediata, tenendo sempre ben presente il disegno riassuntivo richiamato a sinistra.

Oltre a tutto i tuttala possono avere le "ali diritte", cioè senza freccia ma stabilizzabili, a partire da quelle rettangolari (dette "Plank"), o/e variamente rastremate, soprattutto bitrapezoidali o romboidali. La rastremazione può esistere sia in quelle a freccia che senza (in particolare come nei prossimi casi H), considerando inoltre come una rastremazione speciale  i casi pure importantissimi delle ali a pianta ellittica, ad ellissi più o meno schiacciate e/o ad estremità più o meno appuntite, o addirittura "pluridigitate" o con vere "winglets", di varie fogge realizzative.

Riguardo alle vere winglets rammento che per lo più esse s'intendono piegate sulla verticale verso l'alto, mentre quando sono piegate in basso vengono chiamate Drooped (quelle in basso qualcuno le chiama anche Hoerner, ma credo che storicamente le vere Hoerner forse non siano nemmeno prolungate in alto, ma siano solo sfuggenti verso l'alto senza l'aluccia prolungata delle vere winglets attuali: le vere Hoerner sono estremità alari tagliate circa a 45° verso l'alto, col risultato di aumentare l'apertura alare efficace rispetto a quella geometrica, in quanto il vortice di estremità viene proiettato in fuori), sempre allo scopo di ridurre la resistenza indotta dai vortici di estremità delle semiali, in un ristretto campo di velocità ottimali.

Tranne i prossimi esperimenti delle 2 derive e quelli proposti nelle derive direzionali descritte nella prima parte di quest'articolo, nei miei tuttala di cartoncino (e nei miei canard) non ho usato vere winglets per ridurre le resistenze aerodinamiche di estremità, ma principalmente per scopi direzionali.

Mentre nei canard le derive sono indispensabili, nei tuttala se ne potrebbe fare a meno, apparentemente. Vedere prossimo capitolo.

 

Credo che, in assenza delle ali "digitate" degli uccelli, nei miei modelli tuttala, senza pieghe di estremità verticali, siano meglio le ali ad estremità arrotondate tutte all'indietro in pianta, come una forte freccia positiva di estremità appuntite, come nei rondoni, anche se credo che ciò favorisca una maggiore velocità di planata, per la massima distanza raggiungibile (che non sempre è lo scopo del volo, infatti nel volo veleggiato è meglio planare alla minima vel. di discesa, per la massima durata del volo, che gli uccelli ottengono ad ali "digitate": forse sarebbe il caso di provarci col cartoncino, almeno con semplici winglets "digitate", ma temo che i risultati potrebbero essere deludenti, per la cedevolezza del materiale, e forse il gioco non vale la candela).

 

Nelle ali di cartoncino non potendo agire sui profili usati invece negli aerei veri e negli aeromodelli di maggior impegno, l'accorgimento secondario per migliorare la planata può essere proprio la scelta di una pianta alare opportuna (es. come la pianta dei rondoni, ad estremità appuntite), per migliorare l'efficienza e forse ottenere almeno un minimo di stabilizzazione in più di altre piante alari, anche con semiali tutte piane, cioè senza diedro longitudinale manifesto per l'assenza assoluta di pieghe?

Nel seguito cercherò di rispondere a tale dilemma, si vedrà che la freccia alare può essere determinante  per la stabilizzazione, comunque é sempre indispensabile un centraggio longitudinale adeguato (si vedrà che in realtà è il margine statico il vero determinante, v. capitoli appositi, dunque la forma in pianta dell'ala, a parte la freccia, è molto relativa), ed è pure indispensabile sempre un minimo di diedro trasversale, per la stabilità contro la virata libera, stabilità che ho chiamato direzionale, unendo insieme la stabilità trasversale e quella laterale.

Per Consigli generali conclusivi sulla stabilità direzionale dei tuttala di cartoncino vedere note alla fine della parte terza.

 

Una considerazione stramba è che il diedro trasversale deve essere normalmente positivo, ma su certi aerei convenzionali con ali a freccia è leggermente negativo, si dice per favorire le virate (es. bombardiere B52).

Si dice anche che l'ala a freccia favorisca la stabilità longitudinale (vedere capitolo Circolazione, quasi in fondo a questa pagina), ma occorrerebbe precisare se le estremità alari sono e come sono svergolate.

Forse indipendentemente da ciò, ho letto che approssimativamente 2,5° di freccia misurati sulla focale corrispondono a 1° di diedro positivo, non ho capito bene se alludendo al diedro longitudinale od al diedro trasversale... In tutti i casi, ed in particolare per i modelli Hzero (v. la tabula in fondo a questa pagina), è il margine statico il responsabile assoluto della stabilità dinamica.

 

Quindi l'accorgimento essenziale, prima ancora di quello principale e secondari, è la presenza quasi ovvia, ma dal concetto sfuggente, di un margine statico sempre positivo per tutte le aerodine, e quindi in particolare per tutti i tuttala di cartoncino l'aggiunta di un'opportuna clip sul muso dei miei modelli.

 

Parentesi sulla eventuale superfluità delle 2 derive (tipi J1 & I1), dei "flappini" (tipo A5) e note sugli slat. Ai fini direzionali ritengo che la deriva, singola o sdoppiata, nei tuttala  non sia indispensabile (ottenendo "senza coda" puri), tuttavia se c'è perlopiù non guasta. In senso lato i tuttala di un certo impegno normalmente hanno una deriva, ma nei miei tuttala di cartoncino, per alleggerirli e per un ideale di purezza, ho cercato di evitare qualsiasi deriva, e devo dire che perlopiù ci sono riuscito, impiegando ali a freccia. Probabilmente è una riuscita fortunosa, per il fatto che nelle ali a freccia il centro laterale è posto automaticamente dietro al baricentro, creandosi così un effetto banderuola automatico. Invece in taluni casi di ali "diritte" (ad. es. v. i cattivi casi HW1 e HP+HW+ 2 derive, analizzati ai capitoli Tuttala ad ala bitrapezoidale e Modelli H pluriconfigurati) le derive sono indispensabili, ma influenzano pesantemente il centraggio e l'efficienza, da far accantonare tali cattivi casi.

Del resto gli uccelli non hanno una deriva verticale, come già notato nella prima parte (però possono inclinare di lato la coda orizzontale), e volano bene.

Tuttavia ho provato a realizzare 2 derive come nelle 2 foto seguenti, dove la scelta delle denominazioni J & I è nata nella terza parte del presente articolo.

 

Tipo J1    Tipo I1

Nel tipo I1 (apertura 245 mm, clip 35 mm) le semiali sono larghe uguali, ma appaiono diverse per deformazione prospettica, nell'inquadratura atta ad individuare le superfici delle 2 derive. Si tratta di 2 modelli sperimentati ognuno con 2 derive di cartoncino ravvicinate, con un leggero appesantimento della coda e quindi della clip dei modelli. Chiaramente se si aggiunge peso in coda occorre aumentare il peso della clip, per lasciare intatta la stabilità longitudinale. L'introduzione delle 2 derive può migliorare la stabilità laterale, ma il miglioramento in pratica non mi è parso stravolgente, né con le derive piegate in alto (come in foto), né con le derive piegate in basso, avendo le ali a freccia. Potete anche divertirvi con pieghe intermedie, però generalmente si nota un peggioramento del beccheggio, se non lo compensate modificando la clip.

Per inciso se le ali non fossero a freccia (es. tipi H, v. avanti), per alcuni (non tutti) le derive sono quasi indispensabili, invece ad es.per i tipi HA sono superflue.

Quel che ho notato nei miei tuttala non è l'influenza sulla stabilità direzionale con o senza derive (in generale invero talora cattiva senza derive ma anche talora buona, ed in particolare quasi sempre ottima nei 2 modelli fotografati), ma ho notato di più il fatto che sulle semiali di alcuni modelli non esistono pieghe per la stabilità longitudinale, e ad esempio i 2 modelli fotografati planano abbastanza bene, ugualmente stabili al beccheggio, con semiali perfettamente piane (sempre con un leggero diedro trasversale), tranne la piccola eccezione degli slat del tipo I1, quando utilizzati...

Questa cosa dovrebbe essere imputabile alla conformazione a freccia positiva delle semiali, vedere avanti modelli della serie J..., e dovrebbe valere anche per i modelli a freccia negativa della serie I.... Ciononostante nel modello tipo I1 fotografato sono state realizzati 2 slat, variando l'incidenza dei quali qualcosa cambia sempre...(quasi trasformando il modello o in un tipo U...o in un tipo K...) Infatti questi slat potrebbero addirittura essere interpretati ad es. come pseudowinglets negative (ed il modello si dovrebbe chiamare K...), tuttavia ho preferito la denominazione della serie I... perché lo stesso modello vola meglio con incidenza slat quasi zero rispetto alle semiali. Del resto la superficie posta praticamente orizzontale tra le 2 derive sposta indietro il centro di pressione dell'ala, realizzando una stabilità longitudinale anomala... Occorre un elevato margine statico (v. più avanti Teoria e pratica del centraggio)...pur con apparente DL zero (v. avanti al capitolo Diedro longitudinale).

Anche il caso J1 (apertura 250 mm, clip 27 mm) deve essere considerato un caso longitudinalmente anomalo, concettualmente simile al caso I1, solo con la freccia invertita. Oserei dire che entrambi i casi I1&J1 e tutti i casi I&J sarebbero logicamente da non considerare, quanto a prestazioni di stabilità longitudinale, pur consentendo una discreta, talora ottima, efficienza di planata, a parte il discorso delle derive. Tuttavia ho trovato i casi delle serie I&J appunto estremamente interessanti in generale per l'apprendimento del funzionamento della stabilità longitudinale delle aerodine, oltre al discorso particolare fatto solo per questi 2 modelli fotografati riguardo alla stabilità laterale.

 

La stabilità longitudinale dei tuttala senza DL verrà ristudiata ai capitoli Introduzione ai tipi I&J della presente pagina, ed è stata in parte già studiata fino al capitolo Sogni monoface impensabili della pagina tuttala a freccia inversa, terza parte dell'articolo Configurazione tuttala.

 

Riguardo alla stabilità direzionale, un'ultimo cenno ai "flappini" citati nella parte prima, ottenuti tagliando per la lunga a metà la coda Horten di alcuni altri miei tuttala: i "flappini" usati insieme come flaps o in alternativa elevons possono essere di efficacia relativa alla loro superficie ed inclinazione; oppure anche piegati uno su ed uno giù dovrebbero funzionare da alettoni, ma sono troppo vicini all'asse mediano per essere proprio efficaci. Offrono comunque una certa resistenza, che potrebbe farli interpretare come pseudo drag runners.

I veri drag ranners efficaci invece dovrebbero essere posti alle estremità alari. Nella posizione dove sono i miei "flappini" della seguente foto, se non usati proprio come flaps od elevons alternativi, essi possono fungere come un incrocio di alettoni e drag runners, gli uni e gli altri di scarso effetto a fini marcatamente direzionali, quando sono "flappini" proprio piccoli, come in foto. Quando sono così piccoli, i "flappini" possono essere utili soltanto per "trimmare" (v. Nota capitolo DL) un modello tuttala particolarmente capriccioso, mentre farli più grandi potrebbe essere deleterio sia come efficienza che come stabilità dell'aeroplanino. In conclusione ritengo che i "flappini" siano di norma superflui, come la citata superfluità delle 2 derive.

 

Foto di tuttala tipo A5, apertura 318 mm, clip 35 mm, modello efficace e che non avrebbe bisogno di "flappini", tuttavia, siccome ci sono, possono servire per indirizzarlo meglio ("trimmarlo"), quelle poche volte che ha fatto le bizze. Altrimenti lasciate i "flappini" tutti a zero, che è meglio, oppure anche eliminateli, mettendo una clip leggermente più leggera.

 

Tornando alla stabilità longitudinale, nella stessa foto del tipo A5 compaiono anche degli slat anteriori poco abbassati, a rigore non indispensabili in un tuttala tipo A, che potrebbe volare comunque bene sia con slat che senza, purché le pseudowinglets siano inclinate giuste (cioè pochissimo, da provare, efficienza media 6 e forse più, variabile secondo le minime inclinazioni delle pieghe, sia delle pseudowinglets che degli slat). La foto è indicativa di un tuttala ben riuscito, da paragonare con i successivi tipi H, I, J, rispetto ai quali plana (poco e discutibilmente) meglio, però soltanto con inclinazioni delle pieghe ultraminime, forse solo perché ha la freccia leggermente positiva (freccia che gli H non hanno) e a patto che gli svergolamenti, cioè le pieghe di stabilizzazione, siano proprio minime (pieghe del tutto assenti nei modelli I & J), cose che consentono di impiegare una clip adeguatamente più piccola, con un minore carico alare e, nonostante l'arretramento del baricentro, con un margine statico sufficiente (vedere avanti).

Riguardo alla scarsa efficacia degli slat abbassati per aumentare la portanza mi ero già espresso nella pagina "seduta.htm", dove gli slat ingeneravano un momento a picchiare del canard che ne era munito, con slat a bassa inclinazione. A parte il fatto di un possibile peggioramento per eccesso di piegatura in giù, è innegabile che la presenza degli slat abbassati aumenti la portanza, ma anche la resistenza, con effetti difficilmente prevedibili. Se nei canard il fenomeno degli slat poco abbassati poteva essere poco sensibile, nei tuttala può essere un (minimo ma più evidente) vantaggio, se non altro che di poter diminuire (poco) il peso della clip e quindi diminuire (invero poco) il carico alare complessivo.

Del resto in tutti i modelli T raffigurati nella prima parte di quest'articolo c'erano gli slat abbassati, ed ho ritenuto giusto ricordare con la foto soprastante che anche i tipi A possono usufruirne con (modesto) vantaggio aerodinamico. Inoltre anche nei modelli A la piega degli slat irrigidisce l'ala come un longherone gratuito, il che non è mai male da un punto di vista strutturale.

 

Coefficiente di momento C mG rispetto al baricentro G o momento baricentrale del modello.

Per nozioni generali sulle forze aerodinamiche e sulla ripartizione della portanza v. http://dida.fauser.edu/dispro/ProgettoAER/Testo_esercizi/ripartizione_portanza.htm in aereo convenzionale.

Riprendo ancora dal sito dell'ITIS G.Fauser un concetto teoricamente importante per soddisfare la condizione di stabilità di tutte le aerodine, che vuole che la variazione del coeff. di momento baricentrale sia negativa per una variazione positiva dell'incidenza α o . Quando tale variazione del momento baricentrale, detta indice di stabilità statica longitudinale, è negativa (cioè quando il velivolo è stabile) si ha l’andamento grafico rappresentato dalla figura a destra, in cui il punto A rappresenta la condizione di centraggio (C mG = 0), ossia di velivolo in equilibrio (ottenibile di progetto ma anche "trimmando" opportunamente le superfici di controllo).

Il coeff. di momento Cm è un valore adimensionale ottenuto dividendo il momento per i valori delle grandezze fisiche che lo determinano.
La somma delle forze aerodinamiche applicate viene trasferite nel centro di pressione del velivolo (o punto neutro, v. avanti) aggiungendo appunto un momento equivalente di trasporto o focale ivi applicato (realizzando un sistema di forze e momento equivalente). Questo momento aerodinamico costante nel punto neutro deve venir equilibrato da un altro momento inerziale ottenuto disponendo opportunamente il baricentro in modo che il peso offra appunto un momento contrario rispetto al punto neutro, o viceversa. Quindi il C mG viene considerato viceversa, cioè baricentrale.
Scrive Fauser: "...Se una qualunque causa facesse aumentare l’incidenza, ad es. per una raffica ascendente, spostando il punto rappresentativo da A a B, il velivolo tenderebbe a cabrare ma la contemporanea nascita di un momento longitudinale negativo , cioè picchiante, ripristinerebbe la condizione iniziale riportando l’assetto da B ad A. Analogamente se l’incidenza dovesse accidentalmente diminuire, punto D, il momento cabrante di reazione la farebbe nuovamente aumentare riportando il velivolo alle condizioni del punto A..."

