Volo di canard "standard" (cioè con solo 2 superfici portanti singole) di cartoncino =

evoluzione di n° 2 versioni degli aeromodelli tipo Paper.2.

 

Ing. Flavio Mattavelli - matta.a@tiscali.it

Maggio 2015, seguito del mio articolo: "Volo libero con Divagazioni".

Non sono un Ing. aeronautico, ma solo un aeromodellista curioso di aerodinamica rudimentale, e osservatore di conchiglie. Le mie Divagazioni sono fantasiose, ma le osservazioni sono reali, sia in campo malacologico che aerotecnico. Il progetto di questi miei aeromodelli canard di cartoncino è a licenza libera.

 

A sinistra riporto per confronti una foto dell'originario tipo Paper.1, peso modello finito circa  4,1 grammi, canard che però non è "standard", nel senso del titolo.

L'aeromodello è costruito come nell'articolo "Volo libero con Divagazioni", apertura alare 170 mm in pianta, misurata con le due semiali del tutto accostate. Corda semiala all'attacco fusoliera circa 50 mm, alla piega della deriva 30 mm. Ricordo che è meglio, solo per voli in aria calma, ritagliare il compensatore anteriore leggermente più stretto della foto, conservandone la lunghezza.

 

Occorre correggere quanto scritto nell'articolo "Volo libero con Divagazioni", perchè il cartoncino bristol bianco sempre da me impiegato non è grammatura 250 g/m2, bensì è soltanto 180 g/m2.

Però, se ad una maggiore grammatura corrispondesse una maggiore rigidità del cartoncino da usare, potrebbe essere meglio usarlo più pesante. Tuttavia il peso inferiore favorisce l'efficienza di planata, a condizione che le superfici portanti siano sempre sufficientemente rigide, come nel caso del Paper.1 bianco.

 

Per le taglie dei modelli proposti consiglio di non usare cartoncini sotto 180 g/m2, onde non inarcare in volo le estremità alari ed onde resistere almeno ai minimi colpi d'aria. Ritengo la grammatura 180 g/m2 al limite inferiore di valida costruibilità di questi canard di cartoncino, mentre penso a 300 g/m2 come ad un limite superiore, oltre il quale sarebbe meglio pensare di costruire in alternativa almeno un "balsetta" di dimensioni maggiori, se non un aeromodello più impegnativo.

 

Caratteristiche dei cartoncini impiegati, in formato A4, fogli pesati prima di effettuare i ritagli delle rispettive sagome.

Paper.2 viene proposto in 2 versioni di canard "standard". Le foto sono tutte quasi nella stessa scala. L'apertura alare è influenzata dall'apertura della V della fusoliera; le misurazioni sono state fatte tutte a V chiusa, ma la V si apre comunque in volo, soprattutto nella versione beige, che ha lo spessore dell'ex-compensatore rivoltato tutto dentro alla fusoliera, fungendo da distanziale di apertura della V.

 

Paper.2.0 (beige), peso modello finito circa 5,5 grammi, apertura alare 160 mm. Il modello appare con ali di poco maggior superficie del Paper.1 perché la corda di attacco, escluso il raccordo, è circa 58 mm, mentre la corda alla piega delle derive è circa 33 mm. Per effetto prospettico anche la superficie del timone anteriore appare più grande di quanto non è in realtà.

 

Paper.2.0 è sostanzialmente un tipo Paper.1 al quale è stata ridotta la superficie del solo timone anteriore di un buon 25 - 30 % ed è stato piegato il compensatore di punta tutto all'interno della fusoliera, la qual ultima cosa non guasta perché pone un leggero peso in punta all'aeromodello. L'eliminazione della superficie del compensatore teoricamente dovrebbe essere un vantaggio aerodinamico, però la sporgenza della punta è una superficie laterale anteriore, certo non utile per la stabilità direzionale e trasversale.

La planata di un tale modello ben stabilizzato, costruito con derive appropriate, è comunque accettabile e paragonabile a quella del Paper.1, tuttavia mi appare poco più veloce e con poco meno efficienza, soprattutto per via del maggior peso. Io accetterei di volare con una "cabrata lunghissima" (cioè con un'unica leggera spanciata per tutto il volo), prima di ritagliare ulteriormente la superficie del timone anteriore, taglio eventualmente necessario per evitare l'assetto troppo cabrato "corto" (cioè con corte scampanature ripetute). Infatti un timone anteriore ritagliato troppo piccolo renderebbe l'aeromodello troppo picchiato.

