Dott. Ing. Flavio Mattavelli

Breviario del tuttalinista

Ormai da nonno son tornato bambino.

L'età avanzata e gli acciacchi della vecchiaia tralascerebbero gli approfondimenti teorici, per in pratica ammirare meravigliato come un bambino una maestosa planata di un tuttalino, quando riesce bene.

Però i perché non mancano, soprattutto se e quando la planata è andata male.

 

1. Modalità di lancio.

Il lancio deve essere in direzione poco sub orizzontale, senza forte spinta manuale, nella stessa direzione di planata libera, meglio se con poco più della stessa futura velocità di planata.

Un bambino impara presto a lanciare un tuttalino di cartoncino, però non manca di chiedere al nonno come mai, dopo un lancio perfetto e senza vento, una planata è andata male.

Quando è evidente che la colpa è del tuttalino, il nonno deve ingegnarsi a scoprirne le cause.

In assenza di facili risposte ai perché, ecco i per-come si possa migliorare il tuttalino prima del lancio successivo.

2. Cos’è un tuttalino di cartoncino?

Per me adesso è unicamente un aeroplanino tuttala tipo A, come nell’immagine seguente, ripresa dall’articolo Giano, ma ispirata a partire dai miei primi tentativi. Infatti dopo parecchie sperimentazioni il tipo A è risultato per me il miglior tuttalino a lancio manuale, con efficienza sempre > 5, di solito circa 7.

Il cartoncino ideale è il bristol circa 200 g/m2 abbastanza rigido e perfettamente piano (* v. Post scriptum).

Un tuttalino tipo A di cartoncino è dotato di solo 2 alette di estremità (dette talora tips o pseudowinglets) a svergolamento negativo anteriore, ottenuto piegando le 2 alette con pieghe in convergenza verso il bordo d’entrata alare ed inclinandole sotto le 2 semiali, in configurazione A con circa massimo 30° di inclinazione.

Il tipo A = Giano standard presenta un’inclinazione di circa 15°/25° sotto il piano della propria semiala.

L’inclinazione delle alette determina l’indispensabile reflex longitudinale e, in caso di asimmetria, anche un’eventuale virata. Ai fini dell’efficienza del volo è meglio che l’inclinazione sia la più bassa utile.

Oltre circa 45° di piega in giù si passa alla configurazione MAX. Le configurazioni intermedie sono state denominate MIX. Solitamente il tipo A ben realizzato in configurazione A ha un volo migliore, anche se in configurazione MAX o MIX la planata è talora pure ben accettabile.

Vedere avanti al Passaggio configurazioni, Cap. 10.

Tutti i miei tuttalini sono perlopiù dotati di un pesetto a clip di plastica applicato davanti, scelto come indicato al Cap. 3.

La forma in pianta può essere anche diversa dall’immagine del soprastante tipo A = Giano standard, in particolare potrebbe essere come quella di un Batgiano (v. Capitolo 9 dell’articolo Ecogiano), che, per l’abbondanza di cartoncino, maggiormente potrebbe prestarsi a successivi ritagli e/o modifiche della freccia alare e/o degli allungamenti alari, tenendo sempre conto dei rapporti tra le superfici alari in gioco, che possono mutare, ma non oltre un incerto limite. Le incertezze fanno parte del gioco del tuttalinista.

Il centro ala potrebbe essere prolungato posteriormente pure da una così detta coda Horten, ma la coda Horten non offre evidenti vantaggi nei miei tuttalini di cartoncino.

 

Già nella Configurazione tuttala parte prima mi ero occupato della Correzioni degli errori di traiettoria, soprattutto per contrastare le virate indesiderate, ora voglio precisare in breve tutte le possibili modifiche, che in pratica si traducono di solito nell’ottenimento di una planata perfettamente diritta, tenendo presente che nei tipi A non esistono slats, elevons e nemmeno derive propriamente dette.

 

Diedro alare o trasversale. Nella configurazione A l’ala è conformata frontalmente solo con diedri “a gabbiano”, che talora può porsi anche nella configurazione MIX. Pertanto si ponga l’angolo di diedro trasversale centrale delle semiali prossimo sempre al minimo possibile, anche negativo prima del lancio, ma che, tenendo conto delle flessioni, rimanga un diedro sempre minimamente positivo in volo, mentre riguardo all’angolo di inclinazione delle 2 alette vedere avanti, al Cap. 8, nonché Cap. 12.

 

Stabilità trasversale al rollio e laterale all’imbardata vengano sempre considerate connesse in un’unica stabilità direzionale, determinata anche dall’impiego di una clip tale che mantenga un diedro trasversale adatto. In questo gli uccelli, di solito in planata senza coda, sono insuperabili.

 

3. Clip

Ai fini del carico aerodinamico del volo, è meglio fare la clip più leggera e più corta possibile, per avere il carico alare più basso, compatibilmente all’ottenimento di un’adeguata stabilità longitudinale, che è lo scopo principale dell’impiego della clip, avente pure come scopo secondario il mantenimento del diedro trasversale, obbligando la piega delle semiali a restare dritta al muso della mezzeria alare.

Nel seguito porrò che la clip sia già stata applicata di lunghezza quasi esatta e non si voglia cercarne altre, mentre il cartoncino sia già stato tagliato con abbondanza, in previsione di ulteriori possibili ritagli.

