AEROPLANO
AEROPLANO (I, p. 629)
In questi ultimi tempi la tecnica aviatoria ha conseguito progressi, veramente mirabili, specialmente in Italia.
Tali progressi possono considerarsi come frutto dell'ottenuto aumento della penetranza (inverso della resistenza), dell'aumento della portanza massima (v. aerodinamica, I, p. 569 segg.), dell'impiego di motori muniti di compressori e riduttore, dell'impiego di eliche a due o più calettamenti comandabili durante il volo e al progredire della tecnica costruttiva, specialmente dopo l'uso comune delle prove dinamiche sulle strutture o su parti di esse.
1. Aumento della penetranza. - In un velivolo normale i due terzi circa della resistenza all'avanzamento erano dovuti alla presenza di organi indispensabili (motori, radiatori, fusoliere, carrelli di atterramento o scafi o galleggianti, piani di governo, ecc.) ed un terzo solo all'ala. Verso questi organi si è rivolto in questi ultimi anni lo studio di affinamento.
a) La tecnica aviatoria per ragioni di peso e di semplicità si era orientata da tempo verso i motori raffreddati ad aria e specialmente stellari (v. motore: Motori a combustione interna, XXIII, p. 954); ciò contrastava con l'esigenza della penetranza perché tali motori, dovendo per il raffreddamento giovarsi di una grande circolazione d'aria, richiedevano un grande ingombro frontale (fig. 1). Per neutralizzare questo grave inconveniente sono stati realizzati alcuni tipi di cappottatura del motore, i quali, senza ostacolare il raffreddamento, riducono la resistenza all'avanzamento del 20% circa. Siffatti dispositivi traggono origine da quello ideato e costruito dall'ingegnere italiano Magni e consistono nel separare, mediante un'opportuna superficie torica o anulare, la zona nella quale, per le necessità del raffreddamento, debbono permanere correnti vorticose o irregolari, da quella esterna alla quale, non solo inutilmente ma perniciosamente, si propagherebbero i moti vorticosi suddetti.
Queste cappottature vengono impiegate, con ottimi risultati, non solo nei motori sistemati anteriormente alla fusoliera ma anche nei gruppi moto-propulsori più o meno isolati in apposite gondole anche quando queste sono sistemate sull'ala (S. 79, F. N. 305, Breda 88).
Uno dei tipi di cappottatura più in uso è quello denominato N.A.C.A. (National Advisory Committee of America) che per il primo eseguì accurate ricerche aerodinamiche nelle proprie gallerie ed è rappresentato nella fig. 2.
b) Un sensibile aumento della penetranza si ottiene carenando il carrello d'atterramento (v. fig. 5) il cui contributo alla resistenza, quando non fosse carenato, assume l'elevato valore del 25% della resistenza totale del velivolo; ma la soluzione integrale è stata ottenuta facendo rientrare nella fusoliera o sotto le ali tutto il carrello, in modo da sottrarlo totalmente, agli effetti della corrente aerea.
Alcuni tipi d'aeroplano con carrello rientrabile sono illustrati alle figg. 19-22.
c) Altra fonte di guadagno in penetranza si è avuta dall'accurata rifinitura delle superficie esterne dei velivoli, dallo studio dei raccordi più opportuni tra i varî organi della macchina (specialmente tra ala e fusoliera) in modo da rendere la reciproca interferenza aerodinamica il meno possibile nociva.
d) Infine l'aumento del carico alare (rapporto fra il peso in kg. del velivolo completo e la superficie portante), che dopo le felici prove dei velivoli nella Coppa Schneider è nei moderni velivoli stato molto sensibile, ha concesso di ridurre le dimensioni delle ali e quindi ridurre la resistenza all'avanzamento relativa.
2. Aumento della portanza massima. - L'accresciuto valore del carico alare Q/S, però, importava di conseguenza un aumentato valore della velocità minima o di atterraggio del velivolo. Infatti in tale caso dovrà essere
e quindi la Vmin risulta (per ρ = 0,125 a quota 0 e per un Cpmax = 0,6) funzione del carico alare secondo i valori che sono riportati nella seguente tabella:
Da essa si deduce come per contenere il valore delle Vmin entro i limiti di circa 100 km/h non si dovrebbe superare il valore di Q/S di 80 kg/m2. Per poter aumentare tale valore di Q/S lasciando entro valori modesti la velocità minima (condizione questa dipendente dalla capacità dell'ala a sostenere alti carichi anche a basse velocità) si è dovuto provvedere a rendere maggiore il valore del coefficiente Cpmax.
