Flavio Mattavelli

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

 

Prologo.

 

Ammetto che quando sento dire aeromodello dinamico, in particolare adatto al volo librato, con assetto "seduto", o che la planata è "seduta", resto molto confuso.

Planata "seduta" sarebbe come dire traiettoria "cabrata in discesa" o "picchiata cabrata"?

Cambiando il carico alare il modello (non più lo stesso modello) può essere "seduto" per carico eccessivo o superfici insufficienti a generare un'adeguata portanza, alla velocità indotta solo dal peso durante il volo libero. Si tratta di una riduzione di efficienza apparente, ma che nella fase finale della planata sembra aumentare, a velocità variabile, tendendo ad un valore limite di stallo finale.

Intendo analizzare solo le traiettorie di volo poste in un piano verticale, ricollegabili alla stabilità longitudinale. Escluderò il volo a motore, tranne che nella fase di partenza del volo libero, che richiede solitamente un lancio opportuno, da una quota opportuna.

Sto parlando da aeromodellista autodidatta, quindi le accezioni, che indicherò in grassetto, possono essere grezze o recepite malamente da me (°).

 

Definizioni e considerazioni.

 

Librare (= volare liberamente) può essere inteso volare liberamente a spinta nulla, ambiguamente sia in discesa che in salita. Per lanciare intendo dare una spinta, secondo l'asse longitudinale dell'aeromodello, portato a coincidere in assetto con la direzione del lancio, ma si potrebbe partire anche da uno sgancio da fermo in affondata verticale, cioè una picchiata inizialmente secondo una traiettoria retta perfettamente verticale verso il basso, tenendo il modello di cartoncino sospeso per la coda (oppure rilasciandolo di piatto od in assetti diversi, ma quest'ultimo caso non è stato ben considerato). E' noto che i gravi in aria spontaneamente cadono con moto accelerato ma contrastato dalla resistenza dell'aria, raggiungendo una velocità limite nella caduta verticale. Un aeromodello fermo non sta su; per stare su occorre un moto che sviluppi le forze aerodinamiche, quindi occorre una certa velocità iniziale di lancio, tuttavia la velocità necessaria al sostentamento può essere raggiunta in affondata, solitamente prima del raggiungimento della velocità limite di caduta. Quando per attrito con l'aria finisce la spinta iniziale e/o l'assetto del modello si dispone secondo la sua configurazione spontanea, comincia il vero volo libero del modello non pilotato. Ad es. i modelli di cartoncino possono essere predeterminati (o "prepilotati"), ma ovviamente non possono essere pilotati in volo.

In ogni aerodina librata, se aggiungiamo opportune forze aerodinamiche per contrastare il peso e/o modificare l'assetto, con opportune posizioni dei centri di applicazione, possiamo ottenere una planata, con possibilità di volo diverse. La planata, caratteristica tipica del volo libero in discesa non verticale, per me è l'insieme degli assetti e delle traiettorie in discesa determinato solo dal peso e dalle forze aerodinamiche, senz'altro motore che il peso, in aria calma.

La planata può essere in alternative aggettivata come planata picchiata, oppure cabrata, talora "veleggiata" in salita (ma l'uso del termine planata in salita è un controsenso), oppure, se avviene in discesa rettilinea, planata centrata, o se in discesa tendente automaticamente alla risalita, planata "seduta",  o addirittura "sprofondata" senza risalita, sconfinando in quest'ultimo caso nel paracadutismo.

Per il significato dei termini utilizzati come aggettivi vedere avanti nei dettagli evidenziati in giallo.

Nel caso di un volo veleggiato occorre aggiungere, come apparente motore, anche la forza dell'aria in moto proprio, cioè l'azione del vento e/o delle termiche ascensionali.

Nel caso di alianti pilotati, cioè dotati di superfici di controllo comandabili in volo, l'assetto può essere intenzionalmente modificato lungo la traiettoria, modificando conseguentemente le condizioni di planata, mentre a comandi bloccati l'assetto e la conseguente traiettoria vengono determinati solo dalla preconfigurazione dell'aerodina al momento del lancio.

L'assetto (anche nel volo a motore) è la condizione di volo (angolo rispetto all'orizzontale, ma io l'intendo più immediatamente rispetto alla traiettoria di volo) che il modello assume nella traiettoria, per effetto della sistemazione dei pesi (e della trazione o propulsione nel volo a motore), nonché della eventuale variazione delle superfici aerodinamiche di progetto o di controllo e soprattutto dell'inclinazione delle medesime superfici rispetto al vento relativo al loro moto.