 

Se la clip fosse troppo leggera, il modello delfinerebbe in beccheggio (o peggio cabrerebbe fino allo stallo), allora in correzione, però non sempre utile, si potrebbe diminuire simmetricamente l'abbassamento delle 2 alette, fino ad un certo limite di deportanza; al contrario, se la clip fosse troppo pesante, il modello picchierebbe, in correzione, talora insufficiente, si potrebbe aumentare simmetricamente l’abbassamento delle 2 alette; ciò esclusivamente con clip di lunghezza quasi esatta.

Altrimenti è meglio cambiare la clip, quando troppo fuori peso per un’adeguata stabilità longitudinale.

Oltre circa 30° d’inclinazione in basso delle alette si passa inoltre dalla configurazione A alla configurazione MIX - MAX, vedere avanti, al Capitolo 9, Derive e Cap. 10.

Ripeto che, con clip esatta, predisponendo in pre volo una regolazione simmetrica dell’inclinazione delle alette con superfici simmetriche identiche ed inalterate, cioè senza le refilature di forbice dei prossimi capitoli, supponendo le superfici già esatte nei loro rapporti:

·         aumentando simmetricamente l’inclinazione alette verso il basso, il tuttala dovrebbe cabrare diritto, per aumento della deportanza delle alette, fino ad un limite di inclinazione minore di 30°

·         diminuendo simmetricamente l’inclinazione alette, sotto l’ala, verso l’alto fino a quasi zero gradi di inclinazione, il tuttala dovrebbe  picchiare diritto, per diminuzione della deportanza delle alette.

·         Se l’inclinazione non è simmetrica il tuttala girerebbe in rollio, vedere avanti, al capitolo 12, Come volare a piacere. Oltre 30° di inclinazione alette molto dipende dalla freccia alare e dalla flessibilità del cartoncino, nonché soprattutto dal margine statico, sempre determinato dal peso della clip, dalla forma in pianta alare, dai rapporti e inclinazioni superfici, determinanti o una supremazia delle alette o una supremazia della parte centrale dell’ala, la quale deve comunque portare più della deportanza delle alette. Il problema supremazie è già stato affrontato nella pagina Egogiano, capitolo 15.

4. Correzioni e modifiche.

Le correzioni al tuttalino, posto realizzato già con clip quasi esatta per la stabilità, possono essere necessarie per difetti di progettazione o costruzione, allo scopo di planare diritto con la miglior efficienza, oppure di virare su una traiettoria desiderata, escludendo manovre acrobatiche.

Su questi tuttalini non è possibile eseguire manovre acrobatiche, es. tipo tonneaux per solo rollio oppure volo rovescio, anzi alcuni risultati di volo simili sono considerabili errori.

Con il rollio al massimo si potrebbe forse arrivare alla virata a coltello, che però non può essere sostenuta a lungo per mancanza di trazione ed impossibilità di cabrare in volo. Tuttalpiù si potrebbe effettuare una scivolata d’ala, ma che finirebbe presto sul terreno.

I difetti di planata possono venir corretti sia con ritagli che con torsioni del cartoncino; inoltre possono venir effettuate modifiche delle inclinazioni lungo le piegature delle alette, come descritto alla voce Clip e verrà approfondito avanti, alla voce Come volare a piacere, Cap. 12.

 

Analisi delle possibili refilature di modifica con ritagli.

Dopo aver trovato la clip quasi esatta, senza cambiare la clip e la posizione della clip, si può migliorare la planata del tuttalino, solo lavorando di forbici sull’ala, anche senza mutare l’inclinazione delle alette, eventualmente effettuabile in aggiunta.

Nel seguito tagliare significa refilare con la forbice sul cartoncino, ad es. per planare diritto, simmetricamente disposto a semiali chiuse (senza clip durante il ritaglio), pochissime e strettissime strisce di bordo alare alla volta, refilare con eventuali interventi di affinamento successivi dopo aver visto i risultati del lancio precedente. Si potrebbe pure refilare solo una semiala, cosa che però sconsiglio.

 

CG = centro di gravità

CA = centro aerodinamico, nei tuttala centrati coincidente col punto neutro = PN

Margine statico = distanza positiva (CG - PN), con CG davanti al PN, nel senso del moto stabile.

 

5. Ritagli per la stabilità longitudinale

Argomento già citato in ECOGIANO Cap. 11, che però tratta insieme anche ciò che verrà separato e dettagliato al presente Cap. 7.

·         Se il tipo A cabra, tagliare tutto il bordo anteriore alare, tranne le alette ed il muso del tuttalino (zona clip), per arretrare il CA rispetto al CG. Arretrando pure il CG un poco, il peso resta praticamente immutato per modesti refilamenti del bordo entrata, tuttavia, aumentando il braccio di leva del peso rispetto al PN arretrato, aumenta il momento del peso e assieme diminuisce il momento aerodinamico nel CA, per via della riduzione di superficie con arretramento del PN maggiore dell’arretramento del CG, pertanto si realizza una differenza di momenti a picchiare, che controbilanciando la cabrata originale, stabilizza la planata diritta, con maggior margine statico.

·         Se il tipo A picchia, tagliare tutto il bordo posteriore di uscita, compreso il centro coda, trattandosi di refilatura modesta. Il peso del centro coda, se restante, aiuterebbe trascurabilmente a cabrare.

Diminuendo la superficie alare il tuttalino porterà meno e (forse) diverrà più veloce per il maggior carico alare, ma con maggior allungamento alare, quindi (forse) maggior efficienza. I forse sono dovuti al fatto che ci sono caratteristiche e prestazioni difficili da valutare, nelle cause e negli effetti, mentre una traiettoria di planata stabilmente diritta è sempre facile da valutare visivamente.