Gli studi e le esperienze sono stati quindi indirizzati verso la ricerca di profili iperportanti, ma questi, in genere, poco si conciliano con le esigenze della penetranza anche alle piccole incidenze di volo.
È sorta allora la necessità di allontanare il distacco del deflusso sul dorso delle ali dalle incidenze normali (14° ÷ 18°) portandolo verso più grandi incidenze (20° ÷ 24°); con speciali accorgimenti il coefficiente Cpmax può assumere in tal modo anche l'eccezionale valore di 1 e la Vmin risulterà in tal caso dalla seguente tabella:
Fra tali dispositivi atti ad aumentare il valore della portanza massima, vanno ricordati:
a) l'aletta Handley-Page (v. aerodinamica, I, p. 585), che ha avuto per la sua efficacia vastissimo impiego prima in Inghilterra e poi negli altri paesi (fig. 3);
b) l'aletta Fiore-Cremona: questa è stabilmente fissata all'ala normale. Non è, come la Handley-Page, ricavata dal suo profilo, quindi l'ala conserva il profilo proprio (fig. 4). Essa ha, con lo stesso fenomeno della precedente, la funzione di deflettere i filetti sempre verso il dorso dell'ala. In tal modo si ottiene un accrescimento della portanza per tutti gli angoli d'incidenza dell'ala. L'efficienza di questo complesso risulta superiore a quella del precedente, anche perché non ha alcun organo mobile o manovrabile
c) gli alettoni di curvatura: analoghi ai comuni alettoni, hanno la particolarità di abbassarsi e sollevarsi contemporaneamente ottenendo un nuovo tipo di profilo di maggiore curvatura e quindi di portanza massima maggiore del profilo iniziale (fig. 6).
Questo compito può essere affidato agli stessi alettoni, i quali conservano la possibilità del movimento simmetrico oltre a quello contemporaneo di abbassamento o sollevamento. Si preferisce, per non complicare il sistema di comando, di riservare una parte dell'apertura alare ad alettoni di comando e una parte ad alettoni di curvatura (fig. 8);
d) l'aletta Zap: consiste in una lamina che si abbassa, come un alettone, staccandosi dal ventre del profilo, senza quindi variare la forma di esso (fig. 7). Questa soluzione raggiunge ugualmente l'effetto dell'alettone di curvatura ma accresce il valore della resistenza. Essa offre quindi possibilità di utile impiego specialmente per ridurre la corsa del velivolo dopo l'atterramento. La diminuzione della corsa a terra viene inoltre ottenuta mediante freni a ganascia o altri dispositivi simili (fig. 9), comandati dal pilota e azionanti sul mozzo delle ruote.
3. Motori a compressore e riduttore. - Poiché la resistenza all'avanzamento diminuisce con il diminuire della densità dell'aria e quindi col crescere della quota, appare evidente come sia più agevole il raggiungere elevati valori della velocità di traslazione navigando a quote elevate.
Due difficoltà si sono superate per raggiungere tale scopo: la caduta di potenza del motore e quella del rendimento dell'elica.
a) Dato che la potenza del motore decresce col crescere della quota con una legge molto sensibile, si è reso necessario ripristinare la potenza massima dei motori a quote varie, dette "di omologazione" e normalmente aggirantisi sul valore di 4000 metri. Inoltre la tecnica costruttiva ha dato motori a stella anche di grande potenza (1000 e più C.V.) molto compatti e di piccolo ingombro frontale.
La fig. 11 dà un esempio di un motore di 1000 C.V.
b) La necessità di realizzare grandi potenze ha obbligato, però, ad accrescere il numero di giri dei motori fino a limiti non consentiti da un buon funzionamento dell'elica.
L'estremità della pala, infatti, non deve raggiungere il valore limite della velocità del suono (circa 300 m/sec.) se si vuole che il rendimento dell'elica (v. elica, XIII, p. 791 segg.) non si abbassi improvvisamente e notevolmente.
È sorta così la necessità di munire i motori di riduttore del numero di giri. Il rapporto tra il numero di giri dell'asse motore e quelli dell'elica è di circa 1,61.