Importante notare che la direzione dell'asse longitudinale del modello in un certo assetto può essere in qualche caso diversa dalla direzione della traiettoria di planata. Ciò succede soprattutto per i modelli "seduti" (v. avanti nel dettaglio), con efficienza di volo "scarsa". Diciamo che il campo dei "seduti scarsi" potrebbe essere compreso tra efficienza 3 e 4, o anche più, secondo il concetto di "scarso". Nell'assetto "seduto" il modello si comporta in parte come un paracadute, tendendo però in maggioranza al comportamento di volo di sostentamento del parapendio, che infatti si comporta come un'ala o "vela", oggi sempre più portante e con minor resistenza aerodinamica del passato.

 

Tipo di aerodina Efficienza Normalmente se la planata ha un'efficienza aerodinamica (o rapporto di planata, tra spazio raggiunto in orizzontale ed altezza persa, in inglese "finesse"?) minore di 1 si parla di paracadutismo, cosa che al momento non m'interessa come tale.

Le vele dei parapendii erano inizialmente efficienza max. circa 5, ma oggi arrivano a circa 10. I deltaplani moderni volano tra 10 e 14, ma raramente forse arrivano a 30? Gli alianti sono oggi a ben oltre 30 (talora anche oltre 60, valori di efficienza teorici in aria calma, ma incomparabilmente da aumentare "apparentemente" in soaring = innalzamento = veleggiamento, v. avanti). Già la rondine pare che arrivi praticamente a 30 in volo "librato", da intendere "veleggiato". Credo che un grifone o un condor passino abbondantemente tale valore, ma soltanto in volo "veleggiato" di pendio, sviluppando un'efficienza apparente eccezionale, a relativamente bassa velocità. Per confronto, un aereo jet di linea a motori spenti in aria calma potrebbe teoricamente planare tra efficienza 10 e 15: dunque potrebbe "veleggiare"? a oltre 300 Km/ora si, ma ovviamente diminuendo la velocità senza ipersostentatori l'efficienza aerodinamica reale precipita a valori "scarsi" (ciò non significa che l'aereo precipiti, se il pilota è bravo e fortunato può atterrare).

Finora ho scritto genericamente velocità, che potrebbe essere scomposta in orizzontale e verticale. Se non preciserò, intendere la velocità tangente alla traiettoria. Intendere anche che il rapporto di planata equivale al rapporto tra la velocità orizzontale e la velocità di caduta verticale di un'aerodina, in aria calma. L'efficienza teorica non varia mutando il peso, mentre varia la velocità (es. uso zavorra negli alianti veloci)! Influenza diedro longitudinale?.....Quando la velocità è quella di massima efficienza permette di andare più lontano (record di distanza). Quando la vel. di caduta verticale (o rateo di discesa o vel. variometrica) è minima, più bassa del caso precedente, permette il record di durata (tempo di volo più lungo). Ovviamente la velocità può essere regolata solo negli alianti pilotabili, modificando le incidenze relative ala e timone. Nel caso di discesa a vel. minima, l'efficienza apparente sarà minore di quella teorica.

tuta alare <3
pappagallo parrocchetto 4
miei aeromodelli canard cartoncino >5
parapendio vintage <5
parapendio usuale/gara 8/11
rondine/rondone 11/>12?
aereo monomotore turismo 11/14
deltaplano moderno >>12
nibbio/aquila/grifone/condor 14?/15/16?/18?
Boeing 747 <19?
uccello albatros 24
aliante vintage 30
aliante moderno 40
aliante gara >60

 

Il concetto di efficienza è facilmente intuibile in senso spaziale = andare più lontano. Non è altrettanto facile pensare ad una durata di tempo di volo maggiore andando più piano, con un assetto quasi cabrato, per un tempo di volo maggiore, raggiungendo un punto di atterraggio a distanza minore di quella di massima efficienza aerodinamica spaziale. E' come se esistesse un'efficienza temporale maggiore, inversa di quella spaziale,  che invece è l'unica efficienza definita come tale.

Secondo gli assetti, si può cambiare la direzione e la velocità lungo la traiettoria. Esempio, quando l'incidenza del modello rispetto al vento relativo aumenta (= assetto cabrato), il modello sale e la velocità diminuisce. Se l'incidenza aumenta troppo e la velocità diminuisce troppo si raggiunge la velocità di stallo, dopo di che la velocità aumenta (poco), ma verso il basso, con cambio dell'assetto del modello. In generale durante la cabrata di un modello non centrato l'assetto può essere più inclinato in alto della direzione della traiettoria, mentre durante la picchiata di un modello non centrato l'assetto può essere più inclinato in basso della direzione della traiettoria. Nel caso di un modello centrato l'assetto coincide con la traiettoria. Si individuano pertanto 4 tipi di velocità interessanti, di valore numerico crescente: di stallo (solitamente vel. bassa, ma non zero), variometrica minima, di massima efficienza, di "sprofondamento" (questa vel. quasi in affondata verticale, ma con assetto iniziale a paracadute). Su queste entità debbo però ancora chiarirmi le idee, perché non ho studiato abbastanza aerodinamica.

