CERVO VOLANTE

CERVO VOLANTE (fr. cerf-volant; sp. cometa; ted. Drache; ingl. kite)

Cenni storici. - Il cervo volante o aquilone come giocattolo, ossia nella sua più semplice forma di leggiera armatura ricoperta di tela o di carta, affidata al vento e trattenuta mediante una funicella, può vantare origini lontanissime.

Una tradizione assai nota ne attribuisce l'invenzione ad Archita da Taranto (430-348 a. C.). Che, del resto, l'antichità classica abbia conosciuto il cervo volante, può apparire provato giudicando da una figura su un vaso conservato nel Museo nazionale di Napoli (n. 3151; cfr. Archäolog. Zeitung, 1867). Vi si vede una fanciulla che trattiene mediante una funicella un cervo volante triangolare.

Molto probabile sembra l'origine orientale del cervo volante, origine che potrebbe anche essere confortata dalle denominazioni richiamanti il dragone, simbolo fondamentale della mitologia cinese, che il cervo volante ha assunto in qualche lingua europea. È noto del resto che tuttora i Cinesi, i Giapponesi, i Coreani, gli Annamiti, hanno una grande passione per il cervo volante, cui ricollegano buon numero di superstizioni e credenze. I Coreani, p. es., nei primi giorni dell'anno attaccano a un cervo volante un rotolino di carta col nome e la data di nascita dei figli, e, dopo averlo lanciato, tagliano la cordicella lasciando che il cervo volante si disperda nella campagna: immaginano che esso porti con sé le disgrazie dell'anno che incomincia.

Qualunque ne possa essere l'origine, è probabile che il giuoco del cervo volante sia stato conosciuto nell'età di mezzo: non se ne ha però notizia fino al sec. XV, della qual epoca è un manoscritto, citato dal Feldhaus (Die Technik der Vorzeit, Lipsia e Berlino 1914), dove è spiegato wie du einen Drachen artificialiter machen und regieren sollst. Ne dà particolari G. B. Porta, nella sua Magia naturalis (Napoli 1589, p. 382), forse per notizie avutene dal padre M. Ruggeri tornato allora dalla Cina. Altre notizie si hanno ancora del cervo volante nei secoli seguenti, ma bisogna giungere alla metà del sec. XVIII per cominciare a trovare il cervo volante considerato con qualche interesse. Nel 1749 si compie la prima rudimentale ascensione meteorologica; nel 1752 il Franklin adopera il cervo volante per le sue esperienze sull'elettricità atmosferica, seguito ben presto da altri sperimentatori come il Romas in Francia, il padre Beccaria in Italia e molti altri. Esperienze con cervi volanti adoperati a varî usi si ebbero qua e là nel principio del sec. XIX (ascensioni di Dansett a Londra [1804], esperienze di Colladon in Svizzera [1827], ecc.), ma progressi sensibili nella costruzione, nello studio e nel "utilizzazione dei cervi volanti non si ebbero che in tempi relativamente recenti, da quando cioè Hargrave costruì il primo cervo volante cellulare (1898), ottenendo una stabilità di equilibrio di gran lunga più grande di quella di qualsiasi altro cervo volante monoplano. Dalle cellule Hargrave si può dire che son derivati tutti i migliori tipi di moderni cervi volanti.

Descrizione, costruzione e classificazione dei cervi volanti. - In un cervo volante si distinguono: la carcassa od ossatura, la velatura, l'imbrigliatura e il cavo di ritenuta.

La carcassa è costituita per lo più da bacchette di legno ed è irrigidita da tiranti metallici o da funicelle; su essa è tesa la velatura di carta o, più spesso, di tela.

Il cavo di ritenuta si fissa alla carcassa mediante due o più briglie di varia lunghezza. L'insieme di tali briglie, i cui estremi si riuniscono in un occhiello entro il quale, per mezzo di una spagnoletta, si infila il cavo principale, prende il nome di imbrigliatura. Non solo si raggiunge in tal modo l'equilibrio del cervo volante, ma si distribuisce convenientemente sull'ossatura lo sforzo di trazione del cavo. L'operazione d'imbrigliatura è la più delicata nel montaggio d'un cervo volante, poiché da essa dipende gran parte dell'equilibrio dell'apparecchio: essa determina l'angolo sotto il quale questo prende il vento (supposto orizzontale). Per utilizzare un medesimo cervo volante per intensità di vento anche assai diverse, le briglie inferiori sono sostituite da elastici che, tendendosi sotto l'azione del vento, permettono al cervo volante di cambiare automaticamente l'angolo d'attacco.