Molto dipende dal rapporto tra la superficie centrale dell’ala e la superficie delle alette; anche questo rapporto può essere variato tagliando (simmetricamente per planare diritto) solo una delle superfici in questione. La casistica è già stata analizzata nella pagina Ecogiano, al capitolo 15. Supremazie.

Qui riassumendo quanto colà teorizzato, in pratica simmetricamente sforbiciando si può variare solo il rapporto tra superficie centrale ala e superficie alette, cioè (lasciando inalterate le inclinazioni reciproche):

·         aumentando la superficie alette, cioè restringendo soltanto quella dell’ala centrale, il modello dovrebbe cabrare, se non mutassero le posizioni CG & CA; tuttavia il modello sarà poco più veloce e penso con minor efficienza

·         diminuendo solo la superficie delle alette rispetto alla superficie centrale dell’ala rimasta inalterata, il modello dovrebbe picchiare, essendo il caso qualitativamente quasi il contrario del precedente, però quantitativamente con diverse forze aerodinamiche reciproche tra ala centrale e alette.

La modifica delle supremazie alari tra superficie ala centrale e superficie alette comporta una miriade di sotto casi secondo le modalità delle posizioni di taglio, cioè anche solo sul bordo di entrata, di uscita o anche solo alle estremità delle tips, quindi è una modifica complessa nell’esatta valutazione anticipata dei possibili risultati dei tagli di refilatura, soprattutto quando, oltre che prevedere la stabilità longitudinale, si volesse anche correggere una direzionalità indesiderata. In tal caso consiglio di valutare dapprima i risultati ottenibili più semplicemente direttamente tramite opportune torsioni soltanto di una semiala.

6. Torsioni semiali.

Nei tuttalini di cartoncino, prima del lancio, si possono facilmente torcere a mano entrambe le semiali in vario modo, rispetto alla mezzeria bloccata dalla clip, senza refilature di forbice.

Senza toccare le 2 alette di estremità, se la torsione manuale (moderata) delle semiali avviene simmetricamente non cambia nulla per la stabilità longitudinale, ma una torsione asimmetrica, in aumento o diminuzione di calettamento, di una singola semiala è generalmente utile per modificare la stabilità direzionale, facendo rollare e girare a destra o sinistra, secondo la torsione della semiala trattata.

 

La torsione pre volo è utilizzabile per mutare la direzione di planata, inducendo un’instabilità laterale dovuta alla modifica delle forze aerodinamiche direttamente solo sulla singola semiala trattata e indirettamente agendo anche sull’altra semiala in volo, o torcendo insieme entrambe le semiali.

Ovviamente la torsione è soprattutto utile per volare diritto dopo una virata indesiderata, ma può servire qualora si desiderasse di volare in tondo, di raggio più o meno grande, secondo l’entità della torsione.

 

Precisamente per una moderata torsione positiva (col bordo di entrata verso l’alto), in aumento di portanza di una semiala, il tuttalino ruoterà dalla parte opposta della semiala torta in alto, mentre per una torsione negativa (col bordo di entrata verso il basso) il tuttalino ruoterà dalla stessa parte ritorta.

 

Virata. S’intenda per virata una rotazione insieme di rollio, imbardata e perdita di quota, sempre con diminuzione dell’efficienza di planata del tuttalino in volo libero, quando il tuttalino scendendo scivola anche verso il centro della curva. Per effetto della “proverse yaw” (imbardata a favore della curva) nei tuttalini con pseudowinglets il rollio si trasforma perlopiù in virata a spirale, ma torcendo al contrario si può raddrizzare una virata trasformandola in una planata diritta.

A differenza dell’”adverse yaw” (imbardata inversa) che si verifica nei modelli convenzionali, nei tuttalini, all’”adverse yaw” procurata dalle parti interne delle semiali in rollio si somma algebricamente la “proverse yaw” procurata dalle 2 alette terminali. Le alette terminali lavorano in deportanza minore della portanza delle parti interne delle semiali (parti centrali al tuttalino), tuttavia alle tips le distanze dal baricentro, cioè i bracci di leva, sono maggiori. Dunque i momenti di rollio possono possono far prevalere la “proverse yaw” delle alette, secondo la prevalenza delle forze di resistenza alari determinanti il tipo di imbardata.

Il senso delle imbardate provocate dal rollio dipende dai flussi “downwasch”, che perlopiù alle tips risultano invertiti tra i modelli convenzionali a distribuzione ellittica ed i tuttala con distribuzione portanza a campana. In modo elementare osservare semplicemente le resistenze alari come cause dei sensi delle imbardate. Nella seguente vista da coda con torsione sinistra maggiore della destra, disegno nel quale, trascurando gli effetti del diedro trasversale ad ala di gabbiano (Cap. 8), effetti che potrebbero invertire le portanze, sono raffigurate le portanze (in nero) ed il peso (in rosso) influenti la tipologia dell’imbardata “proverse”, considerando che a portanze maggiori corrispondono resistenze maggiori.

Le resistenze sono tutte ortogonali al foglio verso l’osservatore e da immaginare quasi proporzionali alle portanze disegnate, prima di eventuali stalli delle parti alari.

 Ad es. per un rollio con virata a destra, tra torcere positivamente, in aumento di portanza, solo la semiala sinistra, oppure torcere negativamente, cioè diminuire la portanza solo a destra,  qualitativamente non cambia nulla, però, mentre aumentando un calettamento si aumentano sia la portanza che la resistenza complessiva dell’ala, diminuendo un calettamento si diminuiscono pure entrambe le forze aerodinamiche, dunque cambierà la velocità ed il raggio della virata, qualora ottenuta per pari torsioni preventive all’interno oppure all’esterno, sulla semiala scelta rispetto all’interno oppure all’esterno della curva desiderata per virare, o al contrario per raddrizzare in planata diritta.