 

In particolare per "sprofondata" intendo una "seduta" senza risalita sopra l'orizzontale, quindi assolutamente senza stallo finale. Può essere un'apparente situazione comune quando si lancia un modello "seduto corto" da una quota troppo bassa e/o troppo lentamente, ma la vera sprofondata per me è diversa dalla planata seduta. Un modello "sprofondato" per me è solo come un paracadute, non parapendio, che scende con assetto quasi piatto e che non si mette in una successiva planata seduta, come invece potrebbe fare un parapendio, o anche un mio modello di cartoncino.

 

In inglese (scritto talora più avanti tra parentesi) può esistere un'incerta difformità dai significati italiani. Es. "to soar" significa librarsi in aria per effetto del moto dell'aria stessa, indipendentemente che si stia planando in discesa o veleggiando in salita, indicando propriamente l'aumento in salita vertiginoso; "soaring" quindi può significare tutta la cabrata dall'inizio alla fine, ma anche può essere inteso come tutta la tecnica di veleggiamento, compresa la discesa utile per la successiva "veleggiata"; "glide" significa planata, ma forse sia in discesa che in salita, nel volo libero veleggiato; "pitch" significa beccheggio e inclinazione, cioè può significare sia picchiata che impennata o cabrata.

Una planata tesa e diritta "come una funivia" è  per me una planata centrata e giusta; tutte le altre traiettorie di volo possono essere ritenute erronee per la stabilità in aria calma, quando indesiderate dall'aeromodellista, soprattutto la cabrata che può portare allo stallo, pericoloso perché richiede sempre quota per la rimessa in assetto decente.

 

Esistono sostanzialmente 3 tipi di sbagli di assetti.

Il primo sbaglio è la picchiata (dive = tuffo) spontanea del modello, che non ha bisogno di presentazioni nel caso s'intenda una forma di traiettoria concava verso il basso, magari a velocità crescente, ma anche a velocità costante? Anche una traiettoria retta inclinata in basso può essere intesa come picchiata, ma in tal caso ritengo sbagliato l'intendimento, indipendentemente dalle vel. di discesa attuate. Una traiettoria retta inclinata in basso per me non è una picchiata, ma è una planata centrata.

 

Occorre distinguere se un'eventuale affondata viene effettuata nel modo proposto per i miei aeromodelli di cartoncino, predisposti preventivamente al volo non pilotato, oppure viene effettuata da alianti pilotati in volo, come alcuni aeromodelli radiocomandati da volo senza motore, con prestazioni acrobatiche, soprattutto in pendio.

Il pilotaggio consente infatti di evitare la ripresa spontanea dall'affondata e di raggiungere una velocità di rimessa intenzionale elevatissima, anche sull'ordine di 250 Km/ora. Mi trovavo al Pordoi, rifugio Fredarola, una cinquantina di metri più in alto di alcuni aeromodellisti che sfruttavano arditamente il vento del pendio (arditamente perché sbagliare poteva significare perdere il modello irrecuperabile nel precipizio). I veleggiatori acrobatici volavano guadagnando molta quota a tempo indeterminato, quello consentito dalle batterie, eseguendo le più svariate manovre, tutte da ottimi piloti. Infine ho visto ( o meglio ho sentito, perché picchiava alle mie spalle, penso avendo iniziato forse da 150 m sopra, e mi è passato vicino con un fruscio-ronzio tra quello di un calabrone e lo stormir-sibilo di un ventilatore vintage) un modello effettuare un'affondata micidiale, si è rimesso a una trentina di metri sotto di me, presumibilmente con un raggio diciamo 15 m a 180°, indi l'ho visto iniziare una salita a campanile (solo con qualche rollio alternato sulla direzione perfettamente verticale) per una quarantina di metri e più, fino all'arresto in volo per sfinimento dell'inerzia, spinto solo dall'inerzia, quasi sulla verticale del pilota. Non approfondisco l'incoscienza di quell'aeromodellista, che avrebbe potuto centrarmi forse a 200 Km/ora, ma la prestazione è stata stupefacente, quasi da sogno. Riguardo alla direzione dell'affondata probabilmente non era esattamente verticale, ma inclinata, se non a favore, di traverso alla direzione del vento ascendente dalla valle e già discendente oltre il pendio opposto della sella dove si trovava il pilota. La picchiata è stata effettuata sapientemente secondo i profili del modello, in modo da minimizzare la resistenza aerodinamica complessiva e guadagnare velocità, credo non in scivolata d'ala, che mi dispiace di non aver visto. Un plauso comunque alla robustezza strutturale del modello, che non ha fatto una piega dopo la spettacolare rimessa ed in cima alla scampanata ha ripreso a volare come se nulla fosse.

Tuttavia non meravigliatevi sulla velocità degli alianti in picchiata: il Blohm und Voss BV 40 tedesco picchiava a 900 Km/ora.

 

Impennata.