Il problema è come collegare quanto qui sopra esposto con il fatto che la variazione del coefficiente di momento baricentrale negativa richiesta dalla stabilità si ottenga tramite la realizzazione di un diedro longitudinale positivo, che qualcuno chiama anche angolo di calettamento ala/stabilizzatore, intendendo la differenza tra i 2 calettamenti geometrici (o meglio aerodinamici, v. capitolo successivo), accezione formale leggermente diversa da quella da me proposta all'inizio di questa pagina, che alludeva all'angolo di calettamento di una singola superficie, mentre ora s'intenda la differenza di posizione tra 2 superfici antero e posteriore, differenza positiva a cabrare.

In realtà la soluzione del problema sembrerebbe abbastanza semplice, meditando le seguenti considerazioni elementari, cioè anche senza matematica:

Diedro longitudinale DL = effetto reflex = decalage, i termini possono essere usati come sinonimi (v. Nota immediatamente successiva), dal termine francese "decalage" per "scarto" o "spostamento in diminuzione" o "disassamento" (termine usato in origine per i diversi calettamenti delle ali dei biplani: in qualsiasi situazione in cui due superfici aerodinamiche hanno angoli d'incidenza differenti, si può parlare di DL), negli aerei convenzionali "classici" è inteso misurato come differenza degli angoli di calettamento geometrico ala/stabilizzatore, angolo acuto inteso positivo tra il piano teorico dell'ala ed il piano teorico dello stab., quando lo stab. post. ha incidenza minore dell'incidenza dell'ala rispetto al vento relativo. L'incidenza invece, come già detto, è intesa positiva quando crea un effetto portante rispetto alla direzione del moto. Anche nei canard e nei tuttala il decalage positivo si deve intendere tra la superficie portante anteriore e la sup. post. rispetto al senso di moto. Ad es. nei canard il timone anteriore ha solitamente un'incidenza, o meglio un calettamento positivo, maggiore dell'ala. Negli aerei convenzionali lo stabilizzatore posteriore è calettato  solitamente ad un'angolo inferiore all'ala, quindi con un decalage positivo; attenzione che l'incidenza dello stabilizzatore può essere negativa quando esso deve essere deportante. In tal caso il diedro longitudinale resta positivo. In realtà non si tratta di un semplice scarto geometrico, perché, per via dei loro profili negli aerei veri, le superfici potrebbero essere portanti anche con incidenza nulla. Quindi sarebbe giusto riferirsi al diedro longitudinale aerodinamico effettivo o assoluto, che somma il diedro longitudinale geometrico e l'angolo di incidenza a portanza nulla (nonché anche l'angolo di svio del flusso della sup. anteriore/post.), tuttavia nei miei aeroplanini di cartoncino il diedro longitudinale aerodinamico e geometrico praticamente coincidono, perché la lastra piana ad incidenza nulla non porta nulla (inoltre discutibilmente considerando nullo o trascurabile l'angolo di svio canard; mentre per i tuttala l'angolo di svio è diverso dalle altre configurazioni, anzi solo nel caso dei tuttala addirittura per me è meglio sostituire al concetto di DL classico sovraesposto un mio particolare concetto di DL apparente).

Intendo per DL geometrico apparente l'angolo misurato in senso longitudinale tra due superfici piegate contigue della medesima semiala del tuttala. Tale diedro sarà considerato positivo con la stessa convenzione esposta per il DL classico degli aerei convenzionali e canard. Nel DL apparente del tuttala un unico flusso viene deviato senza soluzione di continuità, perché nel tuttala non esistono più due flussi separati antero/posteriori con svio anteriore utile del DL classico. Oltre a tutto il DL dei tuttala solitamente non interessa tutta l'estensione dell'ala, ma solo una limitata parte di essa, quella interpretata come "svergolata", di difficile confinazione pratica. Si può ricorrere alla CMA (v. avanti al capitolo Teoria e pratica del centraggio) e riferirsi ipoteticamente ad un DL aerodinamico medio sull'asse della CMA, ma per me ciò non è praticamente affrontabile. Probabilmente il discorso del DL apparente è riferibile anche ai tuttala "veri", considerando i contributi medi di eventuali profili reflex ed eventuali reali "svergolature medie", che io però non saprei come considerare. l mio DL apparente è solo un sistema pratico di misurazione dell'angolo tra 2 piani del cartoncino, allo scopo di confronti solo con altri modelli tuttala di cartoncino, senza pretendere che l'angolo misurato abbia valenza direttamente confrontabile anche con i reali DL classici dei convenzionali e canard. I miei valori di DL apparente potrebbero essere ben maggiori di quelli di un reale DL aerodinamico medio sull'asse della CMA.

Inoltre quando si vuol misurare il DL apparente nel caso di modelli tuttala che abbiano la linea di piega delle superfici di controllo inclinata a freccia, è forte la tentazione di misurare non il DL apparente effettivo, utile solo in senso longitudinale, bensì l'angolo lungo la perpendicolare alla linea di piega, angolo di considerazione immediata, ma invero sommante gli effetti longitudinali e trasversali assieme, a volte con effetti trasversali trascurabili, ma a volte occorrerebbe proprio tener conto dell'inclinazione della freccia della linea di piega rapportata alla freccia alare. Seguire avanti in questa pagina al capitolo Importante ma controverso, mentre le frecce delle linee di piega etc. sono già state accennate al capitolo Osservazioni sulla freccia...e posizioni delle pieghe, nella terza parte.

 

Nota: i profili autostabili vengono anche chiamati reflex; in generale il DL produce lo stesso effetto dei reflex sui profili non reflex di un'ala singolarmente considerata, come ad es. l'ala di un tuttala, in particolare un tuttala di cartoncino, con piegature opportune generanti un DL.

Raramente come ulteriore sinonomo di DL viene usato il termine "trim", inteso in senso longitudinale.

 

In un aeromodello in generale con possibilità di regolazione dell'elevatore, questo può venire regolato in una posizione "trimmata" o "di trim" per ottenere un volo livellato. Nel volo libero planato centrato si può ottenere un effetto simile anche negli aeroplanini di cartoncino, regolando opportunamente le superfici di controllo e così realizzando un desiderato DL. In tal caso il termine "trim" è divenuto sinonimo di DL, anche se i termini "trim" e "trimmare" vengono così usati a sproposito, rispetto al loro originario significato letterale. Del resto lo stesso termine "trim" viene usato anche in altri casi, in generale per indicare piccole regolazioni di aggiustaggi vari, ad es. pure per la stabilità direzionale, creando una voluta asimmetria nelle superfici di controllo, come precedentemente accennato nel caso dei flappini del modello A5.

 

Negli aerei convenzionali la superficie posteriore è chiamata stabilizzatore o piano orizzontale di coda, fisso alla fusoliera, inteso senza la parte mobile, quest'ultima detta elevatore, o timone di profondità, nella fattispecie dei miei aeroplanini costituita dallo stabilizzatore medesimo, diversamente inclinabile agendo sulle pieghe o facendo ritagli del cartoncino (v. canard).

Quando lo stabilizzatore racchiude in se anche la funzione di elevatore viene talvolta chiamato stabilatore, termine che tuttavia spesso tralascerò in seguito, considerandolo sinonimo di stabilizzatore nei miei aeroplanini. Oltre a tutto il termine stabilizzatore è soprattutto riferito quasi esclusivamente al piano orizzontale posteriore delle aerodine convenzionali, pur potendosi riferire anche al piano orizzontale anteriore dei canard, dove taluni lo chiamano "alette canard", mentre io ho chiamato canard tutto tale tipo di modello e chiamato timone anteriore la sua superficie portante anteriore. Infatti nei canard la superficie orizzontale anteriore deve essere portante ed il diedro longitudinale dovrebbe essere sempre positivo nel volo librato, con le dovute eccezioni in caso di manovra.

 

Negli articoli dei mio sito non ho realizzato aeroplanini di cartoncino convenzionali, dunque avrebbe poco senso parlare di stabilatore, mentre nei miei tuttala di cartoncino, che devono pure essere stabili, la funzione dello stabilizzatore è stata svolta da quelle superfici alari in parti piegate che ho chiamato talora elevons, intesi soltanto come superfici stabilizzanti posteriori, e talora in alternativa vedere le mie nozioni di no-winglets posteriori, pseudowinglets e slat anteriori, parti sempre intese opportunamente piegate o ritagliate.

 

A scopo didattico è forse più semplice riferirsi alle aerodine convenzionali, cosa che farò nell'immediato seguito, ma i discorsi andranno poi da voi adeguati alle configurazioni non convenzionali, canard o tuttala, che vorrete eseguire, tenendo presente che il concetto qualitativo di DL comunque inteso vale sempre, anche se il mio concetto di DL apparente può forse modificare solo quantitativamente il concetto di DL aerodinamico classico esteso ai tuttala.

Certamente la presenza dello stabilatore, tanto più con un forte diedro longitudinale, rallenta la velocità del modello, perché aggiunge una resistenza aerodinamica. Quindi aumentando il diedro longitudinale si può raggiungere la minima vel. di discesa, con la massima durata di volo, che non è detto che sia la velocità di efficienza massima.

 

Perché un modello sia stabile il diedro longitudinale assoluto deve essere sempre positivo (ma quello geometrico può essere anche nullo o negativo). Perché? E' possibile impiegare un diedro longitudinale aerodinamico negativo? La maggioranza dice di no, ma io credo che si possa, se si accetta l'idea della stabilità longitudinale rilassata, che in effetti non è vera "stabilità". Il decalage positivo non è indispensabile per la stabilità a condizione che il CG resti sempre davanti al CP del modello (v. avanti Teoria e pratica del centraggio, soprattutto longitudinale), ma affinché  il CP del modello resti sempre dietro al CG occorre che, essendo la posizione del CP del modello risultante da tutte le variazioni aerodinamiche,  la variazione della forza aerodinamica posteriore contrasti adeguatamente la variazione anteriore squilibrante. E' una situazione di incidenze e insieme di posizioni delle superfici rispetto al senso di planata, sup. che devono generare forze aerodinamiche in equilibrio col peso.

Al limite del beccheggio massimo, l'importante è che la superficie posteriore non stalli prima della superficie anteriore; in questo senso importa chiaramente che il diedro longitudinale sia positivo, per garantire una stabilità non rilassata. Il discorso vale sia in cabrata che in picchiata, cioè con stabilizzatore sia portante che deportante, ma, esemplificando per la cabrata del modello causata da una forza esterna ascendente, l'importante è che, se si arriva alle incidenze di stallo, lo stabilizzatore posteriore portante sia ancora efficace quando l'ala stallata non porta più; tuttavia l'ala non deve stallare per un colpo di vento che la conduca al beccheggio, ma, al minimo aumento d'incidenza, lo stabilizzatore benfatto deve subito intervenire per riprendere la linea di planata senza beccheggio (per la vera stabilità non bisogna affatto raggiungere alcuno stallo dell'ala anteriore e nemmeno beccheggiare anche solo minimamente), ed allora il decalage assoluto da solo serve a questo?

C'è già una risposta nel capitolo precedente, ma io sono un po' duro di comprendonio ed approfondirò nei prossimi capitoli, in parte ripetizioni dei precedenti.

 

Rapporti volumetrici. Ai fini della risposta a momenti instabilizzanti esterni può essere utile anche rispettare i valori pratici indicati per la stabilità longitudinale dal cosiddetto rapporto volumetrico di coda orizzontale, che molti aeromodellisti conoscono e sul quale non mi dilungherò troppo.

Comunque Il rapporto volumetrico di coda è K = (Sc/Sa).(A/Cm) = (Sc.A)/(Sa.Cm) dove, negli aerei convenzionali:
Sc = superficie coda, Sa = superficie ala, A = distanza tra baricentro e coda, Cm = corda media ala = CMA = MAC, vedere avanti.

Nel caso di timoni a farfalla occorre per Sc considerare la proiezione su di un piano orizzontale.

Detto rapporto K può variare tra 0,4 (acrobatici) e circa 1 (alianti), in questo senso è una regola troppo empirica, tuttavia importante orientamento per la stabilizzazione.

 

Per i canard potrebbe valere un rapporto volumetrico di naso o di muso longitudinalmente analogo, mentre per i tuttala sarebbe come cercare il sesso degli angeli.

Nel caso dei modelli canard non ho trovato precise indicazioni su tale rapporto, in particolare non saprei se conteggiare come braccio di leva la distanza tra aletta canard e baricentro oppure tra aletta canard e ala posteriore; ovviamente il parametro Kc per i canard varierebbe notevolmente...

 

Rapporto Volumetrico del Piano Verticale VVC (credo che la sigla derivi da Vertical Volumetric Connection, da non confondersi con i rapporti suddetti).

Si può proporre anche un rapporto volumetrico di coda per la deriva verticale dei convenzionali. Avevo scritto che gli studi sulle sup. di deriva sono qui accantonati, ma essendo indispensabili per la stabilità direzionale riporto un estratto dalla Teoria del Gruppo aeromodellistico Mach Aurora - Milano:

con Sv = Superficie del verticale, Sa = Superficie alare, b = braccio di leva ed L = apertura alare. VVC può essere variabile da 0,03 (alianti) a 0,09 (transport jet)...

Da quanto fino ad ora considerato è possibile notare come le superfici di entrambi gli impennaggi siano in relazione con la Superficie alare Sa.
Se l’impennaggio verticale è troppo piccolo ed il diedro alare è troppo grande, in presenza di una raffica laterale una semiala si alza facendo ruotare il modello dalla parte della semiala abbassata. Compito della deriva sarebbe quello di contrastare la rotazione ma essendo troppo piccola non vi riesce e la rotazione si arresta solamente quando l’ala è molto inclinata. A questo punto inizia a ruotare nel senso opposto.
Questo movimento è stato chiamato Dutch Roll o Rollio olandese.
Se invece il diedro trasversale alare è troppo ridotto o inesistente ma l’impennaggio verticale è troppo grande si potrebbe incorrere nell’instabilità in spirale.
Se per causa di una raffica laterale viene provocata una imbardata, il diedro insufficiente e l’impennaggio verticale troppo grande non riescono a sviluppare il rollio necessario a contrastarla.
Di conseguenza la semiala che si è abbassata si abbassa sempre di più facendo entrare il modello in una spirale in picchiata con velocità crescente e raggio della virata sempre più piccolo.

 

Funzione del timone orizzontale, o stabilizzatore; perché, cioè come e quanto lo stabilizzatore stabilizza?

Supponiamo che un aereo convenzionale stia planando centrato (indipendentemente da come sia sostentato dall'ala) con uno stabilizzatore posteriore a profilo biconvesso simmetrico ad incidenza zero: in tal caso il timone regala solo resistenza senza portanza. Potrebbe esserci anche diedro longitudinale geometrico zero, o addirittura negativo, se il profilo alare è portante, ma per ora non c'interessa. Subentra un colpo di vento frontale da sotto (aria in ascendenza) e l'ala aumenta l'incidenza, poniamo che il modello cabri. Il centro di pressione CP dell'ala si sposta ipotizziamo avanti (se il profilo alare è curvo, ma potrebbe anche spostarsi indietro se fosse una lastra piana (legge di Avanzini...), comunque ai fini di questo procedimento basta ragionare al contrario; inoltre se il CP si spostasse indietro aumenterebbe la stabilità...). Se prima il centro di pressione del modello coincideva col baricentro (perché planava centrato), il modello quindi cabra e rallenta. Il timone diviene portante; in senso contrario al momento dell'ala nasce un momento stabilizzante automatico rispetto al baricentro, tanto più efficace quanto più il timone è lontano dall'ala (effetto di banderuola orizzontale rigida...? questo discorso varrebbe solo per la resistenza dello stabilatore, ma per la portanza occorre quantificare meglio). Dunque lo stabilizzatore sembra stabilizzare anche senza diedro longitudinale, se il centro di pressione totale del modello torna indietro al baricentro dopo qualche scampanata o meglio non scampana affatto, quando lo stabilizzatore è perfetto, con un perfetto rapporto volumetrico di coda, associato ad un perfetto margine statico...(vedere avanti). Il diedro longitudinale allora a che serve?

Diciamo grossolanamente: se l'ala cabra, lo stabilizzatore, lui, porta di più (prima era tutto a zero), e quando lo stabilizzatore è giusto fa picchiare cioè cabrare di meno tutto il modello globalmente inteso, manovrando automaticamente più o meno immediatamente secondo l'entità del DL.