Secondo l’entità quantitativa della torsione e la scelta di effettuare la torsione sulla semiala interna o esterna alla virata, ogni successiva virata cambierà raggio e velocità.

 

Correzioni di rollio per torsioni semiali.

Per fare virate nel tuttalino con pseudowinglets le singole entità delle torsioni delle semiali perlopiù devono essere differenzialmente il contrario di quelle di un aereo convenzionale, in quanto di solito abbiamo la “proverse yaw” al posto dell’imbardata inversa, inoltre non è detto che l’entità delle 2 imbardate sia uguale, quindi anche il differenziale contrario può essere diverso in modulo.

Negli aerei convenzionali che hanno gli alettoni, per contrastare l’imbardata inversa, soprattutto per basse velocità e per elevati allungamenti, si tengono gli alettoni inclinati in modo differenziale. Precisamente per rollare senza virare, quello che si abbassa, generando maggior portanza perché ha maggior pressione sotto la semiala esterna, si abbassa meno dell’alettone che si alza, sulla semiala interna, che lavora in deportanza perché ha minor pressione sopra la semiala interna. La differenziazione dell’inclinazione degli alettoni serve ad equilibrare i flussi di downwash delle 2 semiali, contrastandone le diverse resistenze.

Senza alettoni, in un aereo di cartoncino senza alette terminali, riguardo ad eventuali torsioni semiali sarebbe sostanzialmente la stessa cosa; per andare nella stessa rollata degli alettoni, occorre all’esterno meno ed Interno più torsione, intendendo torsione semiala positiva meno positiva all’esterno, cioè con meno sovraportanza, e torsione negativa più negativa all’interno della curva, cioè con una deportanza maggiore della sovraportanza esterna, da rendere a pari resistenze le semiali interna ed esterna alla curva.   

 

Vedere anche il Cap. 13, per il quale anticipo le seguenti note per i tuttalini con pseudowinglets.

L’incidenza delle alette terminali viene pure modificata dalle torsioni delle semiali, generando notevoli variazioni dell’equilibrio longitudinale, ma quel che più conta per la virata sono le variazioni delle resistenze delle alette, variazioni algebriche in generale di entità elevata, per via dell’elevata convergenza assiale delle alette a svergolamento anteriore. Dunque l’effetto imbardata inversa delle ali convenzionali senza alette può venire annullato nelle ali con pseudowinglets in rollata. Anzi addirittura si può talora manifestare una “proverse yaw” facilitante la virata, da richiedere torsioni pre volo di entità contrarie ai convenzionali.

Quindi per solo rollare nei tuttalini con pseudowinglets occorrerebbe piuttosto adottare per le semiali torsioni esterna più positiva e interna meno negativa del modulo esterno, purché senza stallare le semiali.

Torcendo la semiala interna più in negativo, il tuttalino, oltre che rollare, gira in discesa verso l’interno della curva. Ciò ricorda l’uso alettoni a “split”, o anche l’uso di quella specie di freni aerodinamici o deflettori diruttori (“spoilers”) che in alcuni tuttala per virare vengono chiamati “rudders”. Torcendo solo la semiala esterna ancora più positiva invece potrebbe esserci imbardata inversa anche nei tuttalini…

Al contrario, per raddrizzare una curva occorre invertire le torsioni semiali, cioè fare esterna in negativo e semiala interna con torsione positiva, situazione che potrebbe ben valere per far planare diritto un tuttalino in precedenza virato.

Ho usato i condizionali perché l’entità dell’eventuale imbardata dovuta al rollio imposto dalla torsione di pre volo è assai aleatoria nel cartoncino, anzi è praticamente impossibile effettuare a mano torsioni differenziali delle semiali con entità esatta, anche in funzione della variabilità modulare delle imbardate “adverse yaw or proverse yaw”. Inoltre avvengono in contemporanea delle variazioni longitudinali in cabrata o picchiata, a seconda delle torsioni effettuate in più o in meno sulla semiala interna od esterna.

 

Virata coordinata. Nei tuttalini di cartoncino senza elevons ovviamente non è possibile effettuare virate coordinate per l’impossibilità di cabrare in rollio, a meno che il tuttalino non venga reso deliberatamente cabrato prima del lancio e lanciato a forte velocità.

Normalmente, con giusta clip, s’intendano le virate in planata quasi tutte a spirali decrescenti, cioè in riduzione dei raggi delle spirali, senza arrivare a virate a coltello, con spirali quasi sempre in leggere scivolate d’ala (definizione v. Cap. 11), comunque sempre in discesa, nel volo libero, tranne che in caso di termica ascendente.

In casi particolarmente fortunati di forti “proverse yaw” (come nei modelli Giano), le spirali possono essere anche leggeremente divergenti, con leggere derapate verso l’esterno delle spirali, il tutto però condizionato dalla flessibilità delle ali. Oltre certi angoli di bank la spirale può quasi stabilizzarsi nel raggio raggiunto… Vedere la pagina ECOGIANO al suo Cap. 13 (Overbanking).

 

7. Refilamenti per la stabilità direzionale dei tipi A

3 soluzioni possibili, brutalmente facili, ma difficilmente gestibili e pertanto praticamente sconsigliabili per correggere virate indesiderate, per le quali si produrrebbe pure un effetto longitudinale, similmente alle torsioni semiala, ma un errore di taglio è irrecuperabile:

·         Tagliare solo l’estremità della tip di una singola semiala, per virare picchiando dalla parte opposta.