La robustezza del cavo è proporzionata alle dimensioni del cervo volante. Il cavo può essere svolto da un 0pp0rtuno verricello.

I cervi volanti sono:

a) monoplani, quando la carcassa ricoperta dalla velatura costituisce una sola superficie piana (piano sostentatore) variamente foggiata. Qualche volta per migliorare l'equilibrio trasversale si fissano al piano sostentatore uno o più piani direttori perpendicolari al primo.

b) diedri, quando la carcassa è costituita da due piani che s'incontrano ad angolo diedro molto aperto lungo una spina dorsale.

I cervi volanti monoplani o diedri hanno bisogno in generale, per migliorare il proprio equilibrio, dell'aggiunta della coda, costituita da un tratto più o meno lungo di cordicella, lungo la quale sono intercalati a uguali intervalli lembi di stoffa o di carta, o coni di tela con la base di vimine incurvato volta verso il vento.

c) multipli o cellulari a più superficie orizzontali sovrapposte, connesse ad altre verticali o in vario modo inclinate.

d) misti, la carcassa dei quali è formata da cellule accoppiate in vario modo a superficie laterali (alettoni) che hanno sempre lo scopo di meglio assicurare la stabilità.

I cervi volanti sono poi rigidi quando hanno carcassa indeformabile su cui la velatura è tesa perfettamente, o deformabili, quando parte della carcassa può piegarsi sotto l'azione del vento, ovvero la velatura, non del tutto tesa, può gonfiarsi al vento facendo tasca.

Tipi di cervi volanti. - Fra i cervi volanti monoplani sono da annovgrarsi i tipi più comuni di cervi volanti giocattoli, di cui alcune fogge, come per es. il tipo a pera, sono tradizionali.

Notevole è il cervo volante Eddy (fig. 2), sperimentato lungamente in America e impiegato in osservazioni meteorologiche, per fotografie dall'alto ed anche per ascensioni. La carcassa è costituita da una spina dorsale (m. 1,80), incrociata da una verga di uguale lunghezza a circa ¹/₄ da una estremità; la verga è mantenuta incurvata all'indietro da un filo metallico. La velatura è costituita da tela leggiera a forma di losanga: essa è molto tesa nella parte superiore, mentre nella parte inferiore è lasciata molleggiante in guisa da far tasca sotto l'azione del vento.

Il progenitore dei cervi volanti di tipo multiplo è il cellulare Hargrave (fig. 3). La carcassa è formata da due sbarre di legno profilato, lunghe m. 2,40, costituenti la spina dorsale: esse sono tenute parallele ad una distanza di m. 0,75 l'una dall'altra mediante traverse incrociate di metri 1,50. Verghe lunghe m. 2,70 incrociano le sbarre e sostengono la velatura orizzontale, mentre altre verghe, parallele alle sbarre e incastrate alle estremità delle traverse, sopportano la velatura verticale. La velatura forma quindi ai due terzi anteriore e posteriore delle sbarre due parallelepipedi di m. 2,70 × 0,80 × 0,75 (cellule).

Il cellulare Potter è una modificaziohe dell'Hargrave, differendo da questo per particolari costruttivi e per il fatto che le cellule sono cubiche e che le briglie sono attaccate ad uno spigolo delle cellule e non su una faccia: esso quindi vola - come si dice - sull'angolo, e non sul piano come il cellulare Hargrave.

Il cervo volante Lecornu (fig. 4) è un multicellulare; la carcassa è costituita da quattro sbarre di legno di m. 3 che s'incrociano a due a due ad angolo retto: le due croci sono mantenute in piani paralleli distanti di m. 0,70. L'armatura di questo tipo sostiene un parallelepipedo di tela di il cui interno è suddiviso mediante striscie di tela parallele alle faccie e incrociantisi ad angolo retto in 16 cellule non rigide e sensibilmente cubiche.

Ricordiamo ancora il tipo russo, formato da due cellule semicilindriche, usato specialmente per osservazioni meteorologiche.

