FUSOLIERE E TRAVI DI CODA

Le funzioni delle fusolire

Le fusoliere o le travi di coda da un punto di vista aerodinamico hanno il compito di collegare le superfici portanti alari con le superfici di controllo poste dietro al baricentro (impennaggi orizzontali e verticali) senza le quali non sarebbe possibile il volo a meno di utilizzare accorgimenti particolari (profili alari autostabili, controllo dinamico del baricentro, ecc.).

Attualmente molta parte del successo del mezzo aero è legato all’utilizzo di questi elementi entro cui prende posto il carico pagante (passeggeri e merci). Si è quindi passati dalle semplici travi di coda alle fusoliere di grandi dimensioni con quattro o più file di posti affiancati (6 file nel comunissimo A320 ), delle moderne fusoliere da trasporto civile.

Le principali strutture adoperate nella costruzione delle fusoliere

Anche se storicamente si sono adottate Fusoliere a traliccio o reticolari (con aste collegate tra loro a formare tralicci spaziali e rivestimento di forma), tali strutture sono state relegate alla costruzione amatoriale, vista la semplicità costruttiva e l’elevata robustezza.

Attualmente la quasi totalità delle fusoliere sono del tipo a guscio o a semi guscio (con rivestimento collaborante);

Le sezioni di fusoliera

Le sezioni di fusoliera sono di vario tipo in funzione del suo impiego:

-  sezione più o meno di forma rettangolare nelle strutture più semplici su velivoli di basse   caratteristiche aerodinamiche – facili da costruire;

-  sezioni circolari o ellittiche quando la struttura è aerodinamicamente più curata, o per   fusoliere pressurizzate impiegate nella maggior parte dei velivoli da trasporto impiegate ad   alte quote.

Due sigle, wide body e long body utilizzate per indicare delle fusoliere

L’aumentata richiesta di persone da trasportare ha costretto le compagnie aeree di fornirsi di velivoli sempre più capienti e sempre più veloci, queste hanno fatto presente le loro esigenze alle ditte costruttrici di aeromobili. Tramontata o accantonata l’idea del volo supersonico, per i tanti motivi noti (consumi elevati, piccolo carico pagante, rumore, ecc.) ci si è trovati davanti, nell’ottica di aumentare il numero di passeggeri, a un dilemma: allungare la fusoliera (long body) o creare fusoliere di grandi dimensioni (wide body).

La prima soluzione è stata la più semplice e la più utilizzata nel passato. Senza cambiamenti sostanziali del progetto iniziale si aggiungevano delle sezioni di fusoliera, aumentandone quindi la capacità e la lunghezza.

Quando però si è visto che la richiesta era di molto aumentata ( oggi si parla di velivoli da 600 posti) si è stati costretti a rivedere il progetto dei nuovi aeromobili con sezioni molto larghe (wide body) con molte file di posti affiancati.

Gli elementi costituenti la struttura delle fusoliere

Essi sono:

-  Ordinate
-  Correnti
-  Rivestimento.

 

Le Ordinate, i correnti e il rivestimento

Le Ordinate, come le centine nelle ali, hanno il compito di fornire la forma alla struttura. Sono poste trasversalmente alla fusoliera e insieme ai correnti ne costituiscono il “fasciame” su cui viene posto il rivestimento che insieme a questo partecipa alla resistenza meccanica.

I Correnti e il Rivestimento hanno gli stessi scopi e le stesse funzioni di quelle viste nelle ali.

Le gondole motori
Le gondole motori sono le “cappottature” che racchiudono i moti. Esse non hanno solo il compito di ridurre la resistenza aerodinamica del aeromobile, ma ne hanno molte altre ugualmente impotanti:

-  Raffreddamento controllato del motore. Nei motori stellari, per esempio, presentano dei   flabelli laterali che aprendosi o chiudendosi regolano il flusso di aria per il raffreddamento   dei cilindri.

-  Permettere una facile ispezione e/o manutenzione.

-  Collegano i mori alle strutture alle strutture dell’aeromobile riducendo vibrazioni e rumori   nocivi.

-  Ridurre la resistenza di interferenza.

Gli elementi costituenti la struttura alare?

Essi sono:

-  I Longheroni

-  I correnti

-  Le centine

-  Il rivestimento

I longheroni

Sono delle travi che attraversano, longitudinalmente, tutta l’ala da un estremo all’atro. Mentre nelle prime strutture aeronautiche erano gli unici elementi strutturali in grado di assorbire i carichi aerodinamici, attualmente (strutture a guscio) sono validamente assistiti dai correnti e dal rivestimento.

Le ali possono avere uno o più longheroni (ala mono longherone, bi longherone, poli longherone), a seconda dell’entità dei carichi che devono sopportare.

 

 

Hanno diversa forma (ad anima piena, reticolari, rastremati), e diversa sezione (principalmente a doppio “T” con anima in lamiera e solette con sezioni rettangolari, a “C”, a “L”).