Stabilità dell'angolo di incidenza. Abbiamo visto la cosa solo in modo qualitativo, ma è indispensabile studiarla quantitativamente. Affinché il modello torni nella condizione di planata iniziale occorre che il momento dello stabilizzatore uguagli (o forse meglio superi di poco nella fase iniziale di stabilizzazione, indi si smorzi senza oscillazioni...) il momento instabilizzante a cabrare dell'ala. Analogamente, se l'ala invece picchia, lo stabilizzatore picchia di più, etc... Riporto un estratto dal sito Web di Denker (un trattato per piloti di "veri" aerei) la spiegazione di come l'aeroplano sia sensibile alla variazione dell'angolo di incidenza, in condizioni generanti la stabilità (rif. suo paragrafo 6, Figura 6.3).

teeter-foil "Nel riquadro superiore, l'aereo sta volando livellato in aria calma. L'ala sta volando con un angolo d'incidenza normale per la crociera (quattro gradi), mentre la coda lo sta facendo con un angolo d'incidenza molto inferiore (solo un grado). I momenti sono in equilibrio, poiché, anche se la coda sta "riposando" (ovvero sta producendo una portanza inferiore a quella di cui sarebbe capace), la stessa viene a trovarsi molto, molto più lontana dal punto di equilibrio. Si può controllare l'equilibrio in termini matematici: la coda possiede un coefficiente di portanza pari ad un quarto ed una superficie pari alla metà, ma dispone di un braccio di leva otto volte superiore, pertanto i momenti si annullano.

Il riquadro inferiore mostra quanto accade se l'aeroplano incontra un'ascendenza. A causa di quest'ultima, il vento relativo non arriva più esattamente di fronte, ma da una direzione più bassa di un grado rispetto all'orizzonte. Nel primo istante in cui l'aereo entra nell'ascendenza l'assetto non cambia (non ne avrebbe avuto il tempo) pertanto, almeno per un attimo, sia la coda sia l'ala avranno volato con un angolo d'incidenza di un grado superiore al precedente; rispettivamente due e cinque gradi. Questo rappresenta un incremento del 100% per la coda, ma solo del 25% per l'ala. Questo provoca un momento picchiante. L'aereo tenderà a picchiare verso l'ascendenza. Il bilancio dei momenti sull'asse di beccheggio ritornerà all'equilibrio solo quando l'angolo d'incidenza originario sarà stato ripristinato.

Lo stesso ragionamento si applica a qualsiasi altra situazione in cui l'aereo si trovi a volare con un angolo d'incidenza differente da quello per il quale è stato trimmato. Qualsiasi incremento o riduzione dell'angolo causerà un effetto sproporzionato sulla coda. L'aereo assumerà un assetto picchiato o cabrato fintantoché sarà ristabilito l'angolo d'incidenza trimmato...Quanto più grande sarà il "decalage" fra ala e coda, tanto più vigorosamente l'aeroplano si opporrà ad ogni tentativo di modificare il suo angolo d'incidenza “preferito”...
..."Quel che sta dietro” vola con un angolo di incidenza inferiore rispetto a “quanto sta davanti”. Quel che sta dietro può, ma non necessariamente, volare con un’incidenza negativa. Un canard necessita che quel che sta dietro (ovvero l’ala principale!) abbia un angolo di incidenza positivo."

Anche se il decalage fosse stato diverso dall'esemplificato angolo di 3° positivi, con diversi rapporti volumetrici, si sarebbe potuto ugualmente equilibrare l'aeroplano di Denker, magari con diverse proporzioni di incrementi di portanza e diversi tempi di stabilizzazione dinamica, cioè quanto deve essere il DL?

Una prima risposta è implicita nell'esempio "percentuale" di Denker, dando per valido che, prima dello stallo, ad ogni aumento d'incidenza ci sia un aumento di portanza diversamente proporzionato alle variazioni delle incidenze ala/stabilizzatore. Aumentando di 1° l'incidenza di 1° non è come aumentare di 1° l'incidenza di 4°: se grossomodo i profili sono uguali, con le stesse polari, lo stabilizzatore grossomodo raddoppia la sua portanza, mentre l'ala aumenta la sua solo del 25%. La risposta dello stabilizzatore avviene subito o in ritardo?

Secondo l'angolo e la velocità di planata che si vuole realizzare occorrerà un DL appropriato e secondo l'assetto col quale si sta volando l'efficacia del DL sarà più o meno rapida credo anche per l'effetto collaterale che normalmente l'ala squilibrata ad incidenza maggiore ha, ad es. in cabrata va prima del timone verso lo stallo, sempre più con minor efficienza, mentre contemporaneamente il timone va verso la massima sua efficienza, quando c'è un DL positivo di valore elevato ma non eccessivo (credo  max. 6° per i profili aeronautici ma oltre per le lastre piane di cartoncino, tollerando anche un aumento di resistenza utile per una planata lenta, ma di minor efficienza? v. avanti). Presumiamo che il modello voli normalmente in condizioni di massima efficienza. Se c'è un discreto diedro longitudinale, e ad es. in caso di colpo di vento cabrante, in un aereo convenzionale l'ala si allontana dalla condizione di massima efficienza aumentando portanza e di più la resistenza, quindi diminuendo la sua efficienza, mentre il timone posteriore aumenta la sua efficienza aumentando la sua portanza con relativamente poca resistenza, man mano che si avvicina alla sua condizione di massima efficienza, soprattutto con una scelta appropriata dei profili ala/timone.

In buona sostanza, dopo una cabrata per un colpo di vento, facendo il DL positivo, quando il Cp e il Cr ala aumentano, il Cp timone aumenta più o meno a suo Cr quasi costante (nel diagramma polare la curva Cp/Cr è quasi verticale per aumento moderato dell'incidenza), fino all'eventuale stallo anticipato dell'ala per incidenza alta, mentre facendo il DL negativo, il Cp ed il Cr dell'ala aumenterebbero, ma il timone con più forti suoi Cp e Cr potrebbe frenare, e stallare prima dell'ala, senza stabilizzare il modello. In realtà timone posteriore e ala potrebbero avere diversi profili e diverse polari, tuttavia, con DL positivo, il timone lavora ad un'incidenza più bassa dell'ala, in un campo basso delle polari, dove la curve hanno solitamente una pendenza elevata, mentre l'ala lavora in un campo alto della propria polare, dove solitamente la pendenza della curva diminuisce verso lo stallo, quindi succederà che in generale il timone lavorerà in cabrata con un'efficienza maggiore dell'ala, quindi ciò si sommerà all'effetto percentuale di Denker, riguardo al totale effetto stabilizzante del suo momento contrario, con maggiore immediatezza.

 

Teoria e pratica del centraggio, soprattutto longitudinale. CG. CMA. CP totale. Definizione di margine statico.

Diamo per scontato che la planata direzionalmente sia accettabile, o consideriamola tale, e consideriamo quindi solo gli effetti del centraggio in senso longitudinale.

S'intenda per baricentro il centro delle masse, talora indicato come centro di gravità CG.

 

Il punto neutro dell'ala, detto anche fuoco o centro aerodinamico alare, è il punto in cui il coefficiente di momento agente sul profilo rimane generalmente costante al variare dell'incidenza (ad incidenze non elevate). Solitamente si trova al quarto di corda alare, cioè circa al 25% della corda a partire dal bordo d'entrata. Oltre alla risultante delle forze aerodinamiche considerata applicata in questo punto, bisognerà considerare anche un momento aerodinamico applicato generalmente non nullo, dovuto al trasporto della risultante nel medesimo punto.

 

Quando le ali sono rastremate ci si riferisce alla corda media alare o aerodinamica , media geometrica, nel centro di superficie della semiala (riferimento che potrebbe variare quando cambia il profilo lungo l'apertura alare, occorrerebbe considerare una corda media aerodinamica...ponderata?), comunemente abbreviata in CMA, oppure MAC (mean aerodynamic chord).

Attenzione che non si tratta di una più semplice media aritmetica tra corda minima e massima del trapezio di rastremazione, alla quale la suddetta media geometrica però assomiglia molto, ma la CMA è posizionata più vicino alla radice della semiala, essendo la CMA intesa graficamente in un modo semplice (es. http://www.derosadesign.it/grigio/cma.htm ), oppure può essere calcolata con un semplice software di equazioni, reperibile in diversi siti Internet (es. http://www.inlandsloperebels.com/Calc/cgcalc.html ), metodi che qui riporto soltanto in links di esempio. Per chi volesse approfondire gli aspetti teorici, può vedere anche in http://wpage.unina.it/agodemar/MS2011/MS2011_4.pdf.

 

Consideriamo che esista anche lo stabilizzatore e quindi il sistema risultante totale delle forze e dei momenti aerodinamici sia applicabile ad un altro punto neutro del modello,   di applicazione della risultante di tutte le forze aerodinamiche e momenti presenti, punto che io chiamerò pure fuoco o fulcro aerodinamico delle pressioni dell'intero modello, o aerodina che dir si voglia, punto talora indicato con CP totale. Tale punto è vicino al CG, ma quasi mai coincidente con esso.

Quando l'aerodina vola in planata centrata la sommatoria dei momenti (quello aerodinamico nel punto neutro del modello contrastato dal momento del peso rispetto al punto neutro e con il peso bilanciato dalla portanza totale, o meglio con forze totali zero) deve essere nulla, per planare ad angoli di incidenze stabili, pur tollerando diversi angoli di planata libera, entro una rosa di possibilità determinate dai valori del DL, che cambiano la posizione del CP totale, "trimmando" l'aerodina ad un'incidenza "preferita".

Per volare bene il CG deve stare davanti al CP totale (da pensare in posizione variabile secondo il DL prefissato, che determinerà, oltre alla pendenza, anche la velocità di planata, in funzione della posizione del CG).

Osservando che la posizione del CG può essere variata entro certi limiti, occorre centrare dinamicamente l'aerodina, ponendo il CG davanti al CP totale ad una posizione tale che nel volo effettivo, qualunque instabilità subentri esternamente, per una causa esterna (es. colpo di vento), il sistema aerodinamico reagisca sempre per la stabilità dinamica voluta.

Esiste una fondamentale distinzione tra equilibrio e stabilità, equilibrio statico e dinamico, stabilità statica e dinamica, centraggio statico e dinamico.

Generalmente si parla di centraggio statico o dinamico per dire in equilibrio senza o con stabilità di volo, in quanto un corpo rigido centrato staticamente (in equilibrio) può divenire instabile dinamicamente.

Il centraggio statico è solitamente insufficiente per un buon centraggio dinamico: l'equilibrio delle forze e dei momenti da solo non garantisce che la stabilità ci sia sempre, in ogni condizione di volo. Affinché ci sia stabilità dinamica occorre che l'equilibrio in volo si ripristini sempre, cioè sia un equilibrio dinamico continuativo.

Centrare un modello significa non farlo né cabrare né picchiare mai quando vola da solo con un certo angolo di planata, inoltre significa soprattutto ottimizzare la planata desiderata.

 

Notare che non esiste un unico centraggio ottimale, ma, nella rosa delle planate accettabili, tutte definibili centrate, si può ottenere da una minima efficienza (con massima velocità) ad una massima efficienza (con velocità minore) e poi ancora un'efficienza minore, ma ad una velocità ancora più bassa di quella alla massima efficienza, poco prima di arrivare allo stallo per eccesso di assetto cabrato.

Quando l'efficienza è minima si può addirittura pensare ad una veloce discesa "a paracadute" contrastata solo dalla resistenza aerodinamica di tutto il modello, a bassa incidenza al vento relativo.

Quando la planata invece avviene ad un'incidenza forte in prossimità dello stallo alare la velocità di discesa è minima in assoluto, ma l'efficienza è più bassa di quella massima ottenibile nelle migliori condizioni aerodinamiche. Ripeto che l'efficienza massima corrisponde al miglior rapporto portanza/resistenza; ciò si realizza con forza aerodinamica minore di quelle prima dello stallo, ma con il miglior rapporto anzidetto.

 

Si definisce margine statico la distanza tra il CG ed il CP totale dell'aerodina in volo, distanza positiva quando il CG è anteriore, guardando rispetto al senso di marcia.

S'intenda che si parla comunque di pochi mm di margine statico negli aeroplanini di cartoncino.

Il baricentro dovrà essere tanto più davanti quanto si vuole maggiore la stabilità, però oltre un certo margine statico il modello punterà decisamente in basso ad una velocità inaccettabile, mentre con margine statico basso è facile cabrare ondulando alla minima instabilità esterna...

Affinchè ci sia equilibrio stabile rispetto al senso di marcia il CP deve stare sempre dietro al CG, ma fissare a priori quanto dietro non è facile, ed è assai difficile prevedere la stabilità "dinamica", che è quella che interessa veramente. In pratica la posizione reale del CP totale è sconosciuta ai più, come l'araba fenice ("che ci sia ognun lo dice, dove sia nessun lo sa"), mentre il CG è più facile da individuare e bilanciare staticamente, determinandone una posizione di solito riferita alla CMA (v. avanti capitoli Centraggio modelli RC e La corsa del CG).

 

Non è solo il posizionamento del CG a stabilizzare: conta molto anche il diedro longitudinale; la posizione del peso determina il centraggio statico, il diedro longitudinale qualifica il centraggio dinamico, associato al rapporto volumetrico delle superfici di sostentamento e/o stabilizzanti...

Le 2 condizioni margine statico positivo e decalage positivo vanno rispettate entrambe contemporaneamente per non avere talora una stabilità rilassata, cioè ogni singola condizione può determinare un'ottima stabilità, ma se una delle 2 non è verificata separatamente, c'è instabilità, gestibile solo con continue correzioni in volo delle superfici di controllo, in pratica solo tramite computer di bordo automatico, che mantenga la stabilità rilassata ma funzionale ad una maggiore manovrabilità. Non è certo il caso dei miei aeroplanini, ma potrebbe essere il caso di caccia militari supersonici, ad es. come l'F16.

Il diedro longitudinale ed il margine statico servono per ottenere con l'incidenza preferita l'equilibrio dei momenti dell'ala e del timone, sia questo convenzionale posteriore che canard anteriore, oppure similcanard o similconvenzionale nei tuttala, dopo aver realizzato costruttivamente un certo rapporto volumetrico delle superfici, determinante ai fini della proporzionalità dei rapporti delle forze in gioco.

Anche lo svergolamento ottenuto tramite le piegature del cartoncino (simildecalage) e/o la freccia ideale dei tuttala per variare i bracci di leva sono sottocasi di quanto esposto.

La cosa riguarda insieme il timone e l'ala irrigiditi dalla fusoliera o comunque uniti nei tuttala, con incidenze che mutano i coeff. di portanza antero-posteriori e bracci di leva adeguati a far avanzare il baricentro davanti al CP totale, a pari clip, oppure a pari bracci di leva può occorrere un peso in punta maggiore.

Osservare che il margine statico ed il decalage sono correlabili ma sono variabili quasi indipendenti tra loro.

Aumentando il DL aumenta la deportanza di coda dei convenzionali e quindi ci sarà un effetto cabrante del modello, per compensare il quale in volo libero occorrerà aumentare il momento del peso rispetto al CP totale, quindi aumentare il margine statico. Per il caso viceversa ragionare al contrario.

Dunque quando c'è il diedro longitudinale elevato, per mantenere la stessa planata, occorre un margine statico maggiore e quando c'è un margine statico elevato occorre un DL maggiore, correlati in modo indipendente quasi proporzionale, ammesso che si possa trovare una proporzione tra bracci ed angoli...

Aumentando il margine statico aumentano i momenti reciproci delle 2 principali forze in gioco per il sostentamento e l'avanzamento in volo libero: la portanza ed il peso, quindi occorre che per il volo libero a planata costante (cioè centrato) il momento risultante sia sempre nullo, inoltre con la resistenza che equilibri la trazione fornita dalla componente della forza peso. Osservare che anche resistenza e trazione possono avere momenti instabilizzanti qualora i loro punti di applicazione non coincidano.