Nel Paper 2.0 ho aggiunto un raccordo davanti all'ala a freccia, mentre preferisco le 2 derive sempre alle estremità alari piegate in basso, diciamo proprio ad M. Infatti le semiali non sono piegate ad ala di gabbiano, ma sono semplicemente sempre a diedro positivo, mentre costruttivamente ho piegato le 2 derive sempre entrambe verticali e simmetriche. Una leggera non verticalità di una delle 2 derive od una piega non parallela alla radice di piega di attacco di una delle semiali potrebbe innescare il rollio o comunque una deviazione di traiettoria.

Siccome il raccordo alare è di superficie consistente, anche il timone anteriore non è stato molto rimpicciolito rispetto alla soluzione Paper.1, desiderando la "cabrata lunghissima".

Nel siffatto Paper.2.0 può verificarsi quindi talora una tendenza a leggera cabrata soprattutto tendenziale a fine volo, contemporanea ad inclinazione trasversale costante (rollio senza ritorno alla traiettoria iniziale), restando il modello inclinato costantemente fino al termine della planata, secondo una traiettoria finale leggermente curva. Io attribuisco ciò a difetti di piega del cartoncino, contemporanei ovviamente a scarsa stabilità longitudinale, cui si può porre rimedio riducendo (ulteriormente poco, usando moderatamente la forbice) la superficie del timone anteriore, inoltre correggendo la simmetria delle derive e dei diedri trasversali, magari deformando queste condizioni strutturali con un leggerissimo tocco di mano sul cartoncino, a contrastare la indesiderata variazione di traiettoria, come se si agisse con una superficie di controllo mobile dei veri aerei.

 

Vi ho proposto qui di effettuare solo un'operazione di "trim", cioè una correzione fine delle superfici mobili per mantenere la traiettoria diritta, tuttavia se vi piace una traiettoria curva intenzionale potete usare tale metodo per predeterminare a piacere la traiettoria, ovviamente senza un controllo certo del volo che ne risulterà. Verificherete il risultato dopo alcuni lanci di prova, dopo aver modificato almeno una deriva e/o svirgolato un'ala come un alettone o semplicemente modificato solo il diedro di una semiala o di una deriva, operazioni comunque solitamente da non fare, perché caratterizzate da forte aleatorietà dei risultati, soprattutto in presenza di un minimo colpo d'aria.

 

Paper.2.1 (bianco), peso modello finito circa stimato 3,6 g, apertura alare cira 170 mm. Corde 55/30 mm, però questo modello ha una freccia alare (poco) maggiore di quella degli altri.

 

E' un canard "standard", cioè solo con 2 superfici portanti, ala e timone, questo completamente privo del peso ed effetto relativo all'ex-compensatore anteriore.

L'ala può essere ritagliata con raccordo alla fusoliera, ma nel modello proposto il raccordo non esiste.

Anche per effetto della maggior freccia alare, il timone del Paper.2.1, ritagliato a delta per ragioni estetiche, è di superficie più piccola (circa 25 % in meno) di quella del timone del Paper.2.0. Per riferimenti indico che la superficie del timone è poco più del 50 % della superficie del solo timone anteriore del tipo Paper.1, conteggiato senza compensatore, lasciando sempre circa le stesse incidenze dei piani portanti di tutti i modelli analizzati.

Anche per questo modello potrebbe esserci una tendenza al rollio senza ritorno alla traiettoria iniziale, però in caso di tendenza al rollio sembra che la stabilità trasversale sia forse poco più efficace di quella del Paper.2.0, anche per l'esecuzione con diverso cartoncino, tuttavia le 2 planate sono quasi identiche.

Nel Paper.2.1 è stato usato un cartoncino bristol bianco più rigido e più leggero del cartoncino beige del Paper .2.0. Il peso influisce sull'efficienza di planata, ma soprattutto è la rigidità ed indeformabilità del cartoncino che conta. La semiala più rigida risponde meglio alle eventuali devianze di rollio.

