Flavio Mattavelli
Appendice sulle ali ad anello (chiuso o aperto; configurazione tuttala, parte quarta).
Leggere dopo le parti prima e terza dell'articolo sui tuttala di cartoncino (180 g/m2).
Tipi R, G, B e sottocasi.
Ho raggruppato in quest'appendice le ali ad anello completamente chiuso (nei modelli biplani che verranno chiamati tipi B...) e le "winglets" ad anello aperto (nei modelli tipi R... & G...), queste "winglets" per me ora omonime di estremità di ali ad anello aperto, da me realizzate nei modi che seguono.
Per dovere d'informazione esistono anche le "spiroid wing tips", cioè "winglets" ad anello chiuso spiroidalmente solo attorno alle estremità delle semiali, "tips" che però non analizzerò compiutamente e non sono state sperimentate nei miei modelli.
Le foto sono tutte viste da sopra.
Qualcuno chiama le ali ad anello aperto ali tipo C, però occorre precisare se C rivolto in alto o in basso: io le ho chiamate rispettivamente R (rivolte in su) e G (rivolte in giù).
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La foto a
sinistra rappresenta un modello
tipo R..., modelli che ancora
possono essere costruiti in cartoncino con i concetti di stabilità dei
modelli tipo A..., ma con le estremità alari rivoltate al di sopra dell'ala a
freccia positiva, attraverso due derive-winglets
reggenti verso l'interno dell'ala le 2 superfici stabilizzanti quasi
orizzontali, ad incidenza negativa. In realtà la stabilizzazione è mista tra
A&Z, ma per semplificare mi sono riferito solo ai modelli A.... Già negli anni
'20 Prandtl aveva teorizzato l'ala chiusa ad anello
per eliminare la resistenza indotta. Nei tipi R... l'ala non è chiusa, ma le 2 superfici stabilizzanti
puntano a chiudere posteriormente, rispetto al senso di marcia, l'anello, per
creare quello che in pianta potrebbe essere definito un tandem romboidale, se
l'anello fosse chiuso a biplano con l'ala superiore arretrata (come
successivi tipi BR...). L'ala superiore
(mancante nella foto a lato) potrebbe essere a freccia positiva, nulla o
negativa, ed occuperà la parte centrale bassa della foto, restando però
sollevata sul piano della foto. Ho chiamato i
modelli, che sarebbero in realtà tipi AR..., semplicemente tipi R...e chiamerò i modelli in realtà tipi AG...semplicemente
G. |
La foto a destra rappresenta un modello tipo G...in
cartoncino volante in direzione opposta al tipo precedente, con le stesse
dimensioni, sempre con le superfici stabilizzanti posteriori ad anello
aperto. Il tipo G...è il contrario dei precedenti R...
perché G...ha le derive rivoltate in giù, tuttavia dovrà avere sempre le 2
superfici stabilizzanti ad incidenza negativa rispetto al senso di marcia,
come nei tipi A.... |
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Ecco dunque a
sinistra il tipo BR1, con
ala anulare completamente chiusa. Non è l'unica
soluzione, perché può volare anche un biplano in tandem con l'ala superiore
avanzata. Cioè ripetete la sovrapposizione delle ali, ma nel senso di marcia
della foto del tipo G, lasciando la clip in punta al tipo G e togliendo la
clip dal tipo R. L'ala superiore sarà a freccia positiva, mentre l'ala
posteriore a freccia negativa resterà sotto, determinando il tipo BG..., non
fotografato. Ho denominato
tali modelli biplani tipo
BR... oppure tipo
BG... a seconda della posizione rispettiva dell'ala a freccia
positiva anteriore, rispettivamente bassa o alta nel senso di marcia. Dopo
aver visto i tuttala a freccia negativa,
potete anche introdurre i tipi PR... ad estremità rivoltate in alto
con i concetti dei modelli P..., oppure ad estremità
rivoltate in basso, tipi PG..., sempre con i concetti dei modelli
P..., cioè con 2 superfici stabilizzanti ad incidenza positiva,
rispettivamente superiori od inferiori nei modelli PR...& PG..., rivolte