 

 

I correnti

Sono dei traversini di piccola sezione (profilati o estrusi) che attraversano, longitudinalmente, l’ala (sono presenti nelle ali di elevate dimensioni e nelle ali a freccia); spesso sono in numero maggiore in prossimità dell’attacco dell’ala con la fusoliera per diminuire verso estremità dell’ala. Hanno la funzione di contribuire alla resistenza flessionale dell’ala insieme ai longheroni. Essi, inoltre, irrigiscono la lamiera di rivestimento, costituito da lamiera di piccolo spessore, evitando che questo entri in instabilità (58 ) da compressione.

 

Hanno varie sezione ma tali da permettere un facile collegamento con il rivestimento e le centine (sezioni tipiche sono a “C”, a “L”, a “W).

 

 

Le centine

Sono elementi posti trasversalmente l’ala e sono quindi ortogonali ai longheroni. Hanno la funzione di fornire la forma aerodinamica dell’ala (profili aerodinamici). Vengono poste con interasse vario a seconda dell’entità della sollecitazione flessionale e quindi sono più fitte in prossimità della fusoliera.

Normalmente le centine non hanno compiti strutturali (di forma), hanno il compito di garantire che non si abbiano deformazioni locali nella struttura dell’ala e collegano i vari elementi costituenti l’ala (rivestimento, correnti, longheroni) tra loro. In casi particolari (attacchi carrelli, motori, o altro) esse possono essere rinforzate e avere il compito di distribuire i carichi concentrati al resto della struttura (di forza).

Hanno la forma di un profilo aerodinamico e sono costruite in modo molto vario (in lamiera, alleggerite o rinforzate, reticolari, particolari). 

“Archidettura generale del velivolo”

Le superfici di governo hanno il compito di dirigere l’aeromobile e sono essenzialmente costitute dagli:

Alettoni (ailerons):

alette aerodinamiche poste nel bordo d’uscita alare collocate all’estremità dell’ala, con il loro movimento disaccoppiato (una, posta su una estremità dell’ala ruota in un senso, per es. verso il basso, l’altra nel senso opposto, vero l’alto) permette al velivolo di rollare per eseguire la virata.

Ipersostentatori :

Gli ipersostentatori di bordo d’entrata (slat) e di bordo d’uscita (flap): hanno il compito di aumentare il coefficiente di portanza massimo e l’angolo di incidenza critico, permettono quindi di avere basse velocità di decollo e atterraggio.

Direttori o spoilers :

Si tratta di piccole alette che sono poste nel dorso dell’ala, vengo in molti casi utilizzati per correggere l’effetto negativo dell’imbardata inversa (si alza un diruttore invece di abbassare un alettone); in atterraggio, alzandosi contemporaneamente, fungono da freni aerodinamici.

Aerofreni:

alette poste nel ventre dell’ala; negli alianti e in certi velivoli hanno il compito di aumentare notevolmente la resistenza alare.
 

Alette compensatrici e servomotrici

Piccole alule poste sulle superfici di governo con compiti particolari: diminuire lo sforzo sulla barra (servomotrici) o correggere alcuni effetti non voluti (compensatrici).

ALA

 Anche se storicamente si sono avute superfici alari di vario tipo (Monoplano, biplano, triplano) attualmente il 90% dei velivoli è del tipo monoplano formate cioè da una sola superficie portante.

La superficie alare può avere diverse collocazioni rispetto alla fusoliera:
 - ala alta: principalmente utilizzata nei velivoli da trasporto merci e militari (AN 124, C5) e nei plurimotori ad elica (G222 , C130, ATR 42);
- ala bassa: nei velivoli da trasporto civili ( Boeing 747, A 320, MD 11, MD 80) e nei piccoli velivoli veloci (PA 28, SF 260);
- ala media: nei velivoli da trasporto di grossa dimensione (B –29, Avro Vulcan), in alcuni velivoli da caccia (Mig 15, Lightning ) (bassa resistenza aerodinamica di interferenza, problemi costruttivi di attraversamento della fusoliera dei longheroni, ecc.):

La pianta alare può essere i funzione dell’impiego del velivolo:
- ala a pianta rettangolare: spesso rettilinea e senza diedro nei velivoli ad ala alta (facilità di costruzione) (Cessna C152);
- ala a pianta trapezia: rastremata verso l’estremità, spesso a freccia, utilizzata nella maggior parte dei velivoli da trasporto civili (compromesso tra elevate caratteristiche aerodinamiche e facilità di costruzione);
- ala a pianta ellittica: caccia della 2° guerra (buone caratteristiche aerodinamiche) (Spitfire, Hurricane).

 Aeroplano

 L'aeroplano, aeromobile, velivolo, o aereo (in forma abbreviata), è un mezzo di trasporto più pesante dell'aria capace di volare.

Tranne pochi modelli sperimentali, in aviazione (o aeronautica) tutti gli aerei costruiti finora hanno in comune l'uso di superfici alari utilizzate per generare una spinta verticale (detta portanza), dalle quali dipende però anche una parte della resistenza all'avanzamento: questo vale in misura analoga per gli elicotteri, detti appunto velivoli ad ala rotante.