Come nel caso precedente, eventuali devianze dalla stabilità trasverso-laterale possono semplicemente venir corrette con un semplice tocco opportuno alla deriva o alla semiala apparente più storta, tocco che poi l'elasto-plasticità, se nervosa, del cartoncino nella maggioranza dei casi manterrà per i successivi lanci.

Consiglio di lanciare sempre per volo in traiettoria rettilinea poco inclinata in basso, magari desiderando la "cabrata lunghissima" per la massima durata del volo, sperando nell'assenza di devianze trasverso-laterali, che tuttavia possono manifestarsi al culmine di ogni cabrata. Del resto rimpicciolire troppo il timone potrebbe far avvicinare troppo il baricentro del modello al punto neutro aerodinamico e quindi potrebbe diminuire una stabilità già precaria. In questo senso il Paper.2.0 longitudinalmente è leggermente più stabile, ma direzionalmente è leggermente peggiore del Paper.2.1.

 

Riguardo alla durata dei voli, il Paper.2.1 mi sembra poco più lento del Paper.2.0, ma veloce quasi come il Paper.1.

Il Paper.1, avendo il timone anteriore di superficie portante maggiore, appare il più lento, efficiente (quando ha il compensatore ristretto) e quindi a maggior durata di volo in assoluto, tra i modelli proposti, pur senza avere un'apparenza di primato eclatante.

Osservare che infatti il peso del Paper.1 è maggiore, di circa mezzo grammo, del peso stimato del Paper.2.1

Quindi l'effetto positivo della maggior portanza è controbilanciato dall'effetto negativo del maggior peso.

Il peso però in realtà è indispensabile in tutti i casi, e determina la velocità di planata libera, associato alla risultante ed ai momenti di tutte le forze aerodinamiche, che dipendono dal vento relativo. Riguardo alle differenze di velocità dei vari modelli stabilizzati si tratta di inezie comunque mal valutabili.

 

Elucubrando.

Questi modelli hanno un limite di tolleranza dei difetti o delle errate variazioni progettuali e costruttive elevato, che li rende di facile realizzazione, se non si pretende troppo dalle caratteristiche di volo. Premetto alcune nozioni di aerotecnica spicciola degli alianti.

Ai fini della stabilità di un volo librato normale occorre che il baricentro sia davanti al punto neutro aerodinamico dell'intero modello, fino alla distanza di massima stabilità, oltre la quale il modello inizia a divenire troppo picchiato. Cioè il momento peso/portanza globale (composta con resistenza globale) deve equilibrare il momento delle forze aerodinamiche, in modo che la componente del peso sulla traiettoria faccia procedere, vincendo la resistenza globale del modello, senza effettuare né una picchiata né una cabrata continua, in risposta ad una sollecitazione esterna tendente a modificare la traiettoria diritta del moto uniforme.

Se il baricentro è dietro al punto neutro il modello cabra irreparabilmente, scendendo all'indietro. Questi 2 punti sono difficili da trovare a priori, prima del volo, nelle posizioni ideali sui vari modelli. Se i 2 punti coincidono il modello è teoricamente indifferente; per librarsi accettabilmente deve essere leggermente picchiato (famoso il detto: "modello picchiato, modello salvato"). Facendo scorrere il baricentro dal punto neutro fino alla distanza di massima stabilità, in posizioni intermedie succede uno scampanamento o delfinaggio lungo la traiettoria di planata, delfinaggio che è più o meno pronunciato secondo l'entità del diedro longitudinale, cioè dell'angolo di calettamento tra l'ala ed il gruppo timoniero anteriore.

I canard di cartoncino delle versioni Paper.2 differiscono soprattutto per la tipologia del timone anteriore "standard" singolo, fornendo però, se ben stabilizzati, praticamente quasi gli stessi risultati di planata dei Paper.1, che, come analizzato in precedenza, sono canard "non standard", con timone anteriore portante compensato da una terza superficie deportante, che varia il diedro longitudinale. Ritengo che il Paper.1 abbia un diedro longitudinale minore degli altri, per effetto dell'incidenza negativa del compensatore.