 

NB in generale in pratica per tutte le aerodine, riassumendo l'essenziale:

  • Il margine statico è un indice per "quasi misurare" la stabilità: normalmente varia dal 5 al 13% della lunghezza della CMA. Oltre il 25% ogni aerodina a comandi bloccati in volo libero credo che scenda come un sasso, mentre sotto il 5% credo che si possa fare solo in aerei da acrobazia forse con pilotaggio manuale fino a margine statico zero, però il margine statico è stato fatto anche poco sottozero in caccia a stabilità rilassata, gestibile esclusivamente tramite computer di bordo (es. F16).

  • Il DL positivo deve essere di valore elevato ma non eccessivo (credo  max. 6° per i profili aeronautici ma anche più per le lastre piane di cartoncino...). Normalmente negli aeromodello radiocomandati il DL si tiene circa 2° o massimo 3° (v. Centraggio modelli RC). Il DL positivo non qualifica tutta la stabilità, ma "la rapidità di risposta stabile" alle perturbazioni esterne.

  • Un DL elevato genera maggior resistenza di coda, dunque è sconsigliabile ai fini dell'efficienza di planata del modello, mentre un margine statico maggiore determina un aumento di velocità di planata.

  • Si presume che nei modelli convenzionali il CP totale sia dal 25 al 30% circa della CMA e si fa capitare staticamente il CG poco più avanti, riferendo la posizione sempre alla CMA (quindi ad es. con margine statico 5% il CG viene posizionato circa tra il 20 ed il 25% della CMA) , fino a trovare poi sperimentalmente la posizione ideale, lanciando il modello. Per compiere i primi lanci ci si basa sull'esperienza di altri aeromodellisti, facendo tesoro delle informazioni tecniche valide (si spera).

  • Mentre per i canard il CG è assai anteriore rispetto al bordo d'entrata dell'ala, per i tuttala può valere la posizione del CG dal 17 al 21%, come dettagliato nel seguito (tabella di Simone Nosi).

  • Nei modelli di cartoncino il DL ed il margine statico sono spannometrici, ma fortunatamente nei miei tuttala per modificare il DL basta toccare le pieghe e per il CG si può spostare facilmente cambiando le clips di plastica, sostituendole sperimentalmente dopo qualche prova negativa, senza fare troppi calcoli teorici, per chi vuol solo giocare.

Riporto quanto ho appreso dal forum di Barone Rosso, un ottimo sito di aeromodellismo:

  • aliante acrobatico= DL prossimo allo zero e CG arretrato,

  • aliante da termica= DL maggiorato (rispetto al primo) e CG avanzato, perchè un DL minimo permette una escursione di velocità maggiori, un comportamento del modello più neutro nei vari assetti, mentre un DL maggiore obbliga a mantenere una escursione di velocità più contenuta per non innescare scampanamenti e poi per volare in termica bisogna andare piano e a velocità costante...

  • ..."La stabilità non aumenta per l'aumento del reflex, aumenta per l'aumento del margine statico. L'aumento del reflex è un'esigenza legata all'equilibrio"...(?)

 

Centraggio modelli RC. Gli aeromodelli radiocomandati esulerebbero da questo mio articolo sui tuttala, tuttavia sono realizzati da molti aeromodellisti, sia come modelli a motore che come veleggiatori. Spesso non sono più un gioco, ma divengono modelli di una scienza complessa, che nulla ha da invidiare agli aerei veri.

I diedri longitudinali comunemente proposti nel forum di Barone Rosso, per alianti convenzionali da pendio, magari acrobatici/veleggiatori da termica per gara variano da quasi 0° a 3° (secondo i profili), ma per un volo tranquillo c'è anche chi arriva a 6°, sebbene la maggioranza degli esperti consideri già 3° un decalage eccessivo, da far planare l'aliante stabile troppo "inchiodato", cioè con manovrabilità lenta cioè scarsa sensibilità di pilotaggio.    

Notare che la vera posizione del punto neutro del modello viene in pratica bellamente ignorata, in quanto ci si riferisce unicamente alla posizione del CG sulla CMA,  senza preoccuparsi di quale sia il margine statico effettivo. Probabilmente si sottintende che il punto neutro del modello, nel caso dei tuttala coincidente con il punto neutro dell'ala, si trovi al 25% della CMA, ma nel caso dei convenzionali potrebbe essere altrove, e nel caso dei canard davanti all'ala...

 

Un aeromodellista del citato forum scrive per modelli convenzionali:

"...La posizione del CG e' in relazione con il DL e viceversa, per esempio se ho un DL di +1,5° avrò un CG avanzato, contrariamente se ho un DL a +0,5° il CG sarà molto più indietro, quindi non esiste un solo CG ma molti CG, un CG avanzato con un DL alto viene spesso usato sui modelli dove si ricerca un volo tranquillo."

Altri spunti interessanti sono sparsi nel corposo messaggio 10388 - tuttala e cg,; in particolare, per aeromodelli tuttala RC a motore, sia con ala a freccia che Plank, si usa la "magica tabella" di Simone Nosi (mago dei tuttala veloci):

 

Posizione del CG (rispetto alla CMA) dei tuttala

17% "DORMIENTE"
Il modello è eccezionalmente stabile anche a bassissima velocità, tirando lentamente a fondo il comando del cabra non stalla ma rallenta ed aumenta progressivamente il suo angolo di discesa. L’efficienza del modello è bassa.

18% "REGOLARE"
Il modello è molto stabile, tiene bene le termiche, lo stallo è regolare, avviene a bassa velocità ed alta incidenza ma solo dopo aver “avvisato” il pilota. Il rateo di discesa è normale.

19% "SPORTIVO"
Il modello è stabile in volo normale, lo stallo è brusco. L’efficienza è molto buona.

20% "AUDACE"
Il modello è stabile a velocità sostenute, lo stallo è improvviso anche ad angoli di attacco relativamente bassi. L’efficienza è eccezionale.

21% "CRIMINALE"
Il modello è isterico in ogni condizione di volo, ogni altra valutazione è resa impossibile dalla difficile controllabilità.

 

Importante ma controverso. Per i miei aeroplanini tuttala di cartoncino i diedri longitudinali apparenti e le posizioni dei CG possono assumere valori diversi da quelli sopra esposti per i tuttala RC e per le altre aerodine (tabella gialla). Con i tuttala di cartoncino si possono tollerare valori di DL apparentemente ben più alti, infatti tutte le pieghe "ridotte a zero" mantengono in realtà valori di angolo di "piega residua" del cartoncino maggiori del diedro geometrico apparente, e soprattutto nei tuttala il diedro longitudinale apparente tra due superfici piane contigue e piegate credo che vada conteggiato in modo diverso dai DL classici dei convenzionali e dei canard, che invece hanno le superfici antero/posteriori ben separate da forti bracci di leva. Ho scritto "apparentemente ben più alti" perché l'angolo che si vede, es. piega elevons dei tuttala, non è un DL classico a superfici separate, ma piuttosto il risultato di un elevatore contiguo allo stabilizzatore dei convenzionali, piegato a deviare il flusso del vento relativo del tuttala, a braccio di leva quasi nullo. Ritengo che il cosiddetto DL dei tuttala abbia infatti soprattutto un effetto deviatore del flusso sul profilo alare, simile a quello ottenibile con gli slats e/o flaps posti sulla medesima ala, ovviamente con i flussi deviati diversamente a seconda delle soluzioni scelte.

 

Negli slats degli aerei "veri" lo scopo è di aumentare la portanza e l'angolo critico di stallo (portandolo a circa 25°), tramite o una fessura del bordo d'entrata che agisce sullo strato limite del dorso del profilo, oppure tramite un'aletta (Krueger) che si apre ruotando circa 120° fino ad una posizione finale ad inclinazione negativa, che io interpreto come un aumento del camber del profilo...Gli slats dei miei aeroplanini di cartoncino pure possono essere inclinati negativamente, ma anche positivamente, con diversi angoli, pertanto possono essere usati come superfici di controllo della stabilizzazione. Gli slats di cartoncino possono essere utilizzati proficuamente piegati fino a circa più o meno 20°, però con effetti contrastanti. In genere gli effetti non sono pericolosi fin quando la piega è negativa, massimo -10°, cioè nel senso di aumento ipotetico del camber del profilo alare, per aumentare la portanza, tuttavia già oltre -10° e fino a -20° si manifesta un effetto picchiante sempre più marcato, che diviene una forte picchiata oltre -20°, se non diviene proprio un looping rovescio, allorquando non si interviene anche contemporaneamente o sulla clip (diminuendola) o sugli elevons (aumentandone l'inclinazione) etc. Invece allorquando gli slat venissero usati come "alette canard" ad inclinazione positiva occorre prestare molta più attenzione a tutti i fattori in gioco, es. con grandi superfici influenti già per bassi angoli di piega stare particolarmente attenti, creando quindi un DL per stabilizzazione "anteriore" o similcanard, difficile da realizzare bene.

 

Invece è più facile da realizzare il DL per stabilizzazione "posteriore" o simil convenzionale, che tollera angoli di piega anche oltre 20°, in riferimento alla piega di elevons rialzati sulle semiali dei tuttala di cartoncino.

Alcuni miei tuttala di cartoncino volano sia a 0° che anche forse con tale DL apparente ben oltre 20°, però oltre 30° sarebbe meglio parlare di elevatore/freno ad assetto cabrato con discesa forzata dal peso della clip maggiorata, vedere avanti ad esempio la Verifica passaggi dai tipi T1 al tipo J2 e viceversa: l'efficienza delle planate varia secondo la coppia DL apparente/margine statico determinato dalla clip, clip che influenza anche il carico alare. In tale verifica del modello tuttala J2 oppure T1 con clip pesanti non si può parlare di discesa ripidissima, quasi "a paracadute", però al limite mi sono ricordato che aumentando eccessivamente il DL dei veleggiatori convenzionali si può ottenere una discesa "spanciata a paracadute" con ala in stallo (°).

 

Con gli usuali flaps in tutti gli aerei "veri" si ottiene un forte aumento della portanza, con diminuzione dell'incidenza critica di stallo dell'ala (che scende anche sotto 15°); nei "liner" si può arrivare tranquillamente ad angoli di inclinazione positiva dei flaps prossimi a 30°. In modo analogo io vedo gli elevons dei miei tuttala anche inclinati negativamente 30° senza problemi, tranne un aumento di resistenza e peggioramento dell'efficienza aerodinamica.

Invece nei casi delle pseudowinglets oppure no-winglets occorre andare più cauti con le inclinazioni delle pieghe, che devono essere più basse, al max. circa più o meno 15°, pur trattandosi quasi sempre di una stabilizzazione similconvenzionale, a svergolamento anteriore oppure posteriore, infatti molto dipende dall'entità delle superfici di controllo, dalla freccia delle pieghe e dalla freccia alare.

Non sono in grado di precisare qui tutti i valori angolari massimi delle pieghe alari per i tuttala di cartoncino, valori di inclinazioni massime che dipendono appunto dall'entità delle superfici di controllo rapportate con il resto della superficie alare, in posizioni sempre con bracci di leva piccoli, più o meno portanti a seconda della freccia delle pieghe rapportata alla freccia alare. Vedere i singoli modelli analizzati nelle altre parti del presente articolo. Tuttavia talora si possono superare i valori angolari esposti, senza apparenti rilevabili variazioni della stabilità longitudinale, naturalmente a patto di un'adeguata sperimentazione della clip.

Ciò non vuol dire che i tuttala di cartoncino debbano avere valori di DL elevatissimi, anzi il DL è meglio che sia il minimo possibile per una planata appagante!

 

Anche il valore della freccia alare dei tuttala richiede una variazione dell'entità del DL apparente, per via della variazione dei bracci di leva impliciti nelle diverse configurazioni a freccia. Se poi si esce dalla configurazione tuttala occorre rimeditare il tutto. Arriverei infine a pensare che passando in generale dai tuttala similcanard ai veri canard e dai tuttala similconvenzionali ai veri aerei convenzionali i possibili elevati valori dei DL apparenti debbano essere ridotti man mano che si aumentano i rispettivi bracci di leva antero/posteriori, fino ad arrivare ai bassi valori usuali dei DL classici, esposti nella precedente tabella in giallo, per tutte le aerodine.

 

(°) come nei dispositivi antitermiche (determalizzatori a stabilizzatore reclinabile) dei veleggiatori vintage di anziana memoria. Infatti con DL > 30° l'ala anteriore di un veleggiatore convenzionale è certamente in stallo ed il veleggiatore dopo l'intervento della miccia che faceva scattare lo stabilizzatore posteriore in posizione antitermica (stab. tutto inclinato negativamente), il veleggiatore, dopo un'impennata, scendeva a terra "spanciato a paracadute". Oggi che ci sono i radiocomandi, l'antitermica, e certi altri strani ingegnosi meccanismi per lo più ignoti agli aeromodellisti di oggi, quali il dispositivo autodirezionale magnetico per veleggiatori da pendio, e/o il regolatore di virata a scatto della deriva mobile per veleggiatori da pianura, sono meccanismi da museo, ciò non ostante di doverosa buona meditazione.

 

La corsa del CG. Osservo che la "magica tabella" di Simone Nosi funziona per i tuttala RC con spostamento del CG sulla CMA con continuità percentuale, dalle aerodine convenzionali ai tuttala simil-convenzionali, come sono intesi la maggioranza degli aeromodelli tuttala RC, anche Plank, ma quasi tutti a freccia positiva. Il campo dei tuttala a freccia negativa resta inesplorato ai più, tuttavia a voler ben vedere non differisce molto da quello dei tuttala a freccia positiva simil-convenzionali.

Osservo pure che c'è una soluzione di continuità passando dai tuttala ai canard, per quanto riguarda la posizione del CG, che salta decisamente fuori dalla CMA, davanti al bordo d'entrata dell'ala dei canard, con una corsa verso il muso, che determina un forte salto rispetto alla tabella di Nosi.

Non sto qui a determinare l'entità del salto (in parte studiata nei miei articoli sui canard e forse riconducibile tramite adeguato rapporto volumetrico di muso a valori percentuali negativi decrescenti rispetto al bordo d'entrata considerato origine della CMA). Considerando che anche nei canard esiste il margine statico ed il DL, la posizione del CG non dovrebbe saltar fuori all'improvviso dal bordo d'entrata alare, ma dovrebbe esserci una continuità delle posizioni del CG tra i tuttala ed i canard, precisamente in quei modelli che ho chiamato tuttala similcanard. Precisamente in questi il CG dovrebbe avanzare sotto il 17% della tabella Nosi, arrivare a zero, morire come tuttala e rinascere come canard ad una posizione sottozero, sempre più tipicamente lontana dal bordo d'entrata dell'ala canard quanto più il canard venisse considerato tipico, a collo lungo, con timone anteriore ben staccato dall'ala posteriore.

Sarebbe interessante studiare le prestazioni dei tuttala similcanard, configurazione credo forse mai adottata in veri aerei, forse perché, a fronte della possibilità aerodinamica di stabilità, non si è trovato un vero vantaggio di sostentazione con migliore efficienza aerodinamica globale, o per problemi tecnico-pratici (posizione carrello, velocità atterraggio, manovrabilità e sensibilità ai comandi, posizione carichi critica etc.) o forse solo perché "chi lascia la strada vecchia per la nuova, sa quel che lascia e non sa quel che trova".

 

Introduzione ai tipi H.

Fare molta attenzione al riferimento "tuttala Plank" oppure tipi H: io l'intendo esclusivamente ad ala senza freccia e con qualche sistema di stabilizzazione, ma Simone Nosi, in 2 suoi notevoli articoli sui profili veloci dei tuttala (pptv1 e pptv2), credo per una svista veniale, associa i tuttala Plank a quelli senza svergolamento...intendendo però che per lui "privi di  svergolamento" significa con suoi profili reflex = autostabili, cioè è come se ci fosse comunque un DL, mentre per me "senza svergolamento" significa con semiali proprio solo piane di cartoncino, senza la minima piega, cioè senza DL, cosa che verrà verificata solo nei miei tipi I & J, ma che non si ritrova mai nei miei tipi H, come qui subito di seguito descritti.

 

Ho chiamato con la sigla H tutti i miei modelli tuttala ad ala dotata di  superfici di stabilizzazione e "senza freccia", detti anche tipo "Plank", sebbene la seconda denominazione si riferisca soprattutto a quelli ad ala quasi tutta rettangolare. La freccia andrebbe riferita esclusivamente alla freccia dei centri di pressione o freccia della linea focale, che in realtà negli H è sempre leggermente positiva, dunque non sarebbe esatto scrivere che gli H sono "senza freccia", sarebbe invece esatto scrivere sono con freccia quasi zero.

