Aeromobile

Aeroplano Airbus A380

Elicottero AW189

Aquilone acrobatico

Autogiro Magni M16

Esempi di aerodine

Un aeromobile è una macchina costruita dall'uomo che si sostiene e si può spostare nell'aria consentendo il trasporto di persone o cose all'interno dell'atmosfera terrestre. Utilizzano per la loro sostentazione le forze di reazione esercitate dall'atmosfera circostante: gli aeromobili la cui sostentazione è in maggior parte dovuta a reazioni di tipo statico, ovvero alla spinta di Archimede, sono chiamati aerostati, mentre quelli che si sostentano a mezzo di azioni prevalentemente aerodinamiche sono chiamati aerodine.

Classificazione

In genere la classificazione degli aeromobili viene effettuata principalmente in base al tipo di sostentazione aerodinamica sviluppata e, in secondo ordine, in base al tipo di propulsione utilizzata.

Aerostati

Un esempio di aerostato: la mongolfiera

Mezzi meno densi dell'aria, gli aerostati sono aeromobili che ottengono una spinta ascensionale in base al principio di Archimede (sostentazione statica). La forza sostentatrice L di un aerostato di volume V riempito di un gas di densità ρ' minore della densità ρ dell'aria alla quota di volo, sarà pari a:

$\,\!L=g(\rho -\rho ')V$

dove g è l'accelerazione di gravità.

Gli aerostati hanno come organi sostentatori degli 'involucri' contenenti aria riscaldata o gas più leggeri dell'aria (elio, idrogeno). Se possiedono un proprio sistema di propulsione e guida vengono detti dirigibili, oppure esserne privi pallone aerostatico, mongolfiera. I palloni, a loro volta, possono essere di tipo frenato, vale a dire ancorati al suolo in modo che la loro posizione in aria sia pressoché stazionaria, oppure liberi.

In Italia si preferisce riservare il termine pallone aerostatico ai mezzi cui è affidato il compito di sollevare strumentazioni scientifiche, utilizzando invece il termine mongolfiera per i mezzi progettati per il sollevamento di esseri umani.

Aerodine

Vengono detti aerodine gli aeromobili più pesanti dell'aria, la cui sostentazione è ottenuta mediante un'azione aerodinamica sulle superfici del mezzo. L'aerodina è quindi dotata di un "organo sostentante" capace di interagire con l'aria circostante in modo da generare la spinta ascensionale necessaria al volo. Questo organo sostentante può essere un'ala, nel caso dei velivoli o una pala in un elicottero, ma anche, tipicamente, un ugello, nei razzi. In base al tipo di organo sostentante, le aerodine possono quindi dividersi in tre diverse classi: aerodine a sostentazione aerodinamica, aerodine a sostentazione per reazione diretta, e aerodine a sostentazione mