Breve descrizione sul funzionamento degli elicotteri

[Dragonball (POL)]

PREFAZIONE

Sebbene le prime prove di volo rotatorio risalgano al 15° secolo, si dovette attendere la fine della Seconda Guerra Mondiale per vedere lo sviluppo di un modello di elicottero in scala reale in grado di volare costantemente per piu' di poche centinaia di metri. I primi tentativi di progettazione degli elicotteri erano stati vanificati dalla mancanza di comprensione della fisica del volo rotatorio e degli speciali problemi ad esso creati.

Questo capitolo descriver le forze che controllano il volo con l'ala rotante. La prima sezione presenta una panoramica dei principi aerodinamici di base della portanza. Le sessioni successive illustrano l'interazione tra le forze e le velocita' presenti nello spostamento rotatorio delle pale e in quello orizzontale del velivolo.

Le varie sezioni di colore grigio forniscono invece esempi o informazioni aggiuntive e piu' dettagliate.


LA PORTANZA

Per il momento ignoriamo il movimento in avanti e occupiamoci delle due forze aerodinamiche fondamentali che permettono ad un elicottero di alzarsi dal suolo e rimanere in volo stazionario.

FORZA DI GRAVITA. La forza principale che incontrerete e' la forza di gravita' : tale forza che attira tutti gli oggetti verso il centro della terra.

GENERAZIONE DELLA PORTANZA. La portanza e' la forza che si oppone alla gravita' ed e' creata da un flusso d'aria che scorre su un ala o sulla superficie di una pala.



Quando la portanza e' superiore alla forza di gravita', il velivolo si alza, mentre quando la portanza e' inferiore alla forza di gravita', il velivolo scende. Quando le due foze sono uguali, l'elicottero mantiene il volo stazionario.

Quando si parla del peso di un oggetto, ci si riferisce in effetti all'intensita' con la quale la forza di gravita' lo attrae verso la terra. Pertanto, a mano a mano che un oggetto diviene piu' leggero o piu' pesante, l'intensita' della forza di gravita' che agisce sull'oggetto diminuisce o aumenta.

Maggiore e' il peso di un oggetto, maggiore sara' la portanza richiesta per mantenerlo in aria. Per questo, un elicottero a pieno carico, genera piu' portanza di uno a vuoto. Inoltre nel corso del volo, un elicottero brucia carburante, alleggerendosi, e richiedendo, pertanto, una portanza inferiore.


GENERAZIONE DELLA PORTANZA

La struttura dei profili aerodinamici di un velivolo (ali o pale) consente loro di generare portanza. La struttura dei profili aerodinamici varia a seconda del campo di impiego : i profili aerodinamici delle ali rotanti sono costruiti in modo da sfruttare sia il volo in avanti che il il movimento rotatorio. La struttura
geometrica delle pale consente al velivolo di adattarsi alle diverse condizioni di volo.

Due principi fisici, il principio di Bernoulli e l'angolo di attacco, spiegano come la struttura di un profilo aerodinamico crei portanza.

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PRINCIPIO DI BERNOULLI

Il principio di Bernoulli afferma che a mano a mano che la velocita' di un fluido aumenta, la sua pressione diminuisce. L'aria agisce in modo molto simile a un liquido mentre scorre attorno ad un profilo aerodinamico. L'aria si separa e scorre sia al di sopra che al di sotto delle superficie esterne (il punto di separazione prende il nome di punto di impatto). La differenza fra la velocita' dell'aria che scorre lungo la superficie superiore e quella detta della superficie inferiore del profilo aerodinamico crea una differenza di pressione, che, a sua volta, crea portanza.
Nello schema che segue, notate come nel percorso del punto A al punto B, la superficie del profilo aerodinamico sia maggiore del percorso tra questi due

due punti lungo la superficie inferiore. Dato che la superficie superiore di un profilo aerodinamico e' piu' lunga di quella inferiore, l'aria deve percorrere una distanza maggiore lungo la superficie superiore. Dato che le superfici superiore ed inferiore si spostano nell'aria nello stesso lasso di tempo, l'aria dovra' viaggiare piu' velocemente lungo la superficie superiore per coprire questa distanza maggiore. Secondo il principio di Bernoulli, questa differenza di velocita', crea una pressione superiore al di sotto del profilo aerodinamico e una pressione inferiore al di sopra. Dato che al di sotto del profilo aerodinamico e' presente una pressione leggermente superiore, il profilo viene spinto verso l'alto. Questa forza diretta verso l'alto prende il nome di portanza.