·         Tagliare solo la parte anteriore di un'aletta, quella più lunga della posteriore? Dovrebbe picchiare meno del caso precedente, molto meno del caso seguente e insieme girare rollando dalla parte dell’aletta opposta.

·         Tagliare solo la parte posteriore di un aletta, quella più corta dell’anteriore? Dovrebbe picchiare maggiormente dei casi precedenti e insieme girare rollando dalla parte dell’aletta opposta.

In questi 3 casi, a parità di superficie refilata nella singola aletta, secondo la posizione del taglio, il tuttalino, soprattutto nel primo caso maggiormente, dovrebbe girare dalla parte dell’aletta opposta a quella tagliata, tramite la maggior resistenza della tips opposta, procurando così un’imbardata. Ad ogni imbardata va associato però un rollio inverso ed in questi tuttalini l’associazione è imprevedibile.

 

Tuttavia se si effettuasse un taglio simmetrico solo alle estremità di entrambe le tips, riducendo così soltanto la superficie di entrambe le alette, oltre che variare l’assetto longitudinale come già descritto prima, si potrebbe forse guadagnare qualcosa in termini di contrasto del dutch-roll.

 

8. Dutch-roll.

Nei tuttalini di cartoncino è facile incorrere nel dutch-roll (v. Cap. 17 di ECOGIANO), soprattutto quando il diedro trasversale aumenta in volo per flessione delle semiali, in un cartoncino non abbastanza rigido.

Per diminuire il dutch-roll portare il diedro trasversale quasi a zero, ma non sempre basta, perché un’imbardata inversa causata dal rollio potrebbe essere in agguato, pur essendo minimizzata dall’ala di gabbiano, che a parer mio consente una distribuzione della portanza a campana, quindi un’imbardata inversa minima, anzi spesso una “proverse yaw”, cioè un’imbardata favorevole alla virata…

 

Purtroppo contro il dutch-roll con i ritagli ala si ottiene poco.

Il dutch-roll potrebbe originarsi principalmente con un rapporto errato tra le superfici della semiala fissa e dell’aletta, nonché dall’inclinazione dell’aletta in anedro, cioè in diedro contrario. Essendo l’aletta deportante, es. dalla parte in diminuzione in rollio, è evidente che il rollio verrebbe contrastato anche dall’aletta, oltre che ovviamente dal diedro trasversale in maggior portanza della semiala fissa, rollante dalla stessa parte. Tuttavia un eccessivo contrasto del rollio senza derive provocherebbe il dutch-roll (a meno che la tip della semiala abbassata non vada in stallo di estremità, per eccesso di freccia etc…?...).

Dunque per diminuire il dutch-roll occorre diminuire anche l’anedro delle alette.

 

Avevo inizialmente supposto che stessimo giocando con un Giano avente un perfetto rapporto tra le superfici della semiala fissa e dell’aletta, ma di solito non è così.

Qual è il giusto rapporto? Non so rispondere con certezza.

Però con la forbice si potrebbe diminuire la superficie delle alette, cioè refilando le tips leggermente, se queste fossero giudicate troppo grandi!

In effetti apparentemente c’è meno dutch-roll nei tuttalini con alette più piccole, ma non sempre con alette meno inclinate…

Del resto anche ai fini della portanza con massima efficienza aerodinamica sarebbe meglio che lo svergolamento reflex sia il minore possibile, ma le alette non devono mai essere troppo piccole!

Questo problema è già stato affrontato nell’articolo ECOGIANO, dal Capitolo 15, Supremazia, etc.

fino al sempre colà Cap. 22, Geometria delle alette.

 

9. Derive.

A volte può essere utile per andare diritto senza dutch-roll la presenza di 2 vere derive alle tips, derive in parte realizzabili portando le alette quasi verticali sotto l’ala, purché la convergenza delle 2 pseudowinglets non sia eccessiva (altrimenti si genera troppa resistenza).

Questo fatto sembra contraddire l’idea di diminuire l’efficacia delle alette in configurazione A.

In verità la verità sta sempre in mezzo a sé stessa.

Nel caso venisse l’idea di portare le derive di estremità sopra l’ala, ho sperimentato che le derive di estremità convergenti sono invece meglio sempre piegate sotto l’ala di tutti questi tuttalini.

 

10. Passaggio configurazioni.

Nei tipi A non disposti in configurazione MAX , cioè fino a configurazioni intermedie tra 0° e circa 30 ° di inclinazione di piega verso il basso delle tips, quindi deportanti (oltre 30° prevale invece la resistenza, come in configurazione MAX), partendo dalla tipica configurazione A modificata per virare, si possono realizzare delle buone virate stabilizzate, arrivando fino a virate a coltello, ma ovviamente nei tuttalini non si potrà mai realizzare una virata coordinata in piano, senza contemporaneamente scendere di quota, in quanto nei tuttalini  le parti mobili non sono azionabili in volo (e mancano gli elevons).

Soltanto in presenza di termiche il tuttalino potrà salire di quota spiralando.

Nei tipi MAX a derivette inferiori convergenti la forte resistenza delle derivette, piegate in giù da oltre 45° fino alla verticale, unita alla flessibilità delle semiali, e con flessibilità a torsione facilitata dall’elevata freccia positiva, crea un autoreflex indispensabile alla stabilità longitudinale, torcendo automaticamente le semiali con svergolamenti negativi, cioè con semiali alle tips inclinate davanti in basso, rispetto alle parti centrali dell’ala, in modo simmetrico nella planata diritta. Invece in virata con derive asimmetriche ovviamente anche il reflex muta in vari modi…

 

Ogni tuttalino plana meglio nella configurazione più congeniale alla sua struttura alare.