all'interno, senza chiudere l'anello. Poi, se vorrete
chiudere l'anello alare, potrete passare ancora ai tipi BR... oppure
BG...come preannunciati. Per completezza
di terminologia osservare che i tipi BR...& BG...non potrebbero essere
altro che la sovrapposizione di 2 tuttala tipi M...(senza
testa/coda, perché c'é l'altra ala), cioè B=M1+M2
nel caso che il baricentro sia pressoché in posizione neutra coincidente col
fuoco aerodinamico del modello, pregiudicando non poco la stabilità
longitudinale, ma facilitando eventuali acrobazie e sogni di marcia
avanti/indietro senza capovolgimenti... |
Non si tratta di una cartella colori, ma R,G,B sono le sigle che ho dato a tipi speciali di modelli tuttala (se volete non proprio tuttala) di cartoncino, piuttosto volubili per la qualità del materiale e per le possibilità di esecuzione. Spero di non avervi confuso le idee con le mie terminologie, perché l'ala ad anello, nonché le "spiroid wing tips", sembra che rappresentino le frontiere della futura aeronautica, al fine della riduzione dei consumi di carburante, per via della riduzione delle resistenze indotte.
Già esistono prototipi ad ali anulari chiuse in idrovolanti da turismo, diversi interessanti progetti di "prandtlplanes", e si è prospettato il discorso dell'ala di Prandtl anche per i "liner" commerciali civili, sebbene forse in futuro alcuni vorrebbero ripiegare per questi sui tuttala ad ala singola, con fusoliera inglobata nell'ala.
Le "spiroid wing tips" sono già usate in diversi aerei e potrebbero essere applicate anche ai modelli R..& G...di cartoncino, nastrando opportunamente con il nastro adesivo le estremità delle semiali di tali modelli, estremità ulteriormente modificate secondo la tecnologia spiroidale.
Dovrebbe essere facile realizzare delle "spiroid wing tips" bloccando le estremità dei modelli R & G con pezzetti di nastro adesivo, ma occorre studiare anche il miglior giro possibile del pezzo di estremità tra bordo d'entrata e d'uscita alare, la cosa non è proprio così elementare, e verrà qui trascurata.
Torniamo in breve alle mie sigle piuttosto ambigue.
R = tuttala con ala aperta rivoltata in alto
G = tuttala con ala aperta rivoltata in giù
B = biplano con ala chiusa a pianta per lo più romboidale (ma forse potrebbe essere con vantaggio anche a freccia sovrapposta), definibile anche "tuttala" biplano o, nelle versioni romboidali, tandem canard (che non è né canard né tuttala), comunque detto talora ad ala di Prandtl o ala a box (che non è a scatola) variamente conformata.
Le conformazioni possono essere mostruose e Prandtl si rivolterà nella tomba.
Possono variare le superfici e le frecce anteriori e posteriori. Inoltre può variare assai il diedro longitudinale ed i diedri trasversali a seconda della posizione verticale o inclinata delle derive e delle incidenze delle originarie superfici stabilizzanti, diedri trasversali aggravati dal peso del cartoncino. Il diedro longitudinale può esistere tra superfici entrambe portanti (come nei canard) o no (come nei tuttala similconvenzionali)?
L'anello dei B...costruttivamente si può fare sviluppando l'ala sul foglio di cartoncino e chiudendo l'anello con una sola giunta di nastro adesivo, dove metterete anche la clip; oppure con 2 giunte alle estremità alari, etc., ma costruzione sempre più complicata in pratica. Ho provato in vari modi di costruzione, ma mi sono trovato spesso male.
Forse è più semplice fare le 2+2 semiali collegate alle estremità nel cartoncino di origine, e poi nastrarle una ad una sulle mezzerie del modello con 2 nastri adesivi (o un nastro ed una graffetta metallica, più pratica ma più pesante di un pezzetto di nastro). Può essere opportuno nastrare sopra e sotto la giunta, perchè talora il nastro da una sola parte può indurre un arricciamento indesiderato (o desiderato) delle superfici giuntate.