Al tipo misto appartengono il cervo volante Conyne, formato da due cellule triangolari non rigide munite di due alettoni triangolari laterali; il cervo volante Madiot, costituito da un cellulare Hargrave (di cui però è completamente diverso il procedimento costruttivo), munito di due alettoni triangolari; il cervo volante Cody-Saconney (fig. 5), formato anch'esso da un cellulare Hargrave di cui però ciascuno dei piani orizzontali si prolunga da una parte e dall'altra in alette triangolari, inclinate in alto per i piani superiori e in basso per quelli inferiori; le alette che prolungano il piano superiore della cellula anteriore sono molto più ampie delle altre. Questi tipi di cervi volanti sono specialmente usati per ascensioni.

Equilibrio d'un cervo volante. - Schematizzando (fig. 6) il cervo volante mediante una sola superficie piana (la cui traccia sia AB) si possono rapidamente trovare le condizioni di equilibrio. Il cervo volante è sottoposto alla azione di tre forze: P, peso applicato nel centro di gravità dell'apparecchio; T, trazione della fune applicata in un punto F congiunto al cervo volante mediante le briglie; N, spinta del vento sul cervo volante applicata nel centro di pressione C.

Il centro di pressione non coincide se non in casi particolari col centro di figura O, ma è spostato in avanti rispetto a questo d'una quantità che è funzione dell'angolo α che il cervo volante forma col vento, e che numerosi sperimentatori hanno cercato di determinare, compendiando poi i loro studî in formule approssimate. Perché l'equilibrio possa sussistere è necessario che le tre forze cui è sottoposto il cervo volante concorrano in un punto e che la risultante sia nulla; inoltre la somma dei momenti di esse rispetto a un qualunque centro di riduzione deve essere del pari nulla. Indichiamo con

il rapporto fra la componente normale della spinta per l'inclinazione α e quella per il piano esposto normalmente al vento (per N₉₀ e per un piano sottile si adotta l'espressione KSV² in cui V è la velocità del vento, S la superficie del piano e K un coefficiente numerico da determinarsi sperimentalmente); con ϕ (α) la distanza del centro di pressione dal centro di figura (misurata assumendo come unità di misura la distanza del centro di figura dal bordo di attacco); con la distanza del centro di gravità dal centro di figura; con (a, b) le coordinate del punto F di attacco del cavo alle briglie rispetto a due assi ortogonali con l'origine nel centro di figura e di cui l'asse x coincide con la traccia del cervo volante. Diciamo ancora T la grandezza della tensione del cavo e β l'angolo che questa, a una distanza convenientemente piccola da F, forma con l'orizzonte. Essendo α l'inclinazione d'equilibrio del cervo volante si ha facilmente

avendo introdotto la quantità

dipendente da

definita come densità del cervo volante.

La condizione d'equilibrio relativa ai momenti (assumendo come centro di riduzione dei momenti il centro di figura) è:

Da questa, assumendo per f(α) e ϕ (α) espressioni approssimate ricavate dalle esperienze (p. es. le formule di Soreau-Duchemin):

si possono dedurre le seguenti leggi sperimentali per l'equilibrio di un cervo volante (cfr. Th. Bois, Les cerfs-volants et leurs applications militaires, in Revue du Génie, 1905): l'inclinazione d'equilibrio d'un cervo volante non dipende direttamente dal suo peso né dalla sua superficie, ma solo dalla sua densità e dalla posizione relativa del centro di gravità, del centro di figura e del punto d'attacco; essa inoltre non dipende dalla velocità del vento, ma dal rapporto fra la componente normale della pressione del vento per unità di superficie e la densità.

Dicesi rendimento di un cervo volante il rapporto fra la componente verticale della pressione del vento diminuita del peso dell'apparecchio e la componente orizzontale (v. aerodinamica). Il rendimento è dunque uguale al rapporto fra le componenti verticale e orizzontale della trazione del cavo, cioè a tg β, essendo β l'angolo che la direzione del cavo in un punto convenientemente prossimo all'estremità delle briglie forma con l'orizzonte. Il rendimento è massimo quando tale angolo è massimo, il che si ha (adoperando ancora le formule di Soreau-Duchemin) quando

In tal caso le estremità delle briglie (punto d'applicazione della trazione) debbono ricongiungersi in un qualunque punto della retta di equazione:

che dà la direzione del cavo di ritenuta in un punto abbastanza prossimo al cervo volante, nell'ipotesi che questo abbia l'inclinazione α corrispondente al massimo rendimento.