Il termine ascesa o "ascensione" in senso perfettamente verticale è raramente usato per gli aeromodelli, mentre è usato soprattutto per gli aerostati. Riservando il termine "volo verticale" al volo degli elicotteri, con assetto ortogonale alla traiettoria, nel caso degli aeromodelli a volo libero s'intenda che l'assetto di lancio coincida con la traiettoria iniziale, anche nel caso si pensi di fare un lancio verticale.

Se la direzione è perfettamente verticale verso l'alto si potrebbe dire impennata a campanile, salita a candela, salita a razzo con lancio verticale, scampanata ascendente (se al termine della salita segue una picchiata), ma non ho trovato termini univoci che mi soddisfino.

In particolare per impennata (rearing) solitamente s'intende in italiano il primo scatto della cabrata quasi mai verticale, e nemmeno la successiva cabrata vera e propria, che può essere continua, uniforme, accelerata, decelerata, costante, retta o curva, etc., tuttavia in gergo comune impennata e cabrata possono essere usati come sinonimi, anche se sinonimi non mi appaiono sempre (v. avanti cosa intendo specificatamente per cabrata).

 

Per il contrario della planata centrata, in salita si potrebbe usare il termine cabrata costante, ma il termine che ritengo più adatto nel volo libero è salita "veleggiata" costante, un po' come i velisti chiamano distintamente "di bolina" costante l'andatura di traverso costante controvento.

Talora s'intende per libratore (volplane?) un aliante (glider) adatto solo alla discesa, mentre s'intende per veleggiatore (sailplane) un aliante adatto anche alle salite libere, senza motore, in "soaring" od in corrente termica ascensionale.

Un altro vocabolo per librare in salita (o meglio levitare?), è "hover", e quindi "hovering" è lo stare su, però solitamente è riferito a mezzi aerei fermi in aria, a volo stazionario in punto fisso, mezzi che a rigore nemmeno salgono, né ovviamente scendono. Qualche aeromodello a motore riesce a stare in "hovering", ma non è certamente il caso dei miei canard di cartoncino, mentre è il caso della poiana in volo di "Spirito santo".

 

Una cabrata (pull-up, climb) è per me un volo curvo concavo verso l'alto, volo che non possa definirsi propriamente "seduto", ed il comportamento di un modello spontaneamente cabrato è il secondo sbaglio per ogni aeromodellista che voglia il proprio modello di volo libero con la giusta stabilità, cioè centrato in aria calma, tranne ovviamente una centratura per altre condizioni di volo (termica, pendio, acrobatico etc.).

 

Il termine cabrata si presta ad ambiguità. Mentre rigorosamente è la salita e/o la traiettoria di salita singola, fino allo stallo (v. avanti), quando si dice assetto e/o modello cabrato e/o anche talora "il modello ha una traiettoria cabrata" spesso si intende grossolanamente dire esattamente che "il modello beccheggia in successive ondulazioni (spontanee) di cabrate ascendenti e picchiate discendenti, dopo il cosiddetto stallo, che però sempre stallo completo non è, e dopo successive sprofondate, che però sprofondate totali non sono". Questo comportamento spontaneamente "cabrato ondulatorio" è indice di un tipo di carenza di stabilità longitudinale, oltre all'instabilità con picchiata spontanea continua già analizzata. Parliamo dunque solo di instabilità di "cabrata alternata".

Esistono in sostanza 2 tipi di instabilità di beccheggio alternato: una di corto periodo e grande ampiezza iniziale ed una di lungo periodo (inteso come distanza tra cresta e cresta di 2 successivi stalli). Nell'instabilità di lungo periodo si manifestano ampiezze minori (relativamente piccole rispetto all'impennata iniziale, comunque osservabili in volo scampanato) delle ondulazioni ripetute, in successione variabili nello spazio, con periodi variabili nel tempo. Per lo più solo l'instabilità di lungo periodo viene detta fugoide (longitudinale), e traiettoria fugoide e moto fugoide quelli che la descrivono. Credo che nel moto fugoide l'assetto del modello segua la tangente della traiettoria, mentre nell'instabilità iniziale di un modello "cabrato" l'assetto sia molto più inclinato in alto, tuttavia i miei rudimenti di aerodinamica sono scarsi.

Se il modello è stabile, la casuale impennata iniziale e la prima picchiata si smorzano subito nelle successive cabrate e picchiate, mentre i successivi stalli e sprofondamenti si avvicinano subito alla retta di planata centrata, dopo un minimo numero di evidenti scampanate non spontanee. Invece il moto fugoide di lungo periodo può essere solo alla lunga smorzato nel tempo, ma potrebbe anche permanere per tutta la planata, per effetto della configurazione del modello, allorquando non propriamente stabile, ma nemmeno tanto instabile, da far sembrare il fugoide di lungo periodo come una pseudostabilità ibridata con una pseudoinstabilità. Di fatto pare che l'instabilità di lungo periodo non sia pericolosa nei velivoli pilotabili, ma non perciò debba essere trascurata. Se il fugoide non viene controllato dal pilota o dal computer, tramite equilibratore, a comandi bloccati può trasformarsi in stallo per un colpo di vento, come potrebbe succedere nei miei modelli di cartoncino.