Infatti esistono le diverse frecce dei bordi d'entrata e le diverse frecce dei bordi d'uscita,  per determinare nel complesso convergente dei bordi un'ala rastremata, come preannunciata alla pagina Configurazione tuttala, parte prima.

Nelle ali "senza freccia" rastremate, il bordo d'entrata ha una freccia solitamente positiva ed il bordo d'uscita una freccia solitamente negativa: tale insieme è stato da me denominato pure "bitrapezoidale" , di trapezi rettangoli combacianti per il lato retto rispetto ad un asse trasversale dell'ala, od anche insieme "romboidale" ad apertura allungata in tal caso secondo un asse trasversale diritto, cioè con linea focale della semiala sempre diritta (o quasi diritta per quel che seguirà, es. leggermente "ellittica", testo scritto in piccolo), ma formante lungo la linea focale delle 2 semiali una piccola freccia dell'intera ala.

La freccia media geometrica di un tale insieme potrebbe anche essere positiva o negativa qualora la corda (minima) dell'estremità rastremata fosse spostata rispettivamente o indietro o avanti rispetto all'asse trasversale passante per la metà della corda massima. La freccia focale sarà comunque anteriore alla freccia media geometrica, potendo essere anche la freccia della linea focale rispettivamente o positiva o negativa, in generale, ma ciò per definizione non nei tipi H.

Chiamando (con misure angolari algebriche) Fe = freccia del bordo di entrata, Fu = freccia del bordo d'uscita, la freccia della linea focale Ff si troverà davanti e con un valore perlopiù positivo lievemente superiore alla freccia media algebrica Fm = (Fe + Fu)/2. In assoluto, anche se la Ff fosse negativa, esisterà sempre un "delta" positivo, cioè una differenza di valori positivi, rispetto alla Fm.

Da un punto di vista pratico si può approssimare la Ff alla Fm, soprattutto nelle ali rastremate con bordi d'entrata ed uscita a linea diritta (tenendo comunque presente che quando Fm = 0 risulta comunque Ff > 0). Prendendo come riferimento per la denominazione dei tipi di stabilizzazione proprio la freccia media algebrica Fm (perlopiù facilmente calcolabile), avremo per mia definizione tutti i tipi H con Fm = 0, mentre quando Fm > 0 si passa ai tipi a freccia positiva e quando Fm < 0 si passa ai tipi a freccia negativa.

Sarebbe stato più logico riferirsi alla linea focale aerodinamica piuttosto che alla freccia media geometrica, però ho preferito la facilità della geometria.

 

La cosa più importante da osservare è che prendendo come riferimento per la distinzione dei modelli H la linea Fm, ed anche in generale per tutti i tipi a freccia positiva o negativa, ai fini della stabilità riferita alla freccia media si avrà sempre un vantaggio rispetto alla vera stabilità aerodinamica che andrebbe riferita alla linea focale, in quanto il piccolo "delta" positivo sopracitato tra (Ff - Fm) permette di guadagnare un piccolo braccio di leva e quindi sfruttare una piccola maggiore stabilità longitudinale...

Tuttavia imporre la condizione Fm=0 significa che nei tipi H i due trapezi rettangoli combacianti lungo l'asse medio trasversale devono essere simmetrici, o quasi...

 

Secondo un medesimo asse diritto trasversalmente si può avere anche un'ala "ellittica", che come in alcuni aerei convenzionali (es. caccia Supermarine Spitfire) ha il bordo d'entrata secondo un'ellisse più schiacciata di quella del bordo uscita, ma può accadere anche il contrario. Invero la linea focale dei centri di pressione (solitamente posta al 25-30 % delle corde) immaginata come un'unica retta trasversale dell'ala, retta di riferimento solo per questo discorso, potrebbe essere in pianta in realtà pure ellittica o pluri piegata come a multifrecce positive o negative, uscendo dalla definizione di tuttala "senza freccia" perfetto, ma ciò non importa al fine della mia distinzione, basata sulla freccia media algebrica.

Finché l'angolo di freccia medio si mantiene circa zero gradi, e finché saranno presenti superfici di stabilizzazione, io chiamerò sempre questi modelli tutti in configurazione H, con sottocategorie che verranno denominate in base alle 12 configurazioni di stabilizzazione ridotte a 6, in quanto solo per i tipi H, mancando la freccia, valgono le seguenti identità, valide per sinonimia intrinseca, allorquando le seguenti sigle venissero apposte alla base H diversamente stabilizzata: W=Y, V=U, A=K, X=P, Z=Q, T=N.

Ho deciso di apporre dopo la sigla H una seconda sigla indicante la configurazione di stabilizzazione, secondo la Tabula riassuntiva a fine pagina.

 

Tornando allo studio delle piante alari, il bordo d'uscita circa diritto con il bordo d'entrata ellittico o plurirastremato a frecce del bordo d'entrata crescenti verso le estremità alari è per la precisione noto come ala a pianta "Schuemann", mentre per la pianta contraria non ho trovato denominazioni specifiche, ma direi pianta tipo alianti "Janus". La pianta alare contraria (cioè Janus) era di moda prima ed a cavallo della seconda guerra mondiale (es. caccia Curtiss P40, che invero ha il bordo d'entrata diritto e quello d'uscita a freccia negativa non ellittica, tranne che alle estremità; cito anche l'idrocorsa Piaggio PC7 "Pinocchio" con ala a bordo d'uscita ellittico molto più del bordo d'entrata). La configurazione con bordo d'uscita a freccia negativa più negativa di quella del bordo d'entrata (questo a freccia leggermente negativa) è rimasta attuata ancora in alianti relativamente moderni biposto in linea (es. serie "Janus", specificatamente Janus B), ma poi è stata soppiantata dall'ala a pianta "Schuemann" senza winglets, o anche da altre ali allungate con varie winglets. Infatti più che la pianta alare ai fini della diminuzione della resistenza indotta rivestono molta importanza le forme delle estremità alari. L'aliante Janus B ha le estremità poco arrotondate anteriormente sulla corda minima; quel che conta è se l'arrotondamento avviene principalmente sul bordo anteriore (arrotondamento oggi ritenuto più efficace) o sul bordo posteriore d'uscita alare (arrotondamento che oggi alcuni dicono cattivo, ma anni fa era la norma, talora vistoso, in funzione della velocità dell'aerodina).

 

Oltre all'arrotondamento in pianta alare sopra citato, si aggiungano anche eventuali arrotondamenti sulla verticale delle ali, o meglio superfici di estremità ("tips") in giù o in su. Le "tips" verticali sono normalmente (quasi) nella stessa direzione del moto (winglets), ma, se effettuate arrotondando attorno ad un asse inclinato rispetto alla direzione di volo, (per gli aeroplanini di cartoncino semplicemente piegando il cartoncino) le "tips" di superficie relativamente grande e quasi nello stesso piano alare possono divenire quel che io ho arbitrariamente chiamato superfici di controllo, e/o sostentazione e/o stabilizzazione, no-winglets o pseudowinglets, secondo l'inclinazione della piega, con ulteriori importantissimi effetti di controllo etc. secondo la piega in giù o in su, già accennate al capitolo Richiami di questa pagina e nella parte terza di quest'articolo sui tuttala.

 

Si dice che i tuttala  Plank abbiano possibilità velocistiche elevate ed in genere una manovrabilità esasperata, utile negli RC da pendio e da combat, ma non è il caso dei miei aeroplanini di cartoncino, per volo libero a lancio manuale, qui studiati. Ecco le foto di 2 tipi HA... ben riusciti:

 

Tipo HA1 (apertura 298 mm, clip 38 mm) che plana teso (efficienza media circa 6/7 e forse più, con centraggio accurato) ma all'inizio quasi "frillante", o meglio con oscillazioni fugoidi di breve periodo, che si smorzano a fine traiettoria.

 

Tipo HA2 (apertura 264 mm) che plana teso (efficienza 6/7) e (quasi) senza le oscillazioni del precedente. Clip 43 mm, piuttosto pesante, determinando una planata veloce per l'alto carico alare. Affidabilità discutibile. Se si sposta la stessa clip al contrario, ottenendo il tipo HP2 , questo non vola, anzi esegue subito un looping rovescio, in picchiata. Se si riduce il peso della clip nella marcia indietro sembra migliorare un poco, ma poi stalla, anche con vite. La cosa potrebbe dipendere dai rapporti tra le superfici e verrà meglio studiata al capitolo Tuttala ad ala bitrapezoidale e/o romboidale (tipi H), versioni HP...

 

Tipo A6 (apertura 270 mm, clip 30 mm) di analoga planata dei precedenti, ma con oscillazioni di beccheggio intermedie. L'efficienza reale forse è peggiorata per le estremità alari tronche, tuttavia, siccome la clip è leggermente scarsa, essendo il modello al limite della traiettoria cabrata e fugoide, può sembrare una buona efficienza apparente (7 o forse più). La stabilità direzionale è scadente rispetto ai precedenti HA, avendo il CSL credo più avanzato di loro. Il CSL per me significa centro di superficie laterale = centro di spinta laterale = centro di pressione laterale, che deve essere situato dietro al CG del modello e circa alla stessa altezza, per ottenere un buon effetto banderuola...
Praticamente la posizione del CSL nella maggioranza delle aerodine si potrebbe approssimare al centro di gravità della proiezione laterale della fusoliera ed altre viste laterali su una sagoma es. di cartone; cioè ritagliando tale proiezione sagomata e sospendendo il ritaglio successivamente per due punti diversi, tracciando le verticali a partire dai punti di sospensione, si determinerebbe il punto di incrocio delle 2 rette verticali = baricentro della sagoma ritagliata = centro della superficie del ritaglio. Ciò però è praticamente impossibile nei miei tuttala senza deriva, per l'estrema sottigliezza della superficie laterale, complicata dalla difficile proiezione laterale della clip: ho fatto solo un'illazione sulla posizione del CSL del tipo A6, valutandone ad occhio la vista laterale. Per quanto estremamente imprecisa, ma facile da fare, tale valutazione oculare sembra reggere per tutti i miei aeroplanini, tenendo conto soprattutto della doppia proiezione derivante dall'esistenza del diedro trasversale dell'ala, da vedere influente nelle 2 semiali piegate, come se ci fosse l'effetto somma di 2 piccole derive.

 

Attenzione a non chiamare configurazione H quelle che configurazione H non sono, ad es. i tipi HA (varietà di H), HP etc. con freccia media zero, non vanno confusi con i veri tipi A, P etc., che hanno la freccia evidente. Per il sovrastante modello non si tratta più di un modello della serie H, ma di uno della serie A, in quanto per la loro distinzione è sbagliato prendere come riferimenti solo le frecce dei singoli bordi di entrata o di uscita. Una confusione infatti potrebbe nascere per le ali a delta: rientrano nella categoria H oppure nelle altre mie 12 configurazioni già prospettate, con diverse possibilità di stabilizzazione?

L'ala romboidale degenerata in triangolare con il bordo d'uscita diritto ha la denominazione di ala a delta "standard", ed al contrario, con il bordo d'entrata diritto, ha la denominazione di ala a delta inverso, tuttavia le ali a delta in senso usuale sono solitamente ad allungamento molto basso (all. meno di 3) e non verranno qui trattate, tranne quelle ad allungamento molto elevato (ben oltre 3, ad es. v. tipo A6 con allungamento circa 5,6), cioè a linea focale a basso angolo di freccia, od anche conformata a multifrecce variabili, sempre però intese con modesti angoli di freccia singola prevalente, o complessivamente ali "ellittiche" allungate quasi diritte.

In un primo tempo, per modesti angoli di freccia alare, entro i limiti di un'ala "quasi rettangolare" (Plank), per circoscrivere l'idea H avevo trovato comodo individuare come erroneo limite di distinzione posteriore il bordo di uscita diritto (per freccia dei centri di pressione leggermente positiva), e/o di distinzione anteriore il bordo d'entrata diritto (per freccia dei centri di pressione leggermente negativa), però ciò si presta ad equivoci, quando la freccia del modello con ali a delta diviene elevata.

Io intendo H come quasi un Genere biologico con 6 specie a frecce zero e le altre 12 configurazioni come specie biologiche di altri 2 Generi diversi: a freccia positiva e a freccia negativa evidenti.

Quindi le ali a delta sono sempre tipi a frecce evidenti, mentre la denominazione H...si deve assegnare solo ad una categoria particolare, tipicamente con simmetria in pianta bitrapezoidale di 2 trapezi rettangoli simmetrici rispetto ad una retta trasversale, perpendicolare all'asse di mezzeria dell'ala, retta passante nei punti alla metà di tutte le corde alari.

Riporto per comodità il disegno già proposto nella prima parte dell'articolo Configurazione tuttala, ritenendo indispensabile fissare l'attenzione sulle "superfici di controllo".

Per inciso, se non vi piacciono le denominazioni di "pseudowinglets" e "no-winglets", potete anche chiamare tali "superfici di controllo" con i sinonimi rispettivamente "anterosvirgolo" dell'ala (parte della superficie alare di estremità con piega anteriore convergente nel senso di marcia) e "posterosvirgolo" dell'ala (parte della superficie alare di estremità con piega posteriore divergente), l'importante è intendersi.

Potete estendere le zone delle pieghe fino al 50% della semiala disegnata, estensione sia in senso trasversale (dell'apertura) che longitudinale (delle corde alari).

Attenzione che la retta trasversale passante al 50% delle corde alari di tali tipi H tipici non è l'asse trasversale di stabilità al beccheggio, asse passante dal baricentro del modello, e non è nemmeno la linea focale, che le è solitamente anteriore, con una debole freccia positiva, trattandosi di ali rastremate a bordo d'entrata solitamente a freccia positiva. Per ottenere la stabilità occorrerà aggiungere una clip in modo da portare il baricentro davanti alla CMA.

 

Siccome il centro di pressione aerodinamica delle semiali è solitamente posizionato circa al 25% (30?) delle corde alari, e siccome per la stabilità occorre che il baricentro sia anteriore al fulcro aerodinamico del tuttala, ne consegue che la stabilità di tali tipi H tipici dovrà essere in pratica sempre come quella dei tipi a freccia leggermente positiva, a meno che non si provveda ad un notevole musetto per far avanzare la clip (solitamente posizionata al punto evidenziato nel disegno) nei casi di frecce negative del bordo d'entrata alare (ma in tal caso non si dovrà più parlare di tipi H, bensì appunto solo di frecce negative rastremate). Ciò non vuol dire che la stabilità dovrà essere sempre di tipo simil-convenzionale, potendo le frecce positive essere stabilizzate anche con modalità similcanard, idem anche per le frecce negative, come si vede nella terza parte dell'articolo.

 

Nuove categorie. Abbiamo un ulteriore esempio di possibile confusione di denominazioni nella foto seguente (tipo I2), che non è un modello H, non tanto ma anche perché il bordo d'entrata è a freccia troppo negativa, quanto soprattutto perché mancano evidenti superfici di controllo stabilizzazione. Non è nemmeno un tipo a notevole freccia negativa delle configurazioni Y,U,K,P,Q,N pensate rastremate.

Infatti è una categoria nuova (invero già anticipata nella terza parte dell'articolo), sdoppiabile nella tipologia I, a freccia inversa, e nella tipologia J, a freccia positiva, sorella gemella della I, entrambe apparentemente del tutto prive delle superfici di controllo della stabilizzazione, mancanza che è la loro caratteristica individuativa.

Anche un tuttala che avesse l'ala bitrapezoidale non simmetrica, e quindi a freccia leggermente positiva o negativa, ad es. se fosse a freccia media leggermente negativa, tale da avere la linea focale a freccia zero, perfettamente diritta, potrebbe essere al limite della stabilità, cioè indifferente, se non avesse superfici di controllo ed avesse la clip adeguatamente posizionata in avanti, al punto di far coincidere il baricentro con il centro di pressione dell'ala.