Nel passaggio da una configurazione A ben centrata, leggermente picchiante, o con fugoide lungo in prossimità del terreno per aumentata portanza dovuta anche all’effetto suolo, verso una configurazione MIX-MAX dello stesso tuttalino in genere si può notare una leggera tendenza al beccheggio, che inizia con una picchiata e continua con una cabrata a fugoide corto.

Tuttavia ciò non vale per tutti i tuttalini, ma principalmente per quelli a medio-bassi allungamenti e moderate convergenze delle pseudowinglets verso il muso, come l’immagine di Giano, che in vero è ad allungamento (circa 7) e rastremazione delle semiali su valori medio-alti.

Per modelli con allungamenti molto alti (> 9) e con cartoncino leggero a forte convergenza, passando dalla configurazione A alla MAX, il modello in genere picchia eccessivamente.

Nei tipi A con clip esatta si possono talora osservare tutte le casistiche di modifica della stabilità, esempio longitudinale, casistiche qui elencate modificando l’inclinazione delle alette verso il basso:

0° = picchiata, 15°/25° = planata centrata, > 30° = cabrata, circa 45° = MIX ambiguo, 60° = picchiata, 90° = talora picchiato in affondata…

 

Piegando le 2 alette sotto le semiali oltre 90° esse divengono portanti, similmente al caso che le 2 alette anteriori fossero piegate sopra le semiali. Nei casi di tips portanti ogni stabilità longitudinale però va a farsi friggere.

 

Le configurazioni MAX in genere sembrano risentire meno del dutch-roll, ma possono essere instabili longitudinalmente, se manca o è eccessiva la pianta a freccia…

 

11. Ala a freccia positiva.

La stabilità direzionale dei tuttala è molto facilitata dall’ala a freccia positiva, come correttore automatico d’imbardata. Talora è possibile modificare l’angolo di freccia dei tuttalini, refilando la pianta delle semiali, sebbene ciò si traduca in una diminuzione delle superfici. Naturalmente:         

·         aumentando la freccia il tuttalino dovrebbe andare più diritto

·         diminuendo la freccia il tuttalino dovrebbe essere meno stabile all'imbardata.

Inoltre la freccia positiva dovrebbe essere anche stabilizzante al rollio, sia in scivolata che in derapata, anche in assenza di diedro trasversale, per effetto di un “diedro intrinseco”...

Ricordo che per scivolata d’ala intendo verso l’interno della curva, mentre se lo slittamento avvenisse verso l’esterno è giusto il termine derapata.

12. Come volare a piacere.

Riepilogando, dopo aver tentato tutti i ritagli possibili, si può operare in pre volo su:

 

o   Inclinazioni alette.

La direzione può dipendere dalla posizione simmetrica o asimmetrica delle alette terminali, che possono determinare eventuali virate, con rollate, dalla parte dell’aletta più abbassata:

·         inclinando entrambe le alette simmetricamente in basso il tuttala dovrebbe andare diritto, più lento, ma anche potrebbe cabrare, come già visto a proposito della voce Clip, tra 0° e 30° in giù, oppure da 30° a 0° di inclinazioni potrebbe picchiare, più veloce.

In configurazione MAX, in aumento dell’inclinazione oltre 45° in giù, il tuttalino dovrebbe ancora cabrare, però in casi di eccessiva flessibilità del cartoncino non escluderei la possibilità di picchiare per reflex in stallo. In tutti i casi considerare la possibilità del dutch-roll, come al Cap. 8.

·         inclinando le alette asimmetricamente in basso il tuttala dovrebbe virare rollando secondo le diverse inclinazioni delle alette, precisamente il tuttala dovrebbe essere più soggetto all'imbardata e al rollio, perché in configurazione A le alette sono deportanti, pertanto:

o   inclinando solo un aletta più in basso il tuttala dovrebbe girare dalla parte più abbassata

o   inclinando solo un aletta in alto (massimo fino all’orizzontale, ma non sopra l'ala) il tuttala dovrebbe girare dalla parte opposta all'aletta più alzata.

o   Continuando l’innalzamento di un aletta terminale sopra la semiala, la tip diviene più portante della propria semiala, decade la stabilità con un rollio forse di capovolgimento, secondo il diedro trasversale o le flessioni dell’ala.

 

o   Torsione semiala.

Piuttosto che inclinare le alette, mi sembra più semplice torcere soltanto una semiala, ed intervenire poi sulle alette solo eventualmente in aggiunta al torcimento. In effetti il torcimento manuale di una sola semiala, senza toccare le alette, è semplice e più efficace, qualora effettuato con moderazione e con un po’ di fortuna, ma non privo di scervellamenti teorici, qualora si volesse proprio capire perché facilmente funziona in pratica.

 

13. Analisi teorica delle torsioni interne od esterne alla virata.

Notare che nei tuttalini tipo A una modifica di un’aletta o di una semiala influisce sempre sia direzionalmente che longitudinalmente.

Conviene torcere la semiala interna o esterna?

Mentre in base a ciò che si vuole ottenere per la direzione la risposta qualitativa è in apparenza indifferente (v. capitolo 6, Torsioni), a parte il senso di torsione diverso, quantitativamente il valore della torsione deve cambiare, per ottenere lo stesso effetto di curva, o raddrizzamento della curva, e velocità del tuttalino.