Quando l'ala posteriore si chiude a vertice, come nel tipo BR2, è facile ritagliarla tradizionalmente e giuntarla solo alla fine con un nastro adesivo sul vertice.
Verificare che le aperture alari inf. e sup. siano quasi uguali (tranne nei casi di doppio diedro positivo inf.) e che le derive siano leggermente convergenti nel senso di marcia...
Come anticipato, esiste una miriade di sottocasi di forme e piegature progettuali. Ad es., nei modelli tipo B... la stabilizzazione, oltre che nelle modalità A & P, può essere ottenuta anche solo con "elevons" posti centrali solo nella freccia inversa, come nei modelli N..., ma non è evidentemente l'unico sottocaso. Possono sussistere le versioni NR & NG, senza voler mettere gli "elevons" su entrambe le ali bassa ed alta....
Soprattutto nelle modalità A& P esiste la possibilità di cambiare le incidenze delle derive-winglets ed eventualmente i loro diedri trasversali ed i diedri trasversali delle ali centrali. Si comprende come queste possibilità rendano i modelli B...eccessivamente volubili.
La loro stabilità direzionale è in generale scarsa.
Per una miglior soluzione di stabilità ho trovato che occorre lasciare un piccolo diedro trasversale alla parte centrale dell'ala inferiore, creare un forte diedro trasversale positivo tramite le 2 derive-winglets abbattute all'esterno (come un ala inf. a doppio diedro), lasciare il diedro dell'ala superiore quasi piano o leggermente negativo, in valore assoluto minore del diedro centrale leggermente positivo dell'ala inferiore.
Mentre i modelli R & G possono essere costruiti con relativa facilità, i modelli BR & BG sono praticamente impossibili da fare con ali ad elevato allungamento, in quanto il peso del cartoncino risulta eccessivo per la necessaria rigidezza strutturale. Comunque se si è fortunati in qualche caso possono planare, sotto allungamento max. circa 4, con efficienza accettabile ma non entusiasmante nei miei modelli, tranne il caso seguente. Di solito basta un niente che i modelli B... precipitano, soprattutto quando il cartoncino non è abbastanza rigido, però il seguente plana spesso benissimo, con traiettoria per lo più ben tesa.
Nel
biplano BR2 (foto a destra), che non ho modificato
ulteriormente, per paura del rischio di peggiorarlo, il rapporto di planata è
stimabile in quasi 7, cioè è comparabile con quello dei monoplani di cartoncino
migliori, tuttavia il biplano appare più veloce. |
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Altre considerazioni. I tipi PR & PG, già scadenti per la freccia negativa, forniscono risultati di volo più scarsi degli R...& G....
Soltanto i tipi R & G a freccia positiva possono dare qualche soddisfazione di buone planate, se trovate la migliore inclinazione delle derive-winglets etc.
Consiglio tenere la parte centrale dell'ala con un basso diedro trasversale e le derive abbattute per conformare l'ala a doppio diedro positivo, regolando le superfici stabilizzanti verso l'interno del tuttala con diedro trasversale leggermente negativo. Attenzione che basta cambiare gli angoli dei diedri trasversali che cambiano anche gli effetti delle superfici stabilizzanti. Cioè a parità di clip un modello R...& G...diviene picchiato o cabrato a seconda dei diedri trasversali delle derive-winglets e delle superfici di estremità rivoltate.
Ciò può essere utile per studiare aerodinamica, ma anche per confondere le idee al neofita.
Ho sperimentato che i modelli R sono leggermente meglio dei G, ma credo che dipenda anche dall'ampiezza delle superfici stabilizzanti, che richiedono, se l'incidenza è elevata, una clip di contrappesatura superiore ai modelli A. Del resto è molto difficile trovare le giuste inclinazioni, quando si tratta di pochissimi gradi. E' più facile giocare con le clips, ma clips lunghe danno velocità di volo eccessive ed efficienze apparenti scarse.
Del resto, se si trattasse di veri tuttala, le ali rivoltate sotto potrebbero essere un problema nell'atterraggio, quindi scarterei i tipi G...a favore degli R...