Vediamo quindi meglio la foto del tipo I2, che però ha la linea focale addirittura a freccia leggermente negativa e quindi sembra stabilizzato dalla superficie della zona di coda dell'ala, ala presentante la maggioranza della sua superficie spostata avanti. Il tipo I2 è molto simile in pianta al tipo K2, che però aveva 2 piccole pseudowinglets leggermente negative, ed era stato indicato ambiguamente come simil convenzionale ibrido. Anche adesso il tipo I2 si potrebbe interpretare come una stabilizzazione simil convenzionale ibrida, infatti mi sembra che potrebbe esserci pure una stabilizzazione similcanard, tenendo presente che anche il collo del cartoncino usato per supportare la clip ha un effetto aerodinamico notevole, quasi fosse un timone canard effettivo, tuttavia non si può distinguere se la superficie stabilizzante (quella minore) è dietro o davanti, mancando il diedro longitudinale geometrico. Quale parte dell'ala stabilizza e quale sostenta? Probabilmente in questo caso tutta l'ala sostenta e nessuna parte stabilizza tramite DL. L'equilibrio è demandato tutto al margine statico, che però nel caso specifico offre solo una stabilità scarsa. Si è realizzata una corsa del CG particolare, con spostamento in avanti sulla CMA, forse fuori davanti alla CMA (rivedere capitolo precedente). Il tipo I2 potrebbe essere simile in pianta ad uno qualsiasi dei modelli Y,U,K,P,Q,N ad ala rastremata, ma con superfici di controllo tutte "bloccate a zero", cioè senza pieghe utili di stabilizzazione, pertanto ora non si può parlare di stabilizzazione similcanard o simil convenzionale nemmeno ibrida, mista tra i modelli U & K , oppure P & Q, oppure al limite N & Y.

 

Tipo I2, apertura 262 mm, clip 45 mm, efficienza circa 6, affidabilità discutibile per stabilità scarsamente dinamica.

 

Tipo J2, apertura 272 mm, clip 25 mm, efficienza 5/6, affidabilità scarsa, con pianta alare "standard" già sperimentata nella prima e terza pagina del presente articolo. Analogamente ai modelli a freccia inversa I (che unificano le configurazioni Y,U,K,P,Q,N ), i modelli a freccia positiva della serie J unificano le configurazioni W,V, A, X, Z, T a superfici di controllo bloccate a zero inclinazioni, cioè con DL=0. Portando la clip a 28 mm, il tipo J2 forse migliora in efficienza e stabilità, sempre con scarsa affidabilità. Portando la clip a 33 mm, si stabilizza più veloce con maggior affidabilità, ma l'efficienza scende a 4/5, traiettoria diritta quasi picchiata, più che una planata mi sembra quasi il tiro di una freccia scoccata verso il basso.

 

Introduzione ai tipi I & J (modelli senza apparente svergolamento alare, cioè senza la minima piega del cartoncino = DL zero)

Dopo aver scritto le 4 pagine dell'articolo Configurazione tuttala, del quale questa quinta pagina è un approfondimento, sono rimasto turbato dai modelli I & J, totalmente privi delle superfici di controllo, come anticipati nella terza parte dell'articolo, I & J che tuttavia possono planare bene, se opportunamente centrati solo con la clip, e forse solo con particolari geometrie. Mi sono chiesto quale sia la miglior pianta per i tipi I & J ma credo che più che la pianta alare conti l'esistenza di un margine statico, aggiunta alla condizione pratica che la pianta alare è meglio che sia a freccia, positiva o negativa, ciò indifferentemente dal punto di vista della stabilità longitudinale.

 

In realtà anche in tuttala senza freccia e senza svergolamenti, denominabili tipi H0 oppure modelli Zero (non fotografati), muniti di notevole margine statico, si può dire in teoria che siano stabili, ma praticamente la condizione del loro volo mi è apparsa sempre critica. Tali modelli ad ala "diritta bitrapezoidale" senza svergolamenti, con un musetto a naso recante avanti la clip, sono stabilizzabili con efficienze solitamente molto scarse, solo appunto tramite un forte margine statico positivo, che non li trasforma in frecce per tiro balistico, in quanto per realizzare la portanza occorre un'incidenza (che deve essere zero nelle vere frecce balistiche) ed una velocità. Aumentare il margine statico per aumentare la velocità e quindi la pendenza della traiettoria centrata può essere deleterio ai fini di una planata soddisfacente, cosa che si verifica nella maggioranza dei casi. Ragione per la quale i modelli Zero vengono scartati come inaccettabili, con traiettorie di pendenza troppo forte, planate troppo veloci e per di più, per la presenza della clip generalmente troppo avanzata o pesante, con un centro di spinta laterale troppo avanzato o con un carico alare troppo elevato, clip fomentatrice di una stabilità laterale comunque sconveniente, o anche peggio, in associazione manifestando una spirale in picchiata, per via dell'associazione con il carico alare, che da solo per la sua elevatezza farebbe scendere il modello quasi come un sasso.

 

I tipi I & J, in particolare H0, sono quelli con la massima instabilità potenziale, fra tutti i miei tuttala, nel senso che quando planano centrati basta un nonnulla per renderli instabili. Aggiungo che a livello degli aeroplanini tuttala di cartoncino la forma in pianta delle ali influisce pochissimo, mentre sono determinanti (per la stabilità direzionale) le loro anche minime inclinazioni reciproche di una semiala rispetto all'altra semiala della stessa ala, e soprattutto (per la stabilità longitudinale) le pur minime svergolature delle semiali, comunque realizzate, cioè seguendo le varie configurazioni W, V, A, X, Z, T, Y, U, K, P, Q, N, o ancor più seguendo combinazioni di configurazioni nella stessa ala.

Poniamo di avere una configurazione J oppure I che in aria calma volino centrati.

Verificare, senza modificare la clip, quando J viene modificato in:

  • W cabra, ma diviene più stabile appesantendo la clip

  • V picchia, ma diviene più stabile alleggerendo la clip

  • A cabra, ma diviene più stabile appesantendo la clip

  • X picchia, ma diviene più stabile alleggerendo la clip

  • Z cabra, ma diviene più stabile appesantendo la clip

  • Tcabra, ma diviene più stabile appesantendo la clip (°)

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 Mentre, sempre senza modificare la clip, quando I viene modificato in:

  • Y cabra, ma diviene più stabile appesantendo la clip

  • U cabra, ma diviene più stabile appesantendo la clip

  • K picchia, ma diviene più stabile alleggerendo la clip

  • P cabra, ma diviene più stabile appesantendo la clip

  • Q picchia, ma diviene più stabile alleggerendo la clip

  • N cabra, ma diviene più stabile appesantendo la clip

In sostanza modificare la clip significa modificare il margine statico per bilanciare l'introduzione di un decalage tra 2 superfici antero/posteriori, purché tale decalage resti sempre positivo. Quanto maggiore è il decalage, tanto maggiore dovrà essere il peso della clip, per planare centrati, e viceversa, purché il baricentro avanzi sempre il punto neutro del modello. Aumentando la clip aumenta anche il carico alare, credo la velocità di planata e anche la pendenza della traiettoria.

La freccia alare è meglio quando c'è ed è positiva, ma non è indispensabile.

 

La cosa più sconcertante che mi è capitata studiando i miei aeroplanini è che qualsiasi tuttala sembra planare (quasi) sempre bene, all'apparenza quasi indipendentemente dagli angoli di piega delle "superfici mobili" (a zero nei modelli I & J), in dipendenza solo dal giusto peso della clip di punta (fondamentale che il baricentro sia davanti al centro aerodinamico del modello) e dalle giuste modalità di lancio iniziale, che potrebbe essere causa di instabilità se mal eseguito (mai verso l'alto e con forza, sempre verso il basso e delicatamente). Notate che non alludo pertanto ad un tiro balistico, ma proprio solo ad una planata libera in aria calma. Se c'è vento è naturale notare che il tuttala faccia i capricci, mentre se l'aria è calma sembra che segua una traiettoria (quasi) sempre stabilizzata, allorquando esiste il giusto connubio decalage positivo/peso clip opportuna, ma anche quando il DL è zero, cioè tutte le eventuali parti mobili sono bloccate su di un unico piano, e la clip è adeguata. La pendenza della traiettoria sarà unica solo per quel centraggio e diversa da quelle tante ottenibili con diverse coppie di DL positivo o nullo/clip adeguata.

Se il baricentro è avanzato rispetto al CP totale, sembra che le incidenze contino pochissimo, perché ogni modello centrato (perlopiù) plana anche a tuttala tutta piana (purché con un minimo diedro trasversale), apparentemente con la pianta alare comunque conformata..., talora per variazioni infinitesimali e non rilevabili ad occhio.

Sembra che (quasi) tutti i tuttala a sup. bloccate a zero e centrati, almeno per un breve tratto, planino (quasi) bene quando hanno (quasi) tutti il centro aerodinamico (quasi) ben posizionato, davanti e vicino al baricentro opportunamente centrato dalla clip, e spesso hanno un centraggio (quasi) neutro. Sottolineo che "il quasi l'é parent del minga". Infatti per una planata veramente stabile occorre che si verifichino insieme tutte le condizioni favorevoli, esaltate da un'ottima efficienza aerodinamica, inoltre le condizioni di stabilità non sono tutte uguali.

Ci sono le eccellenze che planano sempre bene, in casi di spettacolare efficienza per (minimo) angolo di planata fortunosamente coincidente con l'angolo di (massima) efficienza per incidenza (quasi) zero, che non è mai proprio zero, perchè il cartoncino bristol non è mai proprio sempre piano. Invero l'angolo di planata non è mai minimo perché l'efficienza non è mai massima, quando il tuttala plana a superfici bloccate: è la velocità di planata che è massima, perché la resistenza è minima. Per massimizzare l'efficienza occorre aumentare l'incidenza (fino alla vel. di massima eff., record di distanza), dopo di che continuando ad aumentare l'incidenza la resistenza aumenta di più dell'aumento della portanza e la velocità diminuisce fino alla minima velocità di discesa (massima durata). Aumentando ancora l'incidenza, poco oltre l'ala stalla, ma non in blocco: comincia a stallare o al centro o alle estremità, secondo la forma in pianta, come già detto, e verrà analizzato nel capitolo Circolazione nelle ali a freccia.

 

(°) Per verificare almeno un caso, facciamo ad es. il caso contrario, da T a J. Far riferimento ad un tuttala di cartoncino tipo T1 (a freccia positiva), era con slat, con gli elevons negativi piegati in un certo modo e la clip di un certo peso, adeguato sperimentalmente per un giusto centraggio di planata in volo libero a certi angoli di planata, come provato al capitolo Caratteristiche del T1 nella prima parte del presente articolo. La pianta alare del T1 è come quella del J2. Alla fine della verifica avremo trasformato il T1 in un J2. Proviamo a ridurre l'inclinazione degli elevons e degli slat del T1 ulteriormente, rispetto alle posizioni già provate in precedenza, che qui ripeto:

Per confronti ho provato anche un secondo modello con la stessa pianta del tipo T1, però costruito senza slat, che verrà indicato T1 bis. Valori approssimativi:

In prossimità di tutte le pieghe zero, nei casi T1 & T1bis, il margine statico può essere ridotto (ma non azzerato), mentre con elevons molto alzati (cioè diedro longitudinale elevato) e clip molto pesante, il margine statico deve essere alto, tuttavia il tuttala plana più lento, con maggior resistenza, minor portanza e con peggior efficienza...Riguardo alle velocità ed efficienze sono tutti valori approssimativi valutati ad occhio e quindi difficilmente significativi. Sono stati scritti solo come orientamento pratico per individuare le ragioni teoriche, su alcune delle quali continuo a nutrire alcuni dubbi.

Nei modelli T, se si diminuisce la piega degli elevons, si può ridurre il peso della clip: l'aeroplanino volerà, con minor angolo di planata, credo più veloce (?) e più lontano, con assetto meno cabrato, con la massima effic. consentita dalla portanza/resist. della lastra piana, all'incidenza di massima efficienza (pochi gradi). L'efficienza varia con l'incidenza al vento relativo. Aumentando invece oltre l'angolo di massima efficienza aumenta la resistenza, l'aeroplanino plana più adagio, con peggior efficienza, ma la minor velocità consente un tempo di permanenza in volo maggiore: può esserci la massima durata, prima di arrivare allo stallo per eccesso di inclinazione. Ad un'incidenza inferiore a quella di massima efficienza c'è bassa portanza ed alta resistenza a vel. maggiore di quella alla max. efficienza. C'è una resistenza ancora più alta con portanza massima prima dello stallo ad incidenza troppo elevata, che offre la stessa efficienza con vel. minore, seguendo la retta polare nel grafico Cp/Cr. In tale grafico la posizione superiore, a Cp maggiore, ha la minima velocità di discesa, mentre quella inferiore ha la massima vel. di discesa.

L'efficienza dipende dall'incidenza...variando li DL il CP si sposta, spostando l'equilibrio dei momenti...con effetto più o meno smorzato dal margine statico...il segreto del volo di tutte le aerodine è tutto qui.

In particolare il segreto del volo degli uccelli aggiunge cose che nessun aereo riuscirà mai a fare (pur con flaps, slat, ali a freccia variabile etc.). Oltre all'innata capacità di variare tutte le incidenze naturalmente, gli uccelli hanno perlopiù anche la curvatura del profilo alare (camber) variabile e le estremità delle ali "digitabili".

 

Spinny bug. Può essere divertente provare a far "volare" una doppia striscia di carta rollante, denominata "Spinny bug" od anche "Tumblewing", mediante la procedura dei "Walkalong glider". Non mi dilungherò su tale doppia striscia, perché potete trovare tutte le istruzioni in Internet, tuttavia ho richiamato quest'esperimento in quanto anche gli aeroplanini tuttala di cartoncino, in particolare i tipi H, ma anche altri tipi (v. modelli V), qualora non centrati, si comportano rotolando nello stesso modo, o in un modo simile.

Tale modalità di rotolamento può essere riscontrata in taluni modelli H nei modi che seguono.

 

Tuttala ad ala bitrapezoidale e/o romboidale (tipi H).

 

Tipi HT = HN. Quando ho scritto o scriverò ala trapezoidale intendo quella bitrapezoidale a frecce di bordi simmetriche ottenuta da 2 semiali trapezoidali rettangole giuntate come un rombo o losanga allungata, di lati uguali. Sembrerebbe la soluzione più semplice per un tuttala, evoluzione rastremata dell'ala a tavoletta rettangolare o di Plank, invece è quasi impossibile da far planare bene, allorquando la stabilizzazione è ottenuta nel modo base dei tipi T..., cioè ad elevons negativi posteriori (con o senza slat anteriori giù), inoltre elevons unicamente centrali all'ala (mentre nei tipi T... sono alle estremità della freccia). I bracci di leva nell'ala trapezoidale sono troppo corti, ma soprattutto non esiste uno svergolamento alare significativo. Esiste solo uno scimmiottamento dell'impiego dei profili autostabili, costituito dall'eventuale camber degli slat più la coda rialzata degli elevons, solitamente tutti solo a centro ala, nei modelli di cartoncino da me provati. Ho chiamato questo tipo di stabilizzazione HT..., tuttavia concettualmente è la stessa cosa che HN...

Per volare, in modo comunque pessimo, ora può occorrere un'inclinazione negativa quasi piana degli elevons ed un discreto peso della clip applicata al vertice anteriore, es. clip di lunghezza circa 45 mm per apertura alare circa 300 mm, cioè clip circa di peso quiasi doppio di quella dei T...a freccia positiva di pari apertura, es. T9. Ciò spiatterà il diedro trasversale, che dovrà essere forzato prima di ogni lancio. Si potrebbe anche conformare le estremità delle semiali a doppio diedro, ma non è un effettivo vantaggio per la stabilità trasversale, in quanto il doppio diedro eccessivo può facilitare il rollio olandese, anche per estremità rialzate molto poco. Per la mancanza di deriva direzionale, il modello volerà così sempre a biscia, soprattutto per elevati allungamenti (oltre 6) del cartoncino, ma anche con bassi allungamenti il problema resta. La stabilizzazione dei tipi HT... per me è possibile ma non è qualitativamente praticabile.

