La
freccia alare può essere sia positiva che negativa. La freccia alare
positiva è caratterizzata dalle semiali rivolte verso la coda del
velivolo, mentre quella negativa presenta invece le semiali rivolte in
avanti. Entrambe le soluzioni ritardano l'aumento della resistenza
aerodinamica quando si entra in campo transonico (vedi lezione sulle
caratteristiche aerodinamiche dell'ala a freccia). La freccia alare
negativa può presentare il vantaggio di donare una maggiore
manovrabilità al velivolo. Le sue caratteristiche vennero studiate già
dagli aerodinamici tedesche alla fine del secondo conflitto mondiale. Il
suo impiego venne impedito da problemi strutturali che andremo ad
analizzare in questa lezione. Solo verso la seconda metà degli anni
settanta, con l'avvento dei materiali compositi, tali problemi vennero
risolti e le proprietà dell'ala a freccia negativa vennero studiate in
dettaglio dalla NASA mediante appositi velivoli sperimentali (x 29). I
problemi
strutturali
prima accennati sono legati alle deformazioni che una struttura alare
subisce durante il volo. Per comprendere meglio il problema cominciamo ad
esaminare cosa accade in un'ala a freccia positiva, ossia con le
estremità alari rivolte all'indietro, come ad esempio si ha sul velivolo
Boeing B 747 Jumbo. In volo, innanzitutto, la struttura alare subisce una
flessione verso l'alto. Considerando il citato B 747, le estremità alari
si flettono verso l'alto di addirittura un metro. Tale flessione
macroscopica è data dalla somma di innumerevoli microdeformazioni
distribuite lungo tutta l'apertura l'alare, le quali sommate tra loro
danno
luogo alla flessione verso l'alto prima citata. Ora, nell'ala a freccia,
insieme alla flessione verso l'alto, avviene anche una torsione
dell'ala, Nell'ala a freccia positiva tale torsione fa abbassare il
bordo di attacco delle estremità alari ed alzare il bordo di uscita. In
altre parole diminuisce l'angolo di incidenza delle estremità alari.
Diminuendo l'angolo di incidenza, diminuisce la portanza delle
estremità alari. Questo significa che diminuisce la forza che tende a
flettere verso l'alto le semiali, le quali quindi non possono flettersi
verso l'alto più di un certo valore. La torsione quindi, nella freccia
positiva, blocca ad un certo valore la flessione verso l'alto delle
semiali. Con l'ala a freccia negativa accade invece l'opposto. La
torsione associata alla flessione tende infatti ad alzare il bordo di
attacco delle estremità alare e ad abbassare il bordo di uscita.
Aumenta quindi l'angolo di incidenza delle estremità alari e di
conseguenza aumenta la loro portanza, Aumenta quindi la forza che tende
a flettere verso l'alto le semiali. Le semiali si flettono quindi ancora
di più verso l'alto e questo genera un'ulteriore torsione che aumenta
ancora l'incidenza delle estremità alari. Questo aumento di incidenza
fa aumentare ulteriormente la portanza che flette ancora di più verso
l'alto le semiali, e così via fino ad arrivare al collasso strutturale
dell'ala. Tale problematica venne risolta solo con l'avvento dei
materiali compositi. Disponendo infatti in modo opportuno più strati di
fibre di rinforzo diversamente orientati, si riesce ad ottenere una
torsione opposta a quella appena descritta. Ossia si ottiene una
torsione che diminuisce l'angolo di incidenza delle estremità alari
invece di aumentarlo, anche se siamo in presenza di una freccia
negativa. Operando in tale modo si è quindi riusciti ad utilizzare con
sicurezza l'ala a freccia negativa. Attualmente esistono anche aerei
ultraleggeri che adottano tale soluzione di pianta alare (vedi una delle
nostre "notizie del giorno"). In questo caso utilizzata
soprattutto per aumentare la visibilità dell'abitacolo, poichè per il
momento non vi sono ulm che volano in campo transonico. Con l'aumento
delle prestazioni degli ultralights, non è da escludere che in un
prossimo futuro gli ultraleggeri voleranno anche in campo transonico, e
quindi l'aviazione ultraleggera ed il volo sportivo vds utilizzeranno
l'ala a freccia.
Ing.
Massimiliano Ghielmetti; docente di Aerotecnica
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