Per finire, ho riportato questi modelli ad ali ad anelli aperti parziali R...& G...o chiusi totali BR...& BG...(o chiusi limitatamente alle estremità delle semiali a "spiroid wing tips") solo per completezza dell'argomento "tuttala", tuttavia sono più facili da fare gli altri modelli proprio "semplici" tuttala proposti nella prima parte dell'articolo, cioè i tipi A...oppure T...in cartoncino o anche in carta.
Se invece volete continuare con le ali anulari a maggior allungamento, occorrono ali molto rigide, pertanto in futuro provate a progettare e costruire dei tipi BR oppure BG in balsa rigida, che io non ho ancora provato.
Modelli U & K modificati. Modelli A & V modificati.
Per le sigle vedere tuttala a freccia inversa.
Per i tipi modificati ad estremità subverticali non si tratterebbe propriamente di modelli tuttala con ali ad anello aperto, però ci somigliano in parte e meritano un cenno.
La deriva-winglet può non essere proprio una deriva-winglet parallela alla direzione di marcia, ma divenire un freno aerodinamico anche con funzione stabilizzante, come visto nella descrizione delle ali a freccia inversa U&K modificabili ad alette verticali convergenti, ed invero anche i modelli A&V a freccia positiva possono essere trasformati ad alette verticali convergenti (mentre invece quelle a pieghe divergenti sono instabilizzabili di direzione, in quanto restringono il raggio della virata).
Tenere conto che tale convergenza (cioè a freccia pieghe positiva) è meglio che non superi 30° rispetto all'asse mediano di direzione di marcia, per non divenire proprio un freno aerodinamico eccessivo...
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Flavio Mattavelli - matta.a@tiscali.it - aggiornamento luglio 2016
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Nella Sezione aeromodellismo potete visitare:
· Indice fotografico della
Sezione
· Volo libero con Divagazioni. Modello canard di cartoncino tipo Paper.1
· Evoluzione dei canard di cartoncino. Modelli Paper.2
· Differenze tra picchiata, cabrata e "seduta" in volo librato
· Canard
di carta. Studio di modelli origami tipi Cc
1, 2, 3, 4, con ala a freccia positiva. Non ho
realizzato canard di cartoncino e/o carta con ali a freccia inversa.
· Ornitoplanate. Studio limitato al volo planato dei volatili.
· Fuochi e baricentro. Approfondimento sulla meccanica del volo degli aeromodelli.
· Calcolando il
punto neutro dei velivoli convenzionali, in relazione al diedro longitudinale geometrico
e con ipotesi sul numero aureo collegabile al volo degli uccelli.
· n°09 articoli sulla Configurazione tuttala:
1. parte prima (tuttala a freccia positiva di cartoncino e carta)
2. parte seconda (ali ad alto allungamento, cartoncino, foam, EPE e carta)
3. parte terza (freccia inversa di cartoncino, modelli di Sogni volanti avanti e anche indietro)
4. parte quarta (appendice sulle ali ad anello chiuso ed aperto, "prandtlplanes". Inizio di questa pagina)
5. parte quinta (miscellanea aerodinamica e centraggio, modelli H, I, J)
6. parte sesta (modelli tipo MAX di cartoncino, con 2 derivette convergenti sotto l'ala)
7. parte settima (ipotetici aeromodelli tuttala a svergolamento anteriore regolabile, cioè modelli A-RC & MIX-RC?)
8. parte ottava (Giano, un foglio di cartoncino che vola mirabilmente)
9. parte nona (ECOGIANO e perfezionismi trasversali, laterali e longitudinali)
· Breviario del tuttalinista, 2023, con un disegno pdf per la costruzione di un tuttalino tipo A, per lanci manuali senza fionda
· Fiondare (seconda parte del suddetto Breviario), con un disegno pdf per 2 tuttalini di cartoncino tipo W, per lanci con un elastico, o anche senza
· Kleptonini. Modelli ibridogenici tra canardini e tuttalini di cartoncino.