Per inciso se si fa l'ala trapezoidale solo con slat senza elevons, anche con clip più corta, immediatamente dopo il lancio il modello picchia e si ottiene un looping rovescio. Diminuendo ancora il peso della clip (es. circa sotto 20 mm) o addirittura eliminando la clip, il modello prende a ruotare sull'asse trasversale sempre più come un frullino, un po' come nei "walkalong glider" rollanti...(vedere in Internet la voce "Tumblewing" e la doppia striscia di carta rollante denominata "Spinny bug"). Sempre per inciso, dopo il looping, nel volo rovescio gli slat divengono positivi, con apparente planata iniziale, ma subito seguita da rollio con vite. Provando perciò a lanciare lo stesso modello con slat positivi, ma invertendo prima il doppio diedro per evitare la vite, con clip circa 25 mm lo stesso modello svolazza comunque male, ondulando e non è centrabile nemmeno aumentando la lunghezza della clip fino a 45 mm.

Lanciando un modello ad ala trapezoidale HT..., cioè con normali slat negativi e con elevons negativi (e doppio diedro alare), non sono riuscito mai a farlo volare bene: talora è cabrato e talora torna indietro dopo qualche ondulazione e stallo; aumentando la clip (provato fino a 60 mm) ritorna subito indietro capovolto dopo picchiata dopo il lancio, con cenni di cabratura iniziale. Pertanto la stabilizzazione longitudinale degli HT...per me è quasi impossibile e comunque insoddisfacente.

All'esterno degli elevons & eventuali slat, che ci sia il doppio diedro o no, che le estremità alari siano trapezoidali o appuntite, triangolari o ellittiche, lunghe o corte, non ha molta rilevanza ai fini della stabilità longitudinale, sempre insoddisfacente, quando tutta l'ala è simmetrica in pianta intorno alla citata retta trasversale. Modificare le frecce delle sole estremità può avere poca importanza, mentre modificare anche poco con angoli più positivi le frecce di tutto il bordo d'uscita dei tipi HT..., ad es. tracciando il bordo d'uscita quasi perpendicolare all'asse mediano, meglio se con freccia leggermente positiva, può dare buoni risultati, ma non ottimi come nell'ala a frecce tutte fortemente positive dei modelli T...Di fatto però questa modifica delle frecce d'uscita trasforma i modelli HT...instabili proprio in modelli T...stabili.

 

Tipi HA = HK. Il discorso è abbastanza diverso, ma non mi è chiaro del tutto, se si effettua la stabilizzazione solo con 2 pseudowinglets negative, come già descritto per i tipi A..., cioè ora tramite pseudowinglets applicate alle estremità di un 'ala bitrapezoidale o romboidale che dir si voglia, vedere foto HA1 ed HA2. Infatti in questo secondo caso di ala romboidale la stabilizzazione può essere proficua, con allungamenti anche elevati. Occorre tuttavia essere fortunati, perché non sempre si ottengono buoni risultati. Ho chiamato questo tipo di stabilizzazione HA. Funziona sia longitudinalmente che direzionalmente (offrendo le pseudowinglets convergenti un'azione quasi da derive convergenti).

Credo che sia la stabilizzazione adottata negli uccelli albatros ed altri uccelli marini, fortunati nella loro natura aerodinamica. Stranamente non mi risulta che tale tipo di stabilizzazione sia stato già adottato su aerei tuttala ad ala di Plank (ed invero non mi pare che esistano affatto); la stabilizzazione a svergolamento tutto anteriore non mi pare che sia stata adottata e sviluppata mai con evidenza nemmeno su aerei tuttala a freccia positiva, e ciò sarebbe ancora più strano, perché forse potrebbe essere il tipo di stabilizzazione per volo planato migliore in assoluto (se non ci fosse un peggioramento di efficienza: vedere Confronto pratico finale). In realtà però potrebbe trattarsi solo di una mia impressione, quella che fa distinguere tra stabilizzazione anteriore e posteriore, nei tuttala di cartoncino ed in taluni altri aeromodelli più impegnativi. Invece negli aerei tuttala "veri" si tratterebbe di realizzare lo svergolamento alare in modi ancora diversi,per lo più modificando dei profili alari forse già autostabili alla radice delle semiali, quindi non esisterebbe la mia distinzione tra svergolamento anteriore e posteriore. Probabilmente nei tuttala "veri" esiste lo svergolamento negativo come penso che esista nell'albatros, ma non è affatto evidente se si possa dire anteriore o posteriore, perchè realizzato ibridamente con continuità di profili diversi lungo l'apertura alare, magari con circolazione di flusso sperimentata in galleria a vento, cosa evidentemente non fatta con i miei aeroplanini di cartoncino.

La fortuna va intesa nel senso che ali a frecce simmetriche speculari difficilmente saranno stabili, ma basta modificare poco il bordo d'uscita (raddrizzandolo, lasciando la freccia solo sul bordo d'entrata) che la stabilità migliora, e migliora molto con lo svergolamento anteriore, migliora nei tipi HA...di più che nei tipi HT..., almeno a mia impressione.

La planata dei tipi HA...non mi è chiara, anche se decisamente migliore dei tipi HT..., a parità di forma della pianta alare. Nei tipi HA... si possono raggiungere efficienze incomparabili, tuttavia sovente può succedere che il modello parta picchiato, acceleri magari con piccole oscillazioni ripetute, quasi dei frillamenti, oscillazioni subito smorzate, indi prosegua con una planata maestosa quasi centrata, leggermente seduta, comunque per lo più a seduta lunghissima o cabrata lunghissima che dir si voglia, anche su traiettoria abbastanza diritta. Il volo è sempre abbastanza veloce, anche in planata, credo per via della clip necessariamente lunga. Raramente le oscillazioni sono più ampie e lunghe e proseguono nella seduta. Ovviamente alla fine della cabrata lunghissima il modello rallenta un poco, ma non mi pare che stalli... Il volo non mi è chiaro perché talora l'HA addirittura stalla inspiegabilmente dopo un lancio orizzontale e poi picchia con tendenza al ritorno, magari con rollio contemporaneo e quindi precipita, ma fortunatamente ciò si verifica in casi rari. E' più facile che la traiettoria di ottima planata libera giri a ds. o sin.: in tal caso basta abbassare opportunamente, senza esagerare, la pseudowinglet opposta alla curva, per andare diritto al successivo volo, oppure meglio, se possibile, alzare la pseudowinglet della stessa parte della curva, ovviamente senza raggiungere l'inclinazione zero. L'inclinazione negativa delle estremità degli HA dovrà restare sempre negativa e preferibilmente su angoli minimi.

Per migliorare i tipi HA... raddrizzare il bordo d'uscita, trasformandoli nei modelli A..., come ad es. il tipo A2 od il tipo A6, che possono essere considerati tuttala a delta allungato.

 

Tipi HP = HX. Nei miei tuttala di cartoncino si potrebbe poi tentare la stabilizzazione dei tuttala romboidali tramite 2 no-winglets positive, piegate come nei tipi P...oppure nei tipi X.... (v. pagina "freccia inversa"), P & X che nel caso di ali romboidali divengono simboli sinonimi. Ho chiamato tali tuttala HP..., facendo seguire il numero di matricola identificativo del modello. Rivedere le foto dei tipi HA1 & HA2, dei quali i tipi HP1 & HP 2 sono l'esatto contrario, invertendo la posizione della clip ed il senso di marcia, però ritengo i tipi HP...assai meno efficaci dei casi HA..., o addirittura instabilizzabili senza particolari accorgimenti, dopo aver provato alcuni altri sfortunati tipi HP... , dei quali non riporterò qui le foto.

In particolare il tipo HP2 (stessa foto ma usando il tipo HA2 all'inverso) non plana affatto bene, con qualsiasi peso di clip, effettua in pratica sempre un looping rovescio dopo il lancio. La sua stabilizzazione è impossibile essendo il DL negativo..., tuttavia aggiungendo un'opportuna coda, o aumentando la freccia del bordo d'uscita, si dovrebbe riuscire a stabilizzarlo, anche se in tali casi non si dovrebbe più chiamare HP e forse neppure tuttala. Senza toccare la pianta alare si può solo cambiare la linea di piega delle no-winglets, il che significa spostare comunque la linea focale del modello: non saprei cosa risulterà, ma certo è un grattacapo di equilibri non analizzabili elementarmente.

Non vi riporterò nemmeno le altre versioni di tutti i tipi H elencati nella prossima tabula riassuntiva, che vanno intesi a direzione di volo soltanto con un singolo senso di marcia (dimenticando i sogni di inversione, sebbene questa sia ancora possibile nei modelli Sogno 7, come verrà proposto nell'Esercitazione finale).

 

Tipi HW = HY. Un cenno tuttavia lo meritano i tipi HW, a stabilizzazione similcanard, che possono volare, a condizione di avere le derive a scopo direzionale.

Ho provato con 2 derive come nel modello I1 (v. foto a inizio pagina) ma meglio rivolte in basso, perché rivolte in basso mi sono apparse con miglior direzionalità, nel seguente modello HW1 sottofotografato, modello tuttavia non brillante, e che poi siete invitati a dimenticare.

La clip dell'HW non deve essere posizionata su un naso sporgente (altrimenti instabilizza direzionalmente), ma può essere posizionata a filo del bordo d'entrata, o meglio addirittura un poco rientrante di muso lungo l'asse mediano, però in tal caso occorre una clip un poco più pesante. La clip dovrà essere comunque di peso sostenuto, per compensare le derive sporgenti indietro sul trave di coda. Ho provato con clip 55 mm non rientrante, per l'HW1 di apertura alare 242 mm, avente il trave di coda 36 mm staccato dall'ala a partenza leggermente rientrante di coda, corda massima alla radice lungo l'asse mediano ca. 80 mm, lunghezza tot. 113 mm. La pendenza positiva degli slat rispetto al piano della semiala è stata "trimmata" tra 20° e 30°, senza notare particolari influenze. In tali condizioni la planata è risultata efficienza 4/5, ma "fluttuante", cioè sempre con piccole ondulazioni di moto fugoide di corto passo, planata di affidabilità irregolare, anche per stabilità trasversale rollante con deboli rollii alternati continui di passo stretto, con ampiezza talora in aumento, spesso fino ad arrivare ad un ribaltamento laterale, ma talora ampiezza di rollio stabilizzata in una virata finale stretta.

 

Aumentando l'inclinazione degli slat fino a 45 ° l'efficienza sembra migliorare max. a 5, ma peggiorano le ondulazioni ed i rollii sono quasi sempre deleteri.

 

Si può tentare qualche miglioria alleggerendo la coda rendendola a coda di rondine e non portando gli slat fino alle estremità alari, ma i risultati sono tutt'altro che entusiasmanti.

 

Si può tentare anche un misto HW + HA...pluriconfigurando le superfici di controllo e/o mutando le frecce e le clips (v. avanti).

 

In generale tutti i tipi HW raramente hanno planato diritto, sono decisamente scadenti senza coda, poi dipende anche dalla superficie delle derive e dalla posizione della clip, che può modificare il centro di spinta laterale a seconda che il naso abbia anche solo piccole inflessioni in alto o in basso (inflessioni che possono pure modificare la stabilità longitudinale, agendo da compensatori anteriori).

 

Modelli H pluriconfigurati. Forse il vero vantaggio ad utilizzare i tipi H (in teoria con la più alta efficienza) potrebbe essere (sempre a direzione singola) sommare insieme contemporaneamente nella stessa ala 2 o più diverse configurazioni di stabilizzazione, in adatte condizioni geometriche e di centraggio? La cosa non mi riesce di valutare semplicemente con i tuttala di cartoncino, credo che ci voglia la galleria a vento, ma proprio non mi pare il caso. Dipende soprattutto dalla scelta delle configurazioni. Forse meglio HA + HT...
Ad es., mentre un modello HP da solo non riesce a volare affatto, un tipo HP+HW+2 derive (foto a sinistra, apertura alare 276 mm, clip 58 mm) può cavarsela in modalità credo similcanard, però sempre con difficoltà (effic. 5 un po' ondulante), perché la variabili in gioco sono davvero tante e non credo di aver trovato l'assieme migliore, in quanto la somma di più configurazioni discutibili fornisce risultati scadenti. La necessaria presenza delle 2 derive peggiora l'efficienza, bassa con clip pesante. Il modello non merita particolare attenzione, da riservare invece alle prossime foto.

 

Richiamo agli ottimi tipi A meglio degli HA. Non a caso i tipi HA mi sono sembrati i migliori degli H, come migliori erano gli A, confrontati con tutti gli altri tuttala di cartoncino. I tipi A sono quelli che hanno mostrato la planata più facile, nel senso di apparentemente più stabile, da realizzare per gioco. Volendo approfondire, bisognerebbe però valutare bene le forme in pianta e, oltre alle varie inclinazioni delle pseudowinglets, soprattutto anche i rapporti tra esse e la sup. totale dell'ala, come già anticipato nella descrizione dei modelli A ed anche M, di derivazione P, usati nel senso di marcia A.

 

Per chi volesse giocare e pensare un pochino, costruisca un semplice HA a bordo d'uscita con una freccia inversa leggermente superiore a quella del bordo d'entrata alare: avrà realizzato una freccia focale positiva quasi nulla. Es. tipo HA3 ad ala ellittica, non fotografato, apertura 255 mm con clip 38 mm, comunque in pianta molto simile all'HA1. Uniche differenze l'arrotondamento delle estremità alari, che ha ridotto l'apertura dell'HA1, e la linea di piega delle pseudowinglets leggermente più convergente, comunque con pseudowinglets piegate sempre pochissimo. Tale HA3, con corda massima alla radice circa 83 mm, plana ondulando assai in senso longitudinale (fa circa 5 o 6 ondulazioni a ripresa rapida, passo corto e ampiezza debole); invece plana quasi diritto direzionalmente, per via della centratura dell'effetto deriva fornito dalle 2 pseudowinglets convergenti. Efficienza globale apparente poco oltre 5.


Tipo A7 con corda massima 50 mm, apertura 250 mm, clip 28-26 mm


TIPO A7 con corda massima 43 mm, apertura 235 mm, clip 20 mm, volo piacevole.

Per aumentare la direzionalità occorrerebbe aumentare ancora la freccia focale, ritagliando a maggior freccia negativa il bordo d'uscita, ma siamo al limite dei ritagli del cartoncino di questo modello A7, corda max. 43 mm. Portando il bordo d'uscita a freccia troppo negativa questa corda massima si ridurrebbe troppo...ma potete provare con un altro modello da costruirsi ex novo, sempre di tipologia A...

 

E' da notare la facile risposta ai comandi direzionali a "trimmare" dei modelli A...: es. aumentando la piega negativa della pseudowinglet di destra, la semiala ds. porta meno, la "uso deriva" destra frena di più ed il modello vira a destra. Al contrario, diminuendo la piega della pseudowinglet destra, la semiala ds. porta di più ed il modello gira a sinistra. Quando si vuole "trimmare" le virate è sempre meglio diminuire le pieghe opportune degli A..., piuttosto di aumentarle, perché così si guadagna portanza ed efficienza globale.

 

In tutti i casi sperimentati è difficile individuare interazioni per modifiche contemporanee del margine statico e del DL nel caso della serie A..., mentre forse era più facile trovare interazioni nei casi della serie T...; come si è visto i casi HA mi sono sembrati più semplici degli HT.

 

Circolazione nelle ali a freccia. Mentre nei tipi H la circolazione del flusso praticamente non varia lungo l'apertura alare, nelle ali a freccia avviene verso le estremità nel caso della freccia positiva e verso il centro ala nel caso della freccia negativa. Questo fatto può spiegare perché le ali a freccia siano longitudinalmente stabili anche senza specifiche superfici di stabilizzazione, come nei tipi I & J.

Sostanzialmente l'ala a freccia possiede 2 importanti caratteristiche:

C'è un braccio di leva antero/posteriore, ma ciò non importa quando mancano le superfici di stabilizzazione, se tutta l'ala fosse soggetta allo stesso vento relativo, cosa che non è.

C'è la circolazione, ed importa moltissimo, perché possono andare in stallo o prima le estremità (nella freccia positiva) o prima la parte centrale (cioè la coda nella freccia negativa). Prima dello stallo c'è comunque una riduzione di efficienza aerodinamica, con aumento sia della portanza che maggiormente della resistenza, e ciò non vale per tutta l'ala, ma principalmente dove l'ala stalla prima.