Un conto è aumentare la portanza di una semiala (a rollare verso l’opposta), insieme diminuire la resistenza della sua aletta (a imbardare la semiala in avanti), diminuendone la deportanza (a picchiare alzando la coda della semiala), ed un conto quantitativamente diverso è diminuire la portanza dell’altra semiala (a rollare dalla stessa parte), insieme aumentare la resistenza della sua aletta (a imbardare indietro dalla stessa parte della semiala), aumentandone la deportanza (a cabrare abbassando la coda della semiala), rispetto ad una curva da fare, con risultati quantitativamente diversi secondo che si agisca sulla tip interna o esterna alla curva con la stessa entità di torsione.

Nel conteggio occorre considerare, oltre alle portanze a rollare e beccheggiare, anche il ruolo delle resistenze ad imbardare attorno all’asse verticale passante per il baricentro, semprecché l’aletta interna alla virata non vada in stallo per eccesso di inclinazione o la parte centrale della semiala interna alla curva perda portanza per diminuzione di velocità, col pericolo di avvitamenti.

 

La vite aeronautica è originata da uno stallo asimmetrico, in cui una semiala fornisce una portanza minore dell'altra, fino allo stallo. Nei tuttalini senza derive sembra impossibile che avvengano imbardate da creare portanze asimmetriche per semiali ruotate avanti indietro e conseguenti rollii indotti dalle imbardate. Ma possono avvenire rollii con imbardate e virate, sempre con perdite di quota.

Occorrerebbe anche non trascurare possibili flessioni del cartoncino durante il rollio, con aumento imprevedibile del diedro trasversale.

Di fatto l’entrata in vite è quasi impossibile nei tuttalini tipo A con pseudowinglets in configurazione MIX, cioè con alette piegate sotto l’ala, impossibile non perché manca un vero direzionale, a parte le 2 tips quando in uso derive, bensì per i motivi che seguono.

Quando il tuttalino, con semiala esterna ritorta più portante, rolla, perde quota e vira, l’aletta esterna divenuta meno deportante farebbe picchiare il tuttalino. Contemporaneamente sulla semiale interna meno portante l’aletta interna divenuta più deportante farebbe cabrare il tuttalino. Picchiata e cabrata causate dalle alette di solito non si annullano perché esiste differenza tra i moduli delle forze sulle alette. Il tuttalino perde automaticamente quota e velocità in assetto o picchiato o cabrato, oltre che rollato con imbardata in funzione della posizione delle alette, in assenza di correzioni di torsione semiali.

Per mantenere una virata la velocità rispetto alla planata dritta dovrebbe aumentare, in quanto più il raggio virata è stretto tanto più occorrerebbe velocità, che invece diminuisce senza motore.

Per una virata coordinata occorrerebbe cabrare e aumentare velocità, ma nei tuttalini manca l’elevatore e la velocità è determinata solo dal peso. Tuttavia si può virare scoordinati, sempre in spirale in discesa, senza entrare in vite, spesso quasi planare dritto, cioè a grande raggio di virata.

La velocità della tip esterna in virata è maggiore di quella della tip interna.

Soltanto quando c’è l’imbardata inversa, cioè sempre solo nei modelli convenzionali, l’angolo di incidenza dell’ala rispetto alla traiettoria in discesa è minore alla tip esterna e maggiore alla tip interna avanzata.

Difficile rendersi conto della geometria di tale importante considerazione sulle incidenze, perché la differenza di solito non è elevata; immaginare che le 2 tips in virata puntino allo stesso punto di atterraggio della tangente alla traiettoria del baricentro, con la semiala interna avanzata per effetto dell’imbardata inversa. L’incidenza è l’angolo tra la retta puntata ed il piano alare, angolo che, per la semiala spostata avanti, aumenta. Inoltre, quando c’è un diedro, aumenta pure il flusso sulla semiala interna.

Dunque la tip interna più lenta, nei modelli convenzionali a distribuzione ellittica della portanza, lavora pure a incidenza più alta, quindi in condizioni più prossime allo stallo, perché in rollio nasce l’imbardata inversa e questa, in perdita di quota, può portare allo stallo della semiala inferiore avanzata, alla quale con eccesso di incidenza e con velocità scarsa potrebbe seguire la vite.

Nella perdita di quota in assenza di cabrata viene effettuata pure una scivolata d’ala nei convenzionali, o talora meglio dire derapata nei tuttalini, vedere Cap. 11.

Notare che per uscire da una vite occorre picchiare per aumentare velocità per uscire dallo stallo e nei modelli convenzionali imbardare dalla parte opposta della semiala avanzata, o meglio stallata, occorre cioè soltanto imbardare verso l’esterno della rotazione, usando esclusivamente il direzionale della deriva, senza effettuare contro rollio con gli alettoni. 

Nei tuttala con distribuzione portanza a campana, per la “proverse yaw” in rollio la semiala interna invece arretra con minor incidenza, quindi minore probabilità di stallo e di eventuale successiva vite, pur sempre con la velocità della tip interna minore di quella della tip esterna.

Pertanto nei tuttalini può capitare di avere una spirale in picchiata, ma difficilmente una vite.

 

Nei tuttalini senza timone l’imbardata contraria ad una curva può essere eseguita o cambiando l’inclinazione alette, o torcendo le semiali in senso contrario alla virata precedente, come visto al Cap. 6.  

Per ottenere l’imbardata sarebbe meglio agire con le sole alette uso deriva, tuttavia, se si volesse agire con le torsioni delle semiali, e di conseguenza agire anche sulle alette, converrebbe agire in modo da avere un contro rollio a favore della massima imbardata “proverse” contraria alla virata precedente.