Invece se il modello è molto instabile, già dopo il primo stallo la picchiata può essere deleteria, nel senso che il modello può precipitare subito poco oltre il punto di lancio iniziale.

Se si considera il volo nel suo complesso, dal lancio all'"atterraggio", trascurando le cabrate e le picchiate delle singole ondulazioni, si può assimilare la traiettoria "grossolanamente mediamente cabrata o intesa come fugoide" ad una traiettoria picchiata, fortissima e cortissima oppure blandissima e lunghissima che appaia, impiegando impropriamente ed ambiguamente il termine picchiata, solo per scopo descrittivo di immediata comprensione. Spero di non avervi confuso le idee, con le mie poche e ben confuse.

 

Per inciso in salita esisterebbe anche la traiettoria balistica a parabola di un modello da lancio, dove il volo libero inizia quando finisce la spinta di sollevamento (lifting) del tiro manuale o altro (catapulta o razzi). Siccome il modello non è un proiettile privo di ali, le forze aerodinamiche influenzano la traiettoria già subito dopo il lancio iniziale.

Prima che inizi il volo libero, passando dalla retta di sparo del "proiettile" al punto culminante della parabola del grave (posto che si tratti di una parabola, ma potrebbe essere qualsiasi curva), la traiettoria in "lifting" potrebbe avere un limbo di definizioni (es. si potrebbe dire picchiata in salita? ma spesso è un'impennata dalle conseguenze imprevedibili), definizioni che ignorerò, tranne che per il lancio di aeroplanini a dardo di carta o comunque di aeromodelli catapultati, che possano almeno parzialmente essere assimilati a proiettili, per le loro condizioni di lancio.

Sono comunque assai dubbi i risultati di lanci verticali o subverticali di aeromodelli centrati normalmente, al di sopra di 45° rispetto all'orizzontale, fermo restando il fatto che oltre circa 45° di inclinazione del tiro la gittata di un proiettile non aumenta più.

Con inclinazioni di lancio fino a 45° il modello normale può guadagnare quota e gittata, ma spesso con assetto molto cabrato, anche verticale, e probabile conseguente stallo.

Lo stallo già può verificarsi con inclinazioni di lancio in alto di 10°, se la velocità iniziale è troppo elevata per un "glider".

Nell'eventuale tiro balistico inclinato in alto e con lancio ultraveloce un modello spontaneamente picchiato ritarderà l'inizio della picchiata al termine della spinta, magari più lontano dal punto di lancio standard a modesta velocità, ma poi picchierà inesorabilmente, perché non diventerà mai spontaneamente cabrato o "seduto".

Un aeromodello invece spontaneamente cabrato o "seduto", lanciato balisticamente in alto, ma anche a forte velocità in basso, si impennerà e probabilmente poi precipiterà a terra dopo il primo stallo, se non ha abbastanza spazio da riprendersi nella sprofondata successiva allo stallo, praticamente da fermo dopo la salita subverticale dovuta all'eccessiva velocità balistica.

 

Un terzo assetto importante, tuttavia spesso sconosciuto, purtroppo anche da me inizialmente ignorato, è l'assetto di un modello "seduto", il terzo sbaglio possibile, ai fini forse non della stabilità longitudinale, ma dell'ottenimento della miglior efficienza aerodinamica.

La "seduta" può avvenire subito dopo il lancio standard, o dopo un affondata o comunque al termine dell'effetto balistico, ed io intendo la "seduta" come sinonimo di "spanciata", cioè come una forma di traiettoria in discesa concava, con concavità in alto. Il modello allora vola con la coda in basso, cioè con assetto "cabrato". La "seduta" è dovuta a scarsa sostentazione, cioè a portanza globale troppo inferiore al peso del modello, con scarsa efficienza, quindi è una condizione diversa sia dalla picchiata che dalla cabrata vera e propria (quella con impennata iniziale).

Tuttavia dal mio punto di vista modello cabrato o seduto indicano la stessa traiettoria spanciata, solo che nel modello cabrato la spanciata avviene inizialmente sopra l'orizzontale, mentre nel modello seduto la spanciata avviene in maggioranza sotto l'orizzontale.

Quando il volo libero avviene in condizione ibrida, cioè la traiettoria inizia a puntare sotto l'orizzontale, ma poi risale sopra, cioè il modello vola a cavallo dell'orizzontale, per me è "seduto a cabrata lunga", comunque la traiettoria, concava verso l'alto, avviene globalmente in pendenza verso il basso rispetto all'orizzontale, fino ad un punto dove cambia direzione, diciamo punto di regresso, che può essere a cuspide o a flesso, punto che io chiamo di stallo, inteso come perdita di portanza conseguente a perdita di velocità.

