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ⓘ Ipersostentatore



Ipersostentatore
                                     

ⓘ Ipersostentatore

L ipersostentatore è un organo mobile connesso alle ali e comune a molti aeroplani. In italiano viene spesso indicato con il termine anglosassone flap, se lelemento è posto sul bordo duscita, o slat se lipersostentatore è posto sul bordo dattacco. In alcuni aeroplani militari gli ipersostentatori sul bordo di attacco vengono indicati come leading edge flap.

Gli ipersostentatori vengono utilizzati soprattutto in decollo ed in atterraggio per aumentare la portanza dellala a basse velocità.

                                     

1. Principio di funzionamento

Lincremento di portanza è dato da due fattori: dalla maggior curvatura del profilo e, su alcuni tipi di ipersostentatori, dallaumento della corda sul profilo alare. Come effetto secondario si ha un incremento non trascurabile anche della resistenza aerodinamica.

Gli ipersostentatori di bordo dattacco funzionano anche come "soffiatori" per il flusso daria sul dorso del profilo alare, in alcuni casi aumentando la turbolenza dello strato limite, energizzandone il flusso e ritardando così il suo distacco dalla parte superiore dellala. Sono stati studiati in passato anche altri sistemi per il controllo dello strato limite quali laspirazione lungo il dorso dellala o il jet flap, ma a causa della loro complessità costruttiva e di manutenzione hanno trovato applicazione solo in prototipi o pochi altri velivoli militari.

Anziché portare lala ad angoli dattacco critici e rischiare quindi uno stallo imminente, grazie agli ipersostentatori, il profilo alare viene modificato aumentandone la curvatura e la sua superficie attraverso lestensione di flap e flap di bordo dattacco permettendo così al "flusso aerodinamico" di non separarsi dal bordo di estradosso parte superiore dellala dove si genera leffetto principale della portanza, ovvero il sostenimento dellaereo attraverso lo scorrimento dei filetti fluidi sulla superficie stessa; viene garantita così una superficie alare "portante" adeguata anche a basse velocità e ad alti valori di angolo di incidenza; condizioni queste che si verificano principalmente nelle fasi di decollo e atterraggio.

Negli aerei più piccoli e meno veloci gli ipersostentatori a volte non vengono utilizzati, poiché lala è già progettata per lavorare a bassa velocità, mentre in quelli leggermente più grandi vengono solo usati quelli di tipo flap, posizionati sul bordo duscita e che si inclinano verso il basso con angoli regolabili dal pilota.

Gli aerei di linea, che viaggiano per gran parte del loro tempo ad alta velocità hanno bisogno di sostanziali modifiche alla loro aerodinamica in fase di avvicinamento e atterraggio: così il pilota aziona sia flap che slat e può atterrare a velocità circa 120 nodi ragionevolmente lontane da quella di stallo.

In generale, i flap aperti parzialmente 10-20° generano un forte aumento di portanza ed un relativamente piccolo aumento di resistenza, mentre aperti completamente 30-45° comportano un forte aumento della resistenza. Per questo motivo la prima configurazione viene usata, praticamente sempre, per consentire il decollo da piste aventi una lunghezza ridotta, o per atterrare su piste notevolmente corte o caratterizzate da ostacoli ; da sottolineare, infine, che luso di un alto settaggio di flap viene fortemente consigliato dalle case costruttrici nel caso di un atterraggio su piste "contaminate". Queste direttive, riguardo luso dei flaps in atterraggio su piste "contaminate", hanno lo scopo di diminuire al massimo leventualità di un fenomeno chiamato "aquaplaning" assicurando, così, un buon coefficiente di attrito delle ruote sul manto della pista e rendendo più efficace lazione frenante, anche perché lavvicinamento con alti settaggi di flaps, es: 40° avviene a velocità più basse rispetto ad un settaggio più basso es: 25°.

Laumento di portanza va dal 30-40% dei modelli più semplici installati sugli aerei da turismo, al 100-150% per i modelli più complessi, installati sugli aerei di linea. Bisogna tenere presente che la velocità di stallo diminuisce in modo inversamente proporzionale alla radice quadrata del coefficiente di lift e direttamente proporzionale alla radice quadrata della portanza. In altre parole, occorre quadruplicare il coefficiente di lift per dimezzare la velocità di stallo. Però lo spazio di decollo e di atterraggio aumenta con il quadrato della velocità, quindi raddoppiando il coefficiente di lift, si dimezzano gli spazi di decollo e atterraggio.

                                     

2. Gli ipersostentatori negli alianti

Negli alianti sono impiegati flap con particolari funzioni e configurazioni. Possono infatti essere impostati, oltre che nelle classiche configurazioni per il volo lento dette configurazioni positive, anche in una configurazione negativa per il volo veloce. In pratica negli alianti, specialmente quelli moderni, è possibile non solo lescursione verso il basso, ma anche verso lalto; in tal modo si diminuisce la curvatura del profilo diminuendo la resistenza e rendendolo più adatto al volo veloce.