Se tale direzione risulta orizzontale, cioè se è ω = √2, il cervo volante sarà in equilibrio per una data velocità di vento al livello del suolo: ma esso si trova nello stesso tempo nelle condizioni di massimo rendimento, cioè nelle condizioni di raggiungere la massima possibile altezza, dunque il Gervo volante non potrà alzarsi nell'aria; esso potrebbe soltanto essere lanciato verso il suolo da una posizione più in alto che non il cervo volante stesso; p. es. dalla navicella d'un dirigibile. Il valore della densità che si ricava dalla ω = √2 si dice densità limite del cervo volante, come il corrispondente valore di α (circa 35° 15' 37'') si dice angolo limite assoluto. Dalla stessa relazione può ricavarsi il valore del vento limite, cioè la minima velocità di vento per la quale un cervo volante di conosciuta densità possa sollevarsi.

Se immaginiamo che il vento non agisca sul cavo di ritenuta, supposto omogeneo, questo si disporrà, come è noto, secondo una catenaria. Dicendo T la tensione del cavo in vicinanza del suolo, p il peso per unità di lunghezza, l'altezza h cui giunge un cervo volante per una lunghezza l del cavo è

L'azione del vento sulla corda modifica la configurazione di equilibrio: secondo il Saconney il cavo tende ad assumere la forma di un arco di cerchio.

Per una data velocità di vento un cervo volante di assegnata densità non può superare una determinata altezza (altezza limite): questa è raggiunta quando l'angolo β che il cavo fa col suolo è nullo.

Principali applicazioni del cervo volante.

Le applicazioni del cervo volante sfruttano in gran parte la possibilità di servirsi del cavo come guida di postiglioni, apparecchi che, sotto l'azione del vento, possono scorrere lungo il cavo di ritenuta del cervo volante e - se automatici - possono poi tornare indietro.

Un postiglione automatico si compone di una leggiera armatura che può in un modo qualunque scorrere sulla corda: essa porta una vela mantenuta tesa normalmente alla corda stessa e quindi al vento, mediante un cavetto la cui estremità porta un anello; questo è trattenuto da un uncino che automaticamente, p. es. per urto contro un ostacolo preventivamente fissato sul cavo di ritenuta, può aprirsi.

La vela rimane in tal modo liberata, e il postiglione, non più trattenuto dal vento, può ridiscendere per proprio peso lungo il cavo. La prima idea di utilizzare i cervi volanti per osservazioni meteorologiche sembra dovuta ad A. Wilson e Th. Melville, che nel 1749 innalzarono a Glasgow termometri a massima e a minima; il loro uso sistematico per i sondaggi dell'alta atmosfera ebbe inizio nel 1896, anno in cui A. L. Rotch, dell'osservatorio di Blue-Hill, e quasi contemporaneamente Teisserenc de Bort, dell'osservatorio di Trappes, ben presto imitati dagli osservatorî di Lindenberg e di Amburgo in Germania e dall'osservatorio Constantin in Russia, riuscì a far portare da un cervo volante un anemo-termografo Fergusson e un baro-termo-idrografo specialmente costruito. Da allora la tecnica di tali ascensioni si è andata perfezionando, talché ora, in molti osservatorî, l'uso del cervo volante per le osservazioni a grande altezza è giornaliero. In Italia esperienze in questo senso furono eseguite da Pericle Gamba nell'osservatorio geofisico di Pavia e in quello di Vigna di Valle, dell'aeronautica.

Nei sondaggi dell'alta atmosfera si congiungono al cavo (ordinariamente filo d'acciaio), a intervalli regolari, cervi volanti ausiliarî, i quali contribuiscono a sopportare il peso del cavo svolto e permettono al primo cervo volante o - come si dice - al pilota che porta gli apparecchi registratori, di sollevarsi anche oltre i 6000 m. (Lindenberg nel 1906, con 17.000 m. di cavo). Tali notevoli altezze sono state raggiunte anche mercé l'uso (metodo usato per la prima volta a Trappes) di tronchi di cavo di diametro decrescente dal basso in alto e di cervi volanti di densità crescente dall'alto in basso.