Lo stallo, sia in cabrata con impennata iniziale, che dopo la fine della "seduta" (comunque dopo una cabrata terminale) potrebbe essere pericoloso per ogni volo. Si può trattare di uno stallo non pericoloso quando seguito subito da un'altra "cabrata o seduta" smorzata rispetto alla precedente. Cioè la scampanatura della traiettoria può essere anche minima, quasi impercettibile e con diversi successivi punti di stalli distanziati a passo lungo, determinando la cosiddetta traiettoria fugoide.

In tutti i casi la fine della traiettoria fugoide è più ravvicinata del punto più lontano di massima efficienza teorica della planata centrata, perché dopo ogni stallo la pendenza dell'oscillazione appare sempre più rivolta in basso, con perdita maggiore di energia, rispetto al caso della planata centrata; dipende sempre dalle impostazioni di centraggio e dalle incidenze del modello, o meglio stiamo parlando dello stesso modello ma diversamente centrato, con il comportamento di modelli diversi.

Nel caso di un modello molto picchiato il termine della picchiata è molto ravvicinato alla verticale del punto di partenza. Invece un modello poco picchiato potrebbe avere una traiettoria più lunga di quello seduto corto, e via dicendo, cioè le traiettorie sedute e picchiate possono gareggiare quanto a lunghezze della distanza percorsa, mentre un modello molto cabrato potrebbe precipitare già al primo stallo, ed uno poco cabrato volare a lungo, magari con diversi stalli successivi.

Io per "cabrata lunghissima" avevo pensato al percorso dal punto di lancio, in leggera pendenza verso il basso, fino al primo stallo, questo in prossimità del punto di atterraggio, lanciando manualmente il modello di cartoncino ad altezza d'uomo, con rallentamento in prossimità dello stallo, dopo il quale il modello solitamente picchia o meglio si siede quasi sempre e subito a terra, senza arrivare al secondo stallo, per mancanza di spazio in altezza, con seconda scampanata comunque di direzione più pendente verso terra, rispetto alla prima scampanata con ascendente lunghissima e maestosamente lenta alla fine. Infatti lanciando da circa 2 m di altezza la planata dei canard di cartoncino arriva al massimo a circa 12 m. In realtà potrebbe trattarsi più propriamente di una "seduta lunghissima", con spanciata molto lieve e di efficienza apparente accettabile, oserei dire buona per i miei canard di cartoncino, almeno per quelli riusciti bene.

 

Dopo il lancio, in volo libero, se il modello è picchiato o seduto la velocità aumenta e se il modello è cabrato la velocità diminuisce.

Se diminuisce fino ad arrestarsi (stallo), poi il modello ricade, in un assetto dipendente dalla natura costruttiva. Potrebbe anche ricadere piatto, come un paracadute, se il baricentro si trova sotto il fuoco aerodinamico del modello. Solitamente ricade o con il muso in giù (come se fosse picchiato, senza esserlo, essendo invece poco cabrato) o con la coda in giù (modello cabrato o seduto). Se è troppo cabrato o troppo seduto addirittura la coda può tornare indietro. Se invece era poco cabrato o poco seduto, dopo lo stallo può picchiare. Se picchia, aumentando la velocità, solitamente ricabra o si risiede, ristalla, e può rimettersi dopo a riscampanare fugoide.

Se il modello era naturalmente seduto, dapprima non stalla e scende a velocità relativamente bassa, diciamo frenata come da un paracadute, ma non costante come la vel. limite del paracadute, anzi, dopo l'inizio della seduta, aumentando un po' la velocità, può mettersi in volo livellato quasi orizzontale, poi può sembrare addirittura cabrato e comportarsi come tale in rallentamento ascendente, fino allo stallo.

In buona sostanza io penso che quando il modello è cabrato la portanza globale sembra superare il peso (il volo avviene in salita, ma poi decade allo stallo), quando il modello è picchiato il peso supera la portanza (il volo precipita senza fermarsi), quando il modello è seduto il peso sembra superare la portanza globale del modello (il volo scende ma non precipita, anzi si può arrestare in stallo). Osservo però che nella cabrata  la portanza globale non può mai superare il peso, alla velocità che determina la portanza, perché vale il postulato: nella planata libera in aria calma nessuna aerodina più pesante dell'aria può sviluppare una portanza globale superiore al proprio peso, ma la portanza può essere più bassa del peso, nel caso dei modelli "seduti", lanciati a velocità troppo bassa, o nel caso dei modelli picchiati, se costruiti con il baricentro troppo avanzato rispetto al fuoco aerodinamico del modello.