Due conseguenze del principio di Bernoulli influenzano la quantita' di portanza generarata da un profilo aerodinamico :


* A velocita' superiore, il differenziale di pressione al di sopra e al di sotto del profilo aerodinamico e' maggiore. Maggiore la velocita' di un profilo attraverso l'aria, maggiore e' la portanza generata

*
Ad altitudini superiori, l'aria diventa piu' rarefatta (meno densa) e genera, pertanto, meno pressione e meno portanza




ANGOLO DI ATTACCO

Alla messa in moto dell'elicottero, le sue pale sono parallele al terreno. Una volta che hanno raggiunto una velocita' di rotazione sufficiente, il pilota angola le pale. Quando le pale tagliano l'aria con un determinato angolo generano portanza.

L'angolo con il quale la pala colpisce l'aria prende il nome di angolo di attacco. Questo angolo cambia quando il pilota modifica l'angolo delle pale tramite i comando di volo e quando cambia la direzione dell'aria che si muove lungo le pale (come avviene, ad esempio, in condizioni di raffiche di vento).

Per comprendere come l'angolo di attacco di una pala aumenti la portanza, si immagini di tenere una mano all'esterno del finestrino di un automobile in marcia. Se tenete la mano in modo che il palmo sia rivolto verso il suolo, il taglio della vostra mano taglia l'aria con una resistenza abbastanza ridotta. Se tenete la mano perpendicolare al terreno, la forza dell'aria che colpisce il palmo della mano la spinge indietro ; tuttavia, se angolate la mano in modo che il taglio frontale sia ruotato leggermente verso l'alto, la forza dell'aria spingera' tutta la vostra mano leggermente verso l'alto.

[Dragonball (POL)]

In modo simile, quando l'aria si sposta sulla pala angolata, la forza dell'aria spinge la pala leggermente verso l'alto, contribuendo alla portanza totale applicata al velivolo. La forza della portanza generata automenta con l'angolo della pala, fino ad un certo punto. Come avete visto con la vostra mano, esiste un punto nel quale l'angolo di attacco diventa eccessivo e il flusso d'aria lungo la pala diventa disordinato, tanto che la forza, spinge la pala all'indietro e' superiore a a quella che la spinge verso l'alto. A questo punto la pala non genera piu' portanza : questa condizione prende il nome di stallo.

L'ANGOLO DI INCIDENZA



L'angolo d'incidenza si riferisce all'angolo delle pale rispetto al piano di rotazione del disco rotore. Questo angolo e' puramente meccanico e non e' influenzato da variazioni del flusso d'aria. Si tratta di un angolo che il pilota modifica con i comandi di volo. Il collettivo modifica l'angolo di incidenza di tutte le pale di uno stesso grado contemporaneamente. Il comando ciclico modifica l'angolo di incidenza della pale in modo differenziato in vari punti lungo il percorso di rotazione, provocando l'inclinazione del piano dell'intero disco rotore. Se il pilota spinge il ciclico in avanti, l'angolo di incidenza delle pale e' superiore quando queste passano sulla coda di quanto non sia quando passano sul naso. Questo provoca l'inclinazione in avanti dell'intero disco rotore.

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Rotore orizzontale. La portanza è superiore al peso: l'elicottero sale verticalmente fino a quando la forza trattiva eguaglia la forza di gravità più la resistenza.


La pala aumenta il suo angolo di incidenza quando è in posizione posteriore, lo diminuisce quando è in quella anteriore. Il rotore si inclina in avanti e la portanza si scompone in due forze: una (A) equilibra il peso (A1) e l'altra serve da forza trattiva (B).


L'elicottero non si solleva perchè la forza portante delle pale (A+B) è minore del peso (C).


Il pilota ha aumentato il passo collettivo delle pale e l'elicottero si solleva perché la portanza (A+B) è superiore al peso (C) più la resistenza dell'aria.


Schema delle forze generate dalla rotazione del rotore che agiscono sulla fusoliera (A) e sono contrastate dall'elichetta di coda (B)


Senza l'azione equilibratrice dell'elichetta di coda, la fusoliera ruoterebbe in senso opposto a quello del rotore.

[agaragar]

ke altezza e velocità max raggiungono gli elicotteri?

esistono elicotteri che hanno propulzioni alternative x andare + veloci?