 

Come i dirigibili o gli elicotteri appartiene alla più ampia classe degli aeromobili, e in tale ambito può essere classificato come un aerodine a sostentazione aerodinamica.

Gli aerei sono divisi principalmente in 2 categorie: militari e civili.

Quelli militari a loro volta si dividono in:

• cacciabombardieri,
• bombardieri,
• aerei d'attacco al suolo,
• aerei d'addestramento,
• aerei da ricognizione,
• aerei da trasporto

  

Quelli civili si dividono in aerei di linea, aerei per trasporto merci, jet executive, aerei da turismo.

In generale poi si hanno aerei acrobatici che di solito sono aerei da caccia, da addestramento o da turismo, a volte modificati per adattarli alle particolari sollecitazioni del volo acrobatico.

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Aeroplano

 

Mezzo aeromobile più pesante dell'aria, propulso da un motore e sostenuto dall'azione dinamica esercitata dal flusso d'aria sulle superfici delle ali fisse.

Aeromobili più pesanti dell'aria sono anche l'aliante e le macchine ad ala rotante, come l'autogiro e l'elicottero, azionate meccanicamente e sostenute da rotori posti sulla parte superiore della fusoliera.

Altro mezzo aereo è l'ornitottero, che viene sostenuto e propulso da ali battenti: sono stati sviluppati ornitotteri giocattolo, ma a tutt'oggi gli esperimenti su macchine a dimensioni reali non sono stati seguiti da realizzazioni pratiche.

Il termine “aeroplano” generalmente designa macchine che operano da basi terrestri, ma viene utilizzato anche per diverse categorie di aeromobili, che comprendono gli aerei imbarcati su navi, gli idrovolanti e gli anfibi.

La principale differenza tra questi mezzi è data dalla configurazione del dispositivo di atterraggio.

L'aereo imbarcato è infatti progettato per decollare e appontare a bordo di portaerei ed è dotato di un gancio caudale che afferra un cavo, steso da un capo all'altro del ponte di volo, per favorire l'arresto dell'aereo dopo l'appontaggio.

L'idrovolante invece è provvisto di galleggianti, anziché del consueto carrello d'atterraggio degli aerei terrestri; in particolare l'idrovolante a scafo centrale ha la fusoliera costruita come lo scafo di un'imbarcazione per consentire il galleggiamento. L'aereo anfibio è equipaggiato sia con carrello d'atterraggio sia con scafo o galleggianti, che consentono al velivolo di operare da terra o dall'acqua.

  

Fino alla seconda guerra mondiale gli idrovolanti venivano impiegati perlopiù come ricognitori militari o antisommergibili, mentre nell'aviazione civile erano adibiti prevalentemente al trasporto passeggeri su rotte marittime; potevano comunque volare solo a bassa velocità ed erano lenti nell'ammaraggio.

Gli aerei anfibi, ancora più lenti per il doppio sistema di atterraggio, ebbero sempre diffusione limitata. Per gli aerei da diporto leggeri sono disponibili galleggianti simili a quelli utilizzati negli idrovolanti ma dotati di una ruota "annegata" posta al centro, che non sporge tanto da incrementare la resistenza idrodinamica quando è in acqua, ma fuoriesce abbastanza per consentire atterraggi su piste in cemento o erbose.

  

Altri mezzi più pesanti dell'aria sono gli aerei a decollo verticale (VTOL) e corto (STOL), e i convertiplani. Un aereo VTOL (acronimo dall'inglese Vertical Take-Off and Landing, decollo e atterraggio verticale) decolla verticalmente e vola orizzontalmente; per il sollevamento da terra si utilizzano diversi sistemi: in alcuni progetti viene sfruttata la spinta diretta verso il basso operata da motori a getto (vedi Propulsione a reazione), sebbene ciò richieda un'elevata potenza.

Per l'aerosostentazione diretta vengono impiegate anche ali rotanti e ventole canalizzate, che però hanno il difetto di incrementare la resistenza aerodinamica durante il volo. I convertiplani, combinando i rotori degli elicotteri con le ali fisse degli aerei, sembrano dare risultati promettenti per le operazioni VTOL commerciali; per quanto essi siano in diretta competizione con gli elicotteri, sono tuttavia notevolmente più veloci.

  

Gli aerei STOL (dall'inglese Short Take-Off and Landing, decollo e atterraggio corto), possono decollare e atterrare in direzione obliqua con elevate inclinazioni, e quindi anche su piste di lunghezza limitata. A parità di carico utile, sono molto più efficienti, in termini di consumo di carburante e di potenza richiesta, rispetto agli aerei VTOL; inoltre sono in grado di raggiungere velocità superiori e hanno maggiore autonomia rispetto agli elicotteri.

Per quanto riguarda i mezzi più leggeri dell'aria, vedi Dirigibile; Pallone aerostatico.