Avevo scritto all'inizio dell'altra pagina che non voglio aggiungere pesi in punta estranei al cartoncino, per far avanzare il baricentro. Siccome non è possibile alleggerire l'ala posteriormente recante le derive dei modelli, per evitare ritagli di cartoncino in coda, ho seguito l'idea di spostare indietro il punto neutro del modello più del contemporaneo spostamento all'indietro del baricentro, che si ottiene ritagliando le parti anteriori del modello. In pratica ho ritagliato il bordo d'uscita del timone per ridurne la superficie portante; risultando un braccio di leva leggermente maggiore, si potrebbe rendere la superficie del timone piccolissima nella maggioranza dei casi, quindi rendere i modelli quasi picchiati, ma ovviamente conviene fermare i ritagli del timone anteriore appena si raggiunge un delfinaggio accettabile, che consenta quella che altrove (v. Paper.2.0) ho chiamata la desiderata "cabrata lunghissima", in condizioni limite di stabilità accettabile in aria calma, ma già inaccettabile con leggera brezza.

Per inciso, eliminando completamente ogni traccia di timone il modello canard si ridurrebbe ad una freccia balistica e non si deve più parlare di volo, bensì di tiro.

Sperimentalmente si può fare la prova dell'affondata da fermo (°), ma i risultati pratici delle affondate sono quasi tutti uguali per i vari aeromodelli proposti, tranne che per il Paper.1 originale e, con meno evidenza, per il Paper.1 modificato, secondo l'entità del ritaglio del compensatore anteriore.

 

Inoltre generalmente per la stabilità credo che sia meglio un'ala a freccia pronunciata, anche se meno efficiente aerodinamicamente in questi canard.

Le differenze di volo sono difficilmente apprezzabili in tutti questi modelli, essendo tutti costruiti circa con la medesima ala ed il medesimo criterio costruttivo, pur con diedro longitudinale ambiguo e con differenze di pesi praticamente quasi trascurabili.

Un sovrappiù di peso potrebbe essere gradito per penetrare meglio nell'aria leggermente mossa, ma far volare tutti questi modelli con vento equivale a un suicidio.

Riguardo all'entità del diedro longitudinale ideale per queste lastre piane di cartoncino non saprei, ma deve essere sempre leggermente positivo.

Oltre alla fondamentale impostazione del diedro longitudinale, a tutti gli effetti occorre sempre impostare le semiali con un piccolo diedro trasversale positivo prima di lanciare, controllando che le 2 derive siano verticali e tutto il canard perfettamente simmetrico, allo scopo di ottenere una traiettoria rettilinea in aria calma.

 

Stimo l'efficienza di planata media in aria calma, per dislivello 1 m, per il Paper.1 corretto con compensatore reso piccolo oltre 5,5 m,  per il Paper.2.1 alla pari con Paper.1 originale circa 5 m, per Paper.2.0 circa 4,5 m. Con vento leggero ascensionale l'efficienza può migliorare, ma la traiettoria solitamente ne risente troppo. Una leggera brezza controvento può addirittura consentire tratti di volo in salita, quando i modelli sono centrati per assetto a "cabrata lunghissima".

 

In una scala scolastica elementare da 0 a 10, con criterio personale discutibile in quanto dovuto all'istinto dell'aeromodellista, voto la stabilità di planata longitudinale in media 7/8 per il Paper.1 corretto, 8½ per il Paper.1 originale, mentre voto 7/8 per il Paper.2.0 e voto 7 per il Paper.2.1, votazioni più alte raggiungibili dopo qualche buon adattamento dei cartoncini, purtroppo talora con incostanza dei risultati (nei primi lanci talora il volo è andato anche peggio, ma i voli non sono sempre ben riusciti anche dopo le correzioni effettuate prima dei lanci successivi, in parte per colpa del tipo di cartoncino, però anche per una geometria progettuale migliorabile). L'aleatorietà della traiettoria di volo dipende soprattutto dalla stabilità latero-trasversale, a cui si possono dare gli stessi voti purché si lanci con tutti i cartoncini a posto ed in assenza di vento.

 

In conclusione il Paper.1 corretto con compensatore piccolo potrebbe essere e non essere il migliore, ma essere uno dei più facilmente migliorabili modelli delle tipologie canard proposte, a condizione sempre che il vento o la flessibilità delle superfici portanti non inducano ad assetti spericolati.