 

La differenza tra un modello seduto e picchiato è che il primo non aumenterà la propria velocità di discesa oltre una velocità limite bassa, con il modello in volo quasi orizzontale, mentre per il picchiato la vel. limite è notevolmente più alta ed accelerata dall'inizio alla fine della picchiata, potendo raggiungere una vel. limite della picchiata in affondata verticale, ma potendo talora il modello addirittura entrare in looping rovescio. Infatti un aeromodello non è un semplice grave che cade sempre sulla verticale. Un modello eccessivamente picchiato può addirittura rovesciarsi in volo, quasi rimettersi in volo rovescio, rallentare e precipitare capovolto, o contorto da moti trasversali e direzionali incontrollabili.

 

Importantissimo per il centraggio longitudinale generale di tutti gli aeromodelli.

Eventuali correzioni fondamentali, con particolare riferimento al centraggio dell'aeroplanino Paper.1.

 

Dopo i voli di collaudo dei modelli di cartoncino etc., da effettuarsi con lanci standard a modesta velocità ed in direzione suborizzontale leggermente verso il basso, occorre intervenire con la massima attenzione:

Nel caso di un Paper.1 spontaneamente picchiato, per correggerlo basta ritagliare parte del compensatore anteriore, ovviamente procedendo per gradi.

Nel caso di un Paper.1 spontaneamente cabrato, per correggerlo basta ritagliare parte del timone anteriore, ovviamente procedendo per gradi.

Il caso canard ha il vantaggio che la portanza è suddivisa tra ala e timone. Nel caso di un Paper.1 spontaneamente "seduto" le pratiche citate per il timone e/o compensatore anteriori potrebbero tuttavia non bastare. Allora occorre o rifare le incidenze o rifare il modello con superfici maggiorate. Non è facile aumentare la portanza globale senza coinvolgere tutta la progettazione e costruzione del modello, a parità di direzione e forza di lancio.

 

Tentativo di potenziamento della portanza in assenza di flap posteriori.

 

 

Per pigrizia non ho mai realizzato dei flap posteriori per canard di cartoncino, ma si potrebbe facilmente, riproducendo sul bordo d'uscita dell'ala le procedure che seguono, relative agli slat anteriori, che invece sono stati ampiamente provati, perché utilizzati anche in alcuni tuttala di carta e/o cartoncino.

Nell'intento di aumentare la portanza globale, ho realizzato due modelli canard entrambi di apertura alare circa 170 mm (con timoni piccoli perchè più lontani dall'ala, pure più piccola, quindi più allungata delle precedenti realizzazioni, tutti con incidenze standard), uno della tipologia Paper 2.1, cioè "standard canard" a solo 2 superfici (però a superfici ridotte rispetto al Paper 2.1 descritto in precedenza, a ds. nella foto), ed un'altro speciale, cioè munito di slat sul bordo d'entrata dell'ala (a sin. nella foto: non considerare le pieghe che compaiono raddrizzate alle estremità alari, perchè trattasi di un errore costruttivo corretto con faciloneria prima della foto).

I 2 canard sono per il resto identici, tranne che per la presenza degli slat sul bordo d'entrata alare, realizzati con un semplice taglio e piega verso il basso, a pari superficie alare complessiva.

Gli slat potrebbero essere usati anche a scopo direzionale, ma il mio grezzo intendimento è stato quello di valutare le variazioni di portanza globale ai fini della stabilità longitudinale.

A rigor di logica, in caso di aumento della portanza alare, avrebbe dovuto essere aumentata anche la portanza del timone anteriore, ma tutte le incidenze sono state lasciate immutate, tranne ovviamente gli slat nel modello speciale. Ciò non vuol dire che nel modello speciale il diedro longitudinale non sia cambiato.         

Gli slat sono stati equamente piegati sul bordo d'entrata dell'ala lasciando la piega minima possibile, nel grezzo tentativo di approssimare un profilo alare concavo convesso, però realizzato con 2 sup. piane successive. Ciò significa che il profilo complessivo dell'ala con slat è stato come calettato in basso rispetto al caso standard canard senza slat, quindi il timone del modello speciale lavora automaticamente ad un'incidenza maggiore rispetto al caso standard canard senza slat. Per me significa che c'è stato un aumento automatico del diedro longitudinale, maggiore nel modello con slat.

Osservo che, siccome gli slat hanno una forma triangolare, il discorso cambia alle estremità alari, dove il diedro longitudinale è immutato perchè lo slat è ridotto a zero sulla corda alare di estremità. Quindi esiste come uno svergolamento alare da valutare, essendo le estremità alari maggiormente inclinate che all'attacco fusoliera, con probabile aumento della resistenza indotta. Comunque la presenza delle 2 derive come 2 winglet piegate in basso mi pare offra un buon contributo al volo, anche se non riesco a valutarlo.

Sostanzialmente entrambi i modelli hanno avuto un comportamento in volo simile, con differenze infinitesimali.

Entrambi i modelli sono risultati di natura centrati a cabrata lunghissima, efficienza media circa oltre 5.