4. Eliche a due o più calettamenti. - Anche il funzionamento dell'elica è legato alla densità dell'aria e pertanto per evitare forti cadute di rendimento è stato necessario creare eliche a calettamento comandabile in volo, in modo che attraverso la variazione del calettamento sia possibile ottenere elevati valori della potenza resa dal gruppo moto-propulsore.
La fig. 14 mostra un moderno aeroplano da bombardamento (nel quale è visibile il motore della fig. 11) con cappottatura aerodinamica, l'elica a calettamento variabile ed il carrello totalmente retrattile nella carlinga del motore stesso.
5. Prove dinamiche. - I progressi ottenuti nel campo delle velocità dagli aeroplani e la ricerca della massima leggerezza di essi, in confronto degli sforzi ai quali sono soggetti e dei carichi che debbono trasportare, hanno indotto i costruttori ad aumentare le cautele per garantire la solidità della costruzione prima che essa venga adoperata in volo. Si eseguono, pertanto, alcune prove, assoggettando la struttura non soltanto al carico statico proporzionale allo sforzo a cui essa sarà soggetta in volo, ma a una serie di carichi dinamici corrispondenti a quelli che si riscontrano nell'impiego.
Così, p. es., un carrello di atterraggio verrà assoggettato a una caduta, da una certa altezza, sul suolo, sottoponendolo a un carico pari al peso dell'apparecchio. Queste prove poi si ripetono aumentando il carico fino a determinare il "coefficiente dinamico di rottura" analogo a quello statico (v. aeroplano, I, p. 639).
Architettura aeronautica. - Naturalmente l'architettura aeronautica ha assunto una nuova linea con caratteri nuovi e differenziati da quelli dei velivoli di qualche anno fa. Tale nuova architettura, nata quasi totalmente in Italia, ha già avuto il vaglio di un largo impiego bellico vittorioso e ha mietuti numerosi primati (al 9 febbraio 1938 l'Italia possedeva ben 36 primati mondiali di cui 28 di velocità, due di distanza, 6 di altezza).
Nelle illustrazioni della presente voce e di quella idrovolante (Appendice), sono rappresentate alcune di queste più caratteristiche realizzazioni aeronautiche. Tra esse ricordiamo per quanto riguarda gli apparecchi terrestri: il velivolo Ca. 161 detentore del primato mondiale assoluto di altezza per aeroplani con 15.655 metri; il velivolo da bombardamento S. 79 detentore dei primati mondiali: di velocità su 1000 km. con carico di 2000 kg. con 444,115 km/h.; di velocità su 1000 km. con carico di 5000 kg. con 401,965 km/h. e vincitore della corsa Parigi-Istres-Damasco (con tali apparecchi il col. A. Biseo, il tenente Bruno Mussolini e il cap. A. Moscatelli hanno compiuto il fulmineo volo Roma-Rio de Janeiro); l'apparecchio da trasporto quadrimotore S. 74 detentore del primato mondiale di velocità su 1000 km. con carico di 10.000 kg. alla velocità di 322,089 km/h.; l'M.C. 94 detentore di ben 5 primati mondiali per aeromobili anfibî e precisamente: velocità su 1000 km. con 257,138 km/h.; velocità su 2000 km. con 248,967 km/h.; velocità su 1000 km. con carico di 500 kg. con 257,138 km/h.; velocità su 1000 km. con carico di 1000 kg. con 257,138 km/h.; velocità su 2000 km. con carico di 1000 kg. con 248,967 km/h. e altezza con carico di 1000 kg. con 6432 m.; l'aeroplano Breda 88 detentore dei primati internazionali: di velocità su 100 km. per aeroplani con 554,350 km h., di velocità su 1000 km. con 524,185 km/h., di velocità su 1000 km. con carico di 500 kg. con 524,185 km/h., di velocità su 1000 km. con carico di 1000 kg. con 524,185 km/h.; l'aeroplano bimotore da bombardamento Fiat B. R. 20; l'aeroplano F. N. 305 (nell'illustrazione sono facilmente visibili gli alloggiamenti sotto l'ala delle due gambe del carrello retrattile e delle ruote, la cappottatura aerodinamica del motore a stella, gli alettoni di curvatura e quelli di comando, gli accurati raccordi aerodinamici fra l'ala e la fusoliera, tra il poggiatesta del pilota e la fusoliera, ecc.); il Fiat G. 18 V, per trasporto di 18 passeggeri: notevole l'ampiezza e la comodità della cabina.