La semiala interna dovrebbe resistere meno della resistenza della semiala esterna, resistenza che dovrebbe aumentare, perciò il contro rollio dovrebbe essere ritorto differenziale…

Se si torcessero le semiali con lo stesso angolo l’effetto risulterà diverso in velocità e raggio in entrata della virata, oppure in uscita virata per il raddrizzamento a planata diritta, tuttavia nei tuttalini di cartoncino è in pratica quasi impossibile valutare l’entità delle differenziazioni di torsioni necessarie prima del lancio, mentre dopo un volo si può scegliere facilmente come operare qualitativamente su quale semiala.

Se c’è stata un’imbardata inversa l’angolo di torsione esterno andrebbe diminuito, mentre, se c’è stata una “proverse yaw”, l’angolo di torsione esterna andrebbe aumentato, ad esempio nel secondo caso per opporre una maggiorazione di resistenza necessaria per pareggiare la rotazione voluta della curva, ma troppo favorita dalla “proverse yaw”…

Inoltre per l’entità delle torsioni occorrerebbe anche valutare la concomitanza delle correzioni longitudinali da effettuare, esempio se si vuole raddrizzare centrata una traiettoria storta sia direzionalmente che picchiata o cabrata. Non è una valutazione facile.

Se occorre solo una correzione direzionale, si potrebbe creare successivamente uno squilibrio longitudinale nella traiettoria raddrizzata, da richiedere un’ulteriore correzione solo longitudinale, esempio agendo poi simmetricamente su entrambe le inclinazioni delle alette.

Un modo preventivo di correzione, ma ancor più difficile, potrebbe essere quello di prevenire il successivo intervento longitudinale simmetrico agendo dapprima adeguatamente solo sulla singola aletta della semiala alla quale si andrà a mutare le forze aerodinamiche tramite opportuna torsione della medesima semiala. Occorrerebbe contrastare la modifica di portanza della semiala fissa spostando in senso opposto l’inclinazione della sua aletta terminale deportante, se non ché i valori delle forze aerodinamiche in gioco sono troppo difficilmente valutabili ad intuito da poter essere modificati subito quantitativamente in modo facile, toccando il cartoncino. 

Il difficile gioco può divenire assai impreciso, da richiedere parecchie ripetizioni di correzione di lanci successivi, prima di volare bene a piacere sulla traiettoria desiderata.

Per ulteriori dettagli vedere il capitolo Possibilità di manovra degli A-RC ed eventualmente MIX-RC.

 

14. Confronti tra i metodi e conclusione.

Abbiamo visto 3 metodi di correzioni e modifiche, a parte l’applicazione iniziale della giusta clip:

Ritaglio bordi, inclinazioni alette, torsioni semiali.

Il ritaglio di refilamento dei bordi alari può dare risultati basici per le successive manovre.

La torsione di pochi gradi delle semiali in pre volo è generalmente più efficace dell’inclinazione, su o giù sempre sotto le semiali, delle pseudowinglets, ma non esagerare né in torsione né con l’inclinazione delle tips; queste perlopiù sono meglio messe in configurazione A (Cap. 2), con inclinazione circa 20°.

Oltre che torcere una sola semiala, si possono svergolare insieme contemporaneamente entrambe le semiali, ma il risultato potrebbe essere più rischioso nel volo successivo.

Si possono sommare diverse correzioni e modifiche assieme prima di ogni successivo volo, però consiglio di operare soltanto un’azione alla volta, per rendersi meglio edotti dei singoli risultati, prima di intraprendere ulteriori azioni di correzioni o modifiche.

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Release del presente articolo febbraio 2023 – matta.a@tiscali.it

Riguardo ai refilamenti del cartoncino ed inclinazioni alette vedere anche soprattutto Perfezionismi trasversali nella parte nona della Configurazione tuttala, articolo dal quale sono state estratte molte delle osservazioni del Breviario del tuttalinista, mentre per altri argomenti di aerodinamica e meccanica del volo a livello amatoriale vedere l’indice della Sezione aeromodellismo.

Buoni lanci

Flavio Mattavelli

(*) Post scriptum, per chi volesse volare subito facile, può stampare in cartoncino e seguire solo la prima pagina pdf del disegno da ritagliare per la costruzione di un tuttalino Tipo A, apertura alare circa 270 mm, ideale per lanci manuali a volo libero (senza fionda).

Quando si piegano assieme le semiali possono talora presentarsi le alternative A o B, in riferimento alla seconda pagina pdf di istruzioni per la costruzione del suddetto tuttalino, notando che ciò non succede con cartoncini a facce uguali. Soltanto qualora si utilizzino cartoncini monogoffrati, o in generale a diverse consistenze dei loro strati superficiali, osservare le diverse spanciature a seconda di come è stata scelta l’alternativa A o B prima di piegare il foglio di cartoncino, per poi effettuare il ritaglio delle semiali e le piegature delle 2 alette terminali.

Ho voluto sperimentare anche dei lanci con fionda di tuttalini di cartoncino, che a tale scopo possono essere modificati in vari modi, con svariati risultati di volo.

Per “Fiondare” rimando a questo collegamento, a tutti gli effetti tratterebbesi della 53° pagina Web, per la quale non poteva mancare in allegato pure un disegno pdf da stampare e ritagliare per la costruzione di un tuttalino tipo W, apertura alare circa 270 mm, adatto per fiondare quasi come una freccia balistica.