Modello con slat appare in partenza poco più leggermente cabrato, mostrando un'efficienza apparente complessiva minore, talora quasi picchiato nella fase finale del volo, dopo il primo cenno di stallo. Se la piega degli slat è modesta il modello è sempre pochissimo cabrato, se si aumenta la piega il risultato cambia poco, tuttavia oserei dire che peggiora la cabratura iniziale del modello. Cioè con forte piega degli slat, dopo il primo stallo, a vel. rallentata dalla cabrata, è difficile dire se il modello picchia o si comporta da seduto, comunque ha vita breve, accorciando l'efficienza complessiva del volo.

In dipendenza della piega degli slat, gli slat hanno effetto globale sul modello a picchiare quando l'ala è più portante, caso con piega minima, mentre hanno effetto globale a cabrare quando l'ala diviene meno portante, perché l'eccessiva piega degli slat genera un maggior incremento della resistenza aerodinamica.

Ad ogni piega degli slat corrisponde un diverso diedro longitudinale. Quando gli slat sono troppo piegati in basso il diedro longitudinale è eccessivo e il modello cabra di più all'inizio della planata, ma poi mi è apparso poco più stabile dopo il primo stallo. Modello con gli slat, stallando più rallentato, dopo lo stallo appare riprendersi più facilmente, senza le frequenti deviazioni latero-trasversali dell'altro modello standard canard, il quale, stallando a maggior velocità, compromette maggiormente la stabilità latero-trasversale.

In pratica però si tratta di inezie, con assetti globali ambigui e purtroppo non sempre ripetitivi.

L'assieme delle 2 portanze ala+timone non mi è apparso sempre globalmente maggiore del caso standard canard senza slat.

Dunque il modello con gli slat potrebbe essere leggermente meno seduto, comunque con una "cabrata lunghissima" sperimentalmente non risultata mai sensibilmente più lunga di quella dell'altro modello.

Inoltre nelle prove dell'affondata verticale a caduta libera da fermo, con modelli sganciati appesi per la coda, sia con che senza slat, il raggio di ripresa è stato circa 3-4 m, poi il comportamento in volo è generalmente come il precedente in planata.

 

Conclusione.

 

Praticamente non esiste differenza per i due modelli, anche lanciando fortemente verso l'alto: si guadagna poca quota prima dello stallo ed il volo libero dopo il tiro balistico veloce può peggiorare, rispetto a quello dopo un lancio standard a velocità modesta. E' inutile quindi lanciare veloce e verso l'alto.

Inoltre è superfluo mettere gli slat come proposti. Questi canard di cartoncino, anche con gli slat, potrebbero essere sempre un po' "seduti", ma le loro prestazioni di planata dipendono principalmente dall'allungamento e dal carico alare, con dipendenza dagli slat trascurabile. Se ben centrati, con adatto diedro longitudinale, le loro prestazioni non sono poi così male, anche senza slat.

Quindi, se volete soddisfazioni non maniacali, costruite solo un semplice modello standard canard senza slat, ottimizzatelo per lancio standard a modesta velocità (forzando poco con il braccio), con direzione poco suborizzontale, lanciate dalla posizione più elevata possibile, in aria quasi calma, possibilmente controvento. L'efficienza apparente può risultare molto di più delle aspettative, con un soffio d'aria a favore, generante una vera cabrata lunghissima, invece dell'usuale seduta lunghissima in aria calma.

 

(°) Alcuni argomenti trattati sono rimasti talora incompleti o con il punto di domanda. Se qualcuno ha le risposte e/o ha da correggere i miei errori, sia il benvenuto. Non occorre essere ingegneri. Uno scambio epistolare sarà per me proficuo e ringrazio anticipatamente.

Flavio Mattavelli

matta.a@tiscali.it - relaise settembre 2015


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Evoluzione dei canard di cartoncino. Modelli Paper.2

Differenze tra picchiata, cabrata e "seduta" in volo libero. Inizio di questa pagina.

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

Canard di carta. Studio di aeromodelli origami, tipi Cc1, Cc2, Cc3, Cc4.

Configurazione tuttala (monografia amatoriale in 7 parti):

  1. parte prima (freccia positiva di cartoncino fino ad allungamento 9)

  2. parte seconda (ali ad alto allungamento, cartoncino, foam, EPE e carta)

  3. parte terza (freccia inversa di cartoncino, Sogni in retromarcia)

  4. parte quarta (ali ad anello "prandtlplanes")

  5. parte quinta (miscellanea aerodinamica e centraggio, modelli H,I,J, post scriptum gennaio 2017)

  6. parte sesta (modelli tipo MAX di cartoncino, con 2 derivette convergenti sotto l'ala, novembre 2016)

  7. parte settima (ipotetici aeromodelli  a svergolamento anteriore regolabile, cioè modelli A-RC & MIX-RC? dicembre 2016)