Queste 2 circostanze di caratteristiche agiscono insieme per determinare la stabilizzazione longitudinale dei tipi I & J. Il discorso longitudinale vale sia per la freccia positiva che inversa. La stabilizzazione dovrebbe funzionare così:

In volo planato centrato di un modello I & J stabile (con il CG davanti al CP totale) la portanza è controbilanciata dal peso ed il momento positivo nel CP totale è controbilanciato dal momento negativo del peso rispetto al CP totale.

Se subentra un colpo di vento, ad es. tale da impennare il modello verso lo stallo per eccesso di incidenza, non c'è un eccesso di momento positivo nel CP totale (nel quale i momenti aerodin. restano costanti), però c'è un eccesso di portanza (l'aereo sale) fino allo stallo della coda, con diminuzione di portanza globale, dopo di che il momento negativo del peso ed il peso stesso lo fanno ruotare in basso e scendere fino al ripristino dell'angolo di planata iniziale.

Non mi è ben chiaro perché il tuttala J o I si stabilizzi anche senza arrivare allo stallo della coda. Comunque, prima di arrivare allo stallo della coda, appena subentra il colpo di vento ascendente, per effetto della circolazione, ad es. nel caso J, le estremità aumentano di portanza più del centro ala ed essendo spostate indietro, la differenza di portanza moltiplicata per il braccio di leva rispetto al CG genera un momento stabilizzante negativo, che contrasterebbe quello instabilizzante positivo del colpo di vento, qualora l'effetto della circolazione fosse sufficiente a creare una differenza di portanza sufficiente. Qui sta il busillis. Eppure mi pare che la cosa funzioni anche per piccoli angoli di freccia alare, mentre per eccessivi angoli di freccia potrebbe anche essere che l'effetto stabilizzante, per il grande braccio di leva, sia eccessivo, da far picchiare il modello dopo un colpo di vento a momento instabilizzante positivo...Questo argomento è già stato accennato nel capitolo Ali a freccia positiva della prima parte, ma dovrebbe valere anche per le ali a fortissima freccia negativa, che credo nessuno abbia mai sperimentato con tale intento longitudinale, creando esse forti problemi di stabilità trasversale.

 

In conclusione le risposte ai miei quesiti di stabilità longitudinale dei tipi H,I,J sono:

Per la miglior pianta alare dei modelli I & J la risposta è indifferente per qualsiasi pianta, ma è meglio che l'ala sia a freccia (positiva o negativa).

Se l'ala è senza freccia, tipo H (= Plank) zero, e cioè senza svergolamenti, può esistere una scarsa stabilizzazione solo con un forte margine statico, con bassa efficienza.

Per la stabilità di tutti gli altri H (senza freccia) occorre lo svergolamento alare negativo (cioè le pieghe nei tuttala di cartoncino devono essere a DL positivo).

Agendo a "trimmare" il DL, si sposta il CP totale del modello. Fissato il "trim" positivo, cioè il reflex intesi come DL o decalage positivo, occorre la giusta clip anteriore.

In tutti i casi H, I, J (e per tutte le aerodine), occorre un margine statico positivo, cioè una clip adeguata a far avanzare il CG rispetto al CP totale del modello.

Se si trasforma un modello H in un modello con la freccia, vedere le singole 12 configurazioni "standard" possibili, analizzate nelle altre pagine del presente sito.

 

Tabula riassuntiva delle sigle dei tipi richiamati in questa pagina:

W,V, A, X, Z, T, Y, U, K, P, Q, N = ali "standard" con frecce e con svergolamenti, come analizzate nelle pagine precedenti, riassunte nel disegno richiamato ad inizio pagina.

 I = senza svergolamenti ma con freccia negativa

J = senza svergolamenti ma con freccia positiva

H = senza freccia ma con svergolamenti (pieghe alari) per la stabilizzazione

HW (= HY ) = con stabilizzazione similcanard evidente

HV (= HU ) = a stabilizzazione anteriore positiva, quindi ancora similcanard, ma discutibile, da considerarsi sottocaso dei tipi HW = HY

HA (= HK ) = con svergolamento anteriore negativo, quindi stabilizzazione già simil convenzionale

HP (= HX ) = con svergolamento posteriore positivo, quindi stabilizzazione simil convenzionale rilassata o similcanard, possibile solo con particolari rapporti di superfici      

HZ (= HQ ) = stabilizzazione simil convenzionale discutibile, da considerarsi sottocaso dei tipi HT = HN

HT (= HN ) = stabilizzazione simil convenzionale evidente.

H0 = Hzero = modelli Zero = ad ala "diritta" senza frecce e senza svergolamenti.

 

Esercitazione. I modelli HA & HP ( senza frecce) sono diversi dagli A & P, tuttavia la contrapposizione diretta delle sigle A & P è già stata realizzata nei modelli M (Sogno 1), a frecce invertite nello stesso modello, fatto volare avanti od indietro, previo semplice spostamento anteriore della giusta clip nello stesso modello.

Il concetto delle frecce invertite è stato ripreso anche per i tipi I&J unificati nello stesso modello (Sogno 7), ottenendo appunto un unico modello della serie Sogno 7, del quale riporto nelle successive foto un esempio didattico, che potrebbe essere concentrativo di alcune parti di questa quinta pagina, per esercitazioni sulla Configurazione tuttala.

Noterete che i modelli a freccia positiva planano sempre (poco) meglio di quelli a freccia negativa, quando sono tutti ben centrati. Credo che ciò dipenda dalla miglior stabilità direzionale della freccia positiva, in quanto longitudinalmente dovrebbero essere circa alla pari...

 

Queste 2 immagini sono a meno della metà della scala 1:1. Si tratta dello stesso tipo di un modello della serie Sogno 7, cioè a sinistra in versione J3 ed a destra in versione I3, con la stessa clip 36 mm ed apertura 266 mm.
In realtà queste 2 versioni non volano bene (la J3 è leggermente picchiata, la I3 è leggermente cabrata, entrambe svolazzano direzionalmente...). Potrete divertirvi a centrarle longitudinalmente accorciando di poco il musetto della J3, tuttavia la soluzione migliore è aggiungere qualche superficie di stabilizzazione, es. effettuando 2 semplici pieghe, da trasformare le versioni in A...& P..., o meglio nel modello M..., come definito nella pagina
freccia_inversa.htm.
Oppure meglio ancora a scopo didattico modificare questo modello in ognuna delle configurazioni da verificare, proposte nel capitolo Introduzione ai tipi I & J.

 

Conclusione operativa assoluta.

Riepilogando, si può considerare la configurazione H, senza freccia e con svergolamenti (= superfici di stabilizzazione inclinate rispetto a quelle di sostentazione), con ala a trapezi o a curve simmetriche in pianta, ali pure genericamente definibili romboidali, il contrario degli I & J, oppure si possono considerare i tipi J & I, con frecce più o meno rilevanti e senza "evidenti" superfici di stabilizzazione, i contrari dei tipi H, però tutti questi tipi sono casi eccezionali, fuori dal normale. I miei tuttala H,I,J non hanno risposto in pratica benissimo alle aspettative iniziali di alte prestazioni, offrendo diversi dubbi di planata, con affidabilità di volo scarsa, rispetto ai migliori modelli con ali "standard" a frecce molto stabilizzate da pieghe "evidenti" delle estremità delle 12 configurazioni base, ovviamente con differenze non sempre ben rilevabili con ali di cartoncino a lastre piane semplicemente piegate.

Scusando la digressione su ciò che forse non avete ancora letto, in quanto capitati casualmente su questa pagina, piuttosto di continuare con i tipi H,I,J, torniamo ai tuttala tradizionali a freccia positiva con "elevons", tipi T...e "pseudowinglets", tipi A..., come descritti alla fine della prima parte dell'articolo Configurazione tuttala.

Vi consiglio di iniziare a fare i vs. modelli con un ala a singola freccia positiva (tipi T...o credo meglio tipi A...), freccia la più stabile (indipendentemente dal sistema di stabilizzazione a svergolamento posteriore T...o anteriore A...), indi passare a modelli con ala a singola freccia negativa (tipi N... & P..., descritti nella pagina"freccia inversa"), freccia negativa meno stabile della precedente, ma più creativa di idee e sogni (tipi M...), tralasciando le ali romboidali H e quelle "piane" I & J, o addirittura H0.

In conclusione:

Se volete volare bene subito costruite solo i tipi A, o tutt'al più i tipi T, con incidenze minime, ad estremità inclinate leggermente negative, ma non nulle, per una stabilizzazione simil-convenzionale, con svergolamento minimo sempre presente.

Se volete ragionare di più passate ai tuttala a freccia inversa.

Se volete ragionare molto, forse troppo, studiate criticamente i tipi H, I, J di questa corposa ed un po' confusa pagina, individuatene i difetti, scrivetemi, ogni correzione sarà ben accolta, per futuri miglioramenti. Se non volete ragionare affatto, lasciate questo sito, cosa che qualcuno avrà probabilmente già fatto, ma io spero di no.

 

POST SCRIPTUM GENNAIO 2017.

Come sarà più chiaro dopo la lettura del riquadro giallo della pagina sui modelli MAX, esiste comunque, nelle ali apparentemente a lastra piana di cartoncino, un reflex nascosto, originato dallo spiattamento ad opera della clip anteriore sulla nervatura del diedro trasversale dei tuttala a freccia positiva, reflex più o meno esaltato dalla torcitura delle estremità, torcitura dovuta al peso di ali allungate e a forte freccia. In pratica le estremità di tutte le semiali di cartoncino possono risentire di una torcitura positiva, con effetto contrastante ad un reflex negativo a centro ala. Il centro ala (spiattato anteriormente dalla clip) può sostentare quasi come un profilo concavo convesso capovolto alla radice alare, che va scemando la propria curvatura procedendo verso le estremità delle semiali, ove il profilo può essere piano, ma inclinato ad ambigua incidenza per effetto della suddetta torcitura, magari aggravata dal peso delle 2 derivette, nei tipi MAX.

Si tratta di incidenze difficilmente valutabili ad occhio, ma che possono avere la loro importanza ai fini della planata. La cosa si può verificare in tutti i modelli, in particolare anche nei tipi A, e potrebbe modificare le considerazioni che sono state e verranno fatte solo con ali supposte a lastra piana per semplificare il discorso (in particolare vedere i disegni nella pagina ARC.htm, dove la lastra piana viene movimentata dalle incernierature diagonali delle alette anteriori nei tipi A e posteriori nei tipi Z, movimentata a far cambiare incidenza delle alette e profilo dell'ala a tutte le estremità alari svergolate rispettivamente in diagonale anteriore o posteriore).

Il fenomeno, inconscio al costruttore neofita, del reflex nascosto ha spesso solitamente un'influenza minima ma indispensabile per una corretta planata di tutti i modelli di cartoncino stabilizzati a clip di plastica. Si tratta di un effetto collaterale solitamente aggiuntivo a quello principale di piegatura delle alette di estremità nelle configurazioni "standard".

Di fatto certamente lo stesso fenomeno collaterale di solito è soverchiato dalla presenza di una forte piegatura all'incernieramento delle alette di estremità, che, anche se poco inclinate, forniscono variazioni delle forze aerodinamiche ben maggiori di quelle dovute ad eventuali reflex nascosti, dei quali si dovrebbe comunque sempre tener conto. Ovviamente, nei casi I&J e negli altri casi con semiali a lastra apparentemente piana (tipi MAX), la presenza di un certo reflex nascosto di entità notevole diverrà determinante, a seconda dell'allungamento e della freccia alare, a loro volta determinanti un'eventuale torcitura del cartoncino, in associazione al peso di eventuali derive.

Non si dovrà invece considerare il presente post scriptum nei casi dei modelli tuttala A-RC & MIX-RC, ipoteticamente costruiti con ali profilate quasi rigide, si spera non fortemente flesso-torcibili da modificare le condizioni aerodinamiche in volo, come al contrario può avvenire con le ali di cartoncino bristol da me utilizzate.

L'evoluzione del profilo alare dall'attaccatura all'eventuale fusoliera (radice dell'ala) fino alle estremità ("tips") già dei tipi MAX si presenta non elementare e a maggior ragione lo studio diverrà più difficile per i tipi A-RC & MIX-RC, forse da non poter essere eseguito se non utilizzando appositi softwares sui profili, e poi non basterà senza verifiche di volo.

 

Altre tipologie. Si potrebbero costruire aeroplanini dove i lati del rombo dei tipi H potrebbero idealmente scorrere uno sull'altro a ghigliottina con corsa uscente dal rombo, determinando l'ala così detta ad X (croce di S. Andrea), ali qui non trattate, tuttavia facilmente eseguibili in cartoncino sia in versioni senza che con superfici di controllo, inoltre con 4 semiali simmetriche oppure di diversa superficie antero/posteriore (tuttala sdoppiati come biplani in tandem pressoché nello stesso piano). Non credo che si possano ottenere sostanziali vantaggi di planata impiegando siffatte ali ad X, forse si potrebbe avere qualche piccolo vantaggio nelle virate, ma la cosa è tutta da sperimentare.

 

Certo non sto parlando delle altre ali ad X del film Guerre stellari, aventi la X su piani incrociati, che pure sarebbe un'interessante configurazione, ma impossibile da realizzare in modo semplice usando il cartoncino.

 

Se proprio volete strafare, esisterebbero anche le ali 3LS, sia in senso classico a 3 superfici portanti separate, con fusoliera di cartoncino a V (triplani in tandem), che a 3 superfici portanti infracollegate su una base comune, usando il cartoncino diversamente, nel mio senso denominato T3LS, cioè di partire a ds. e sin. da un'unica semiala, come fosse quella di un tuttala, e suddividerla verso l'estremità in 3 (o più) piccole alucce, quasi come le estremità digitate di alcuni uccelli ottimi volatori.

Ovviamente anche qui le alucce anteriori potrebbero essere di apertura maggiore delle posteriori, o viceversa o con variazioni intermedie di apertura alare, tuttavia non credo che si possano rilevare evidenti vantaggi o svantaggi, al di là del divertimento del ritaglio del cartoncino e conseguenti tentativi di volo (credo perlopiù senza seguito).

 

Invece un certo interesse aerodinamico possono suscitarlo le ali ad anello chiuso o aperto, eventualmente accoppiate in biplani in tandem su piani pressoché diversi, aerei detti anche "prandtlplanes", promettenti per il futuro dell'aviazione.

 


In questa pagina ho messo in azzurro estratti da pagine di altri Autori, già esistenti sul Web. Se qualcuno riscontrasse un uso improprio, mi scriva e tali estratti saranno rimossi o corretti. Tutte le illustrazioni ed i testi del mio sito Web sono senza ©, tuttavia è gradita la citazione dell'Autore, obbligatoria quando trattasi di Autore (citato nei miei testi) diverso da me. Alcune illustrazioni sono state riprese dal Web, colà esistenti in forma anonima e presumibilmente libera (senza ©): sarò lieto se l'Autore volesse comunicarmi il suo nominativo per la citazione o cancellazione. Buona navigazione.

Flavio Mattavelli - matta.a@tiscali.it - release luglio 2016 - aggiornamento gennaio 2017

 

Mappa Sezione aeromodellismo.  

Questa sezione riguarda soprattutto le mie ali volanti in cartoncino, inizialmente basate su un articolo in quattro parti:

Configurazione tuttala, parte prima (tuttala di cartoncino a freccia positiva)

Configurazione tuttala, parte seconda (tuttala a freccia positiva di foam etc.)

Configurazione tuttala, parte terza (tuttala di cartoncino a freccia negativa e modelli Sogno)

Configurazione tuttala, parte quarta (appendice sulle ali ad anello "prandtlplanes").

Con la quinta parte (inizio questa pagina) ho continuato lo studio a modo mio, esagerando poi nella sesta e settima parte, da riservarsi agli amatori di aerodinamica:

Parte sesta (tuttala modelli MAX) - Parte settima (modelli A-RC & MIX-RC, tuttala a svergolamento anteriore regolabile, ipoteticamente tramite radiocomandi?).

Esistono anche mie altre pagine più andanti, inerenti gli aeroplanini canard di carta e cartoncino, per i quali rimando appunto alla mappa della Sezione aeromodellismo.

 

Il sito è inoltre suddiviso in altre 2 sezioni:

Sezione macchine.

Sezione conchiglie.

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