Ascensioni con cervi volanti. - Un cervo volante o un insieme di cervi volanti che riescano a portare in alto una navicella con una o più persone, può costítuire un osservatorio aereo analogo a quello ottenuto col pallone frenato, con il vantaggio di una migliore stabilità e sicurezza.

Le prime esperienze in questo senso risalgono al 1854, anno in cui il dottor Laval riuscì a far sollevare un fanciullo da un cervo volante. Dopo di lui il Maillot fece sollevar un peso di 70 kg. da un cervo volante di 72 mq. di superficie. Il capitano Baden-Powell dell'esercito inglese ebbe per primo l'idea, nel 1896, di riunire su un solo cavo parecchi cervi volanti (treno di cervi volanti). Dopo di lui le esperienze si moltiplicarono e l'inglese Cody,. i francesi Madiot e Saconney, il russo Schreiber, dotarono gli eserciti delle rispettive nazioni di treni di cervi volanti sempre più perfezionati.

Un treno di cervi volanti si può formare: o lanciando separatamente diversi apparecchi con cavi di ritenuta di diversa lunghezza e riunendo gli estremi di questi a un unico cavo; o lanciando separatamente diversi cervi volanti con cavi di ritenuta uguali, i cui estremi siano poi fissati in diversi punti di un cavo principale portato da un pilota; o infine lanciando prima di tutto un cervo volante pilota, e fissando sul cavo di ritenuta di questo una serie di cervi volanti costituenti il treno propriamente detto. Il cavo di ritenuta principale può attraversare gli elementi del treno (sistema russo), oppure può essere attaccato alla cellula anteriore di ciascun elemento (sistema francese e inglese). Ciascuno di questi sistemi presenta vantaggi e svantaggi: il terzo metodo indicato ha, è vero, l'inconveniente che l'equilibrio di tutto il treno è fondato su quello del cervo volante pilota, ma in contrapposto offre garanzie di sicurezza, maneggiabilità e rendimento che l'hanno fatto preferire a tutti gli altri.

Lanciato che sia il treno, la navicella può essere sospesa a un punto fisso del cavo principale (sistema russo); oppure sospesa a un cavo secondario manovrato da un verricello sussidiario e che passa per una carrucola fissa sul cavo principale; o, infine, sospesa a un carrello che può scorrere sul cavo principale, e trascinata lungo questo da uno (sistema inglese) o più cervi volanti (sistema francese) riuniti in treno (rimorchiante) e scorrenti lungo il cavo principale. Nei sistemi più perfezionati (Saconney, Madiot) l'osservatore può modificare dalla navicella l'inclinazione dei cervi volanti del treno rimorchiante e può di conseguenza rallentare o accelerare o addirittura fermare l'ascensione della navicella.

Il cervo volante può ancora essere impiegato, oltreché per eseguire fotografie dall'alto, anche come mezzo per gettare un cavo fra la costa e una nave naufragata; numerosi sperimentatori hanno ideato speciali tipi di postiglioni particolarmente adatti a tale uso (Woodbridge Davis, 1892; Dessy, 1906; Wenz, 1908; com. te Brossard De Corbigny il cui materiale è stato adottato dalla marina francese, ecc.). Può altresì servire per rimorchiare imbarcazioni, oppure come mezzo di pubblicità, sia per innalzare cartelloni reclamistici, sia per lasciar cadere dall'alto fogli volanti.

Bibl.: Th. Bois, Les cerfs-volants et leurs applications militaires, in Revue du Génie, 1905; K. Wegener, Die Technik der Drachen- und Ballonaufstiege, in Ergb. der Arb. des Kgl. Aeron. Obs., Lindenberg 1905; J. Th. Sacconey, Cerfs-volants militaires, Parigi 1909; J. Lecornu, Les cerfs-volants, Parigi 1910; P. Gamba, Sull'uso dei cervi volanti e dei piccoli palloni frenati in meteorologia, in Riv. tecn. di Aeron. della Soc. Aeron. ital., 1910; H. Quentin, La photographie par cerfs-volants, Parigi 1911; G. Houard, Les ascensions en cerfs-volants, Parigi 1911; R. Poujoula, Les cerfs-volants de sauvetage, Parigi 1913; F. M. Feldhaus, Die Technik der Vorzeit, Lipsia e Berlino 1914; Le cerf-volant. Revue mensuelle de la Ligue française du cerfs-volant, Parigi (dal 1910).