 

Non credo che altri modelli di cartoncino (es. Paper.3) risultino molto meglio, cioè credo che ci sia un limite all'evoluzione degli aeromodelli canard di cartoncino, oltre il quale l'efficienza e la stabilità di planata non migliorano sensibilmente, tuttavia la strada delle sperimentazioni è sempre stata e sarà sempre maestra in ogni tecnologia aeronautica, e anche in ogni scienza naturale.

 

Derivatio nominis.

Paper, oltre che al noto significato di carta, vuol ricollegarsi a Paper-ino, cioè piccolo "canard", sia in senso aeronautico che in senso naturalmente animale, che richiama lo studio degli altri animali trattati in questo sito, cioè i molluschi probabili klepton.

 

(°) Prove di caduta libera in picchiata verticale = affondata da fermo.

Ovviamente tutto presuppone che la struttura, come per gli aerei veri, sia in grado di reggere la picchiata verticale; nei casi dei nostri aeromodelli di cartoncino le ali non si devono chiudere in picchiata verticale, cosa che potrebbe succedere se la struttura è stata sottoposta in precedenza a ripiegature alternate del cartoncino, solitamente necessarie per effettuare ritagli correttivi delle superfici.

Come indice di stabilità longitudinale, se salite almeno al primo piano di un edificio e lasciate semplicemente cadere in verticale tutti questi aeromodelli di cartoncino appesi per la coda, dovrebbero riprendersi automaticamente in orizzontale prima di arrivare a terra in verticale, descrivendo un quarto di cerchio avente raggi:

I modelli con i raggi di rimessa più stretti dopo la rimessa generalmente scampanano ("delfinano") con spanciate corte e veloci, mentre quelli con raggi maggiori possono scampanare con spanciate lunghe e alla fine con delle cabrate più lente. A fine cabrata può anche succedere che il modello, se eccessivamente cabrato, si arresti in volo e cada all'indietro di piatto, a foglia morta (Paper.1 corretto con troppa riduzione del compensatore anteriore, avente affondata con raggio di ripresa 4 m circa).

Invece riguardo alla versione originale del Paper.1 (con compensatore di grande superficie, pure apparentemente stabile in volo normale, ma con efficienza di planata minore della versione corretta), se si effettua la prova di picchiata libera, l'aeromodello picchia a candela, cioè il modello arriva di muso a terra su una traiettoria quasi verticale, avendo provato da un'altezza di circa 9 m. Se il punto di sgancio fosse ben più alto probabilmente potrebbe esserci una ripresa in planata, dopo grandissimo raggio, ma anche non esserci affatto la ripresa dopo l'affondata. Ciò sarebbe un indice di grande stabilità, ma di acrobaticità ed efficienza discutibili. Non ho fatto la prova da oltre 9 m, ma vi informerò appena possibile.

 


Sezione aeromodellismo:

 

Evoluzione dei canard di cartoncino. Modelli Paper.2 (inizio presente pagina)

 

Articolo Volo libero con Divagazioni e progetto modello Paper.1 con compensatore

 

Differenze tra picchiata, cabrata e "seduta" in volo libero.

 Nozioni fondamentali di centraggio longitudinale, con particolare riferimento al centraggio dell'aeroplanino Paper.1

 

Canard di carta. Studio di modelli origami tipi Cc 1, 2, 3, 4.

.

Configurazione tuttala (monografia in 7 partizioni sulle mie ali volanti di cartoncino, etc., pubblicata tra gennaio 2016 e gennaio 2017):

 prima parte (modelli T & A), seconda parte (modelli foam), terza parte (freccia inversa), quarta parte (ali ad anello), quinta parte (modelli H,I,J), sesta parte (modelli MAX), settima parte (studio sullo svergolamento anteriore regolabile nei tuttala radiocomandabili, tipi A-RC & MIX-RC).

.

Home page

Dalla Home page si può accedere nel dettaglio alle altre sezioni del presente sito (Sez. conchiglie e/o Sez. macchine).

Tutte le illustrazioni ed i testi del mio sito Web sono senza ©, tuttavia è gradita la citazione dell'Autore, obbligatoria quando trattasi di Autore diverso da me.

Buona navigazione. Flavio Mattavelli - matta.a@tiscali.it