Negli alianti sono a volte adottati dei flap diruttori, con funzione di aerofreno.

La presenza o meno dei flap, è una delle caratteristiche utilizzate per identificare la classe di appartenenza del velivolo, dato che rappresenta un vantaggio, rispetto ai modelli che non li adottano, nelle competizioni di volo a vela.

                                     

3.1. Tipologie di ipersostentatori sul bordo duscita Ipersostentatore semplice o plain flap

Sono costituiti semplicemente da parti del bordo duscita incernierate allala con escursione massima compresa tra 40° e 50°. Laumento del coefficiente di portanza, al massimo del 50%, è dovuto esclusivamente alla variazione di curvatura del profilo, da notare che il profilo in questo frangente si è trasformato in un concavo convesso e quindi un profilo dal volo lento e della massima portanza che in questa situazione decollo o atterraggio è lideale, mentre in volo ritraendo il flap, torna ad essere un profilo ideale per il volo veloce.

                                     

3.2. Tipologie di ipersostentatori sul bordo duscita Ipersostentatore a fessura o slotted flap

Apparentemente uguali ai plain flap, hanno come caratteristica, quando estesi, di creare tra bordo duscita dellala e bordo dattacco dellipersostentatore una fessura di forma ben determinata, che consente un passaggio di flusso ventrale, dotato di maggior energia, sul dorso dellipersostentatore. Tale deviazione di flusso va ad incrementare lenergia dello strato limite sulla superficie dorsale dellipersostentatore, generando così un aumento del coefficiente di portanza pari al 70%. È comunque sempre presente il contributo allaumento di portanza dato dalla variazione della curvatura del profilo.

                                     

3.3. Tipologie di ipersostentatori sul bordo duscita Ipersostentatore di intradosso o a spacco o split flap

Sono costituiti da una superficie piana incernierata allala nella superficie ventrale e vengono deflessi con angolazioni simili a quelle dei plain flap. Laumento del coefficiente di portanza, circa del 60%, è ottenuto grazie allaumento della curvatura del profilo, ma è leggermente maggiore rispetto a quello dei plain flap a causa del fatto che la superficie alare dorsale non viene modificata. La sostanziale caratteristica degli split flap è quella di generare unelevata resistenza anche per piccoli angoli di estensione, perché provocano una separazione tra flusso dorsale e ventrale in prossimità del bordo duscita, creando così una scia turbolenta, detta anche treccia di berenice che va ad incrementare la resistenza di forma.

                                     

3.4. Tipologie di ipersostentatori sul bordo duscita Ipersostentatore a scorrimento o Fowler flap

Hanno caratteristiche molto simili alle precedenti superfici di controllo secondarie, con la particolarità che il loro movimento non impiega un solo grado di libertà bensì due, rotazione e traslazione. Tale privilegio può essere tradotto in una maggiore efficienza in termini di controllabilità del velivolo in particolari configurazioni di volo.

                                     

4.1. Tipologie di ipersostentatori sul bordo dattacco Aletta a bordo dattacco articolato a persiana

Più comunemente nominate slat, sono superfici aerodinamiche sul bordo dattacco delle ali degli aeromobili ad ala fissa, che fanno parte di questultimo quando sono ritratte. Quando invece vengono estese, grazie a delle rotaie di scorrimento vengono guidate a creare un allungamento del profilo alare con un contemporaneo accentramento della curvatura del profilo stesso. Si crea al contempo una fessura che permette il passaggio di un determinato flusso ad alta velocità in grado di energizzare lo strato limite superiore.

                                     

4.2. Tipologie di ipersostentatori sul bordo dattacco Aletta a bordo dattacco articolato" droop-nose”

Simile alla precedente, ma, mentre quello consiste in un pannello che si allontana dal bordo anteriore dellala quando viene esteso, in questo che lintera sezione del bordo anteriore ruota verso il basso.

                                     

4.3. Tipologie di ipersostentatori sul bordo dattacco Aletta Handley-Page

Laletta Handley-Page in inglese leading edge slot è un tipo di ipersostentatore installato sul bordo di attacco delle ali che, estendendosi in avanti, crea una fessura e permette così allaria di fluire dallintradosso superficie inferiore o ventre verso lestradosso superficie superiore o dorso dellala. In questo modo si consente al velivolo di volare ad elevati angoli dattacco riducendo la velocità di stallo.

                                     

4.4. Tipologie di ipersostentatori sul bordo dattacco Aletta Krüger

A differenza delle lamelle o dei bordi dattacco pendenti, la superficie superiore dellala principale e il suo naso non vengono modificati. Invece, una parte dellala inferiore viene ruotata in avanti, di fronte al bordo dattacco. Solitamente ci si riferisce a questo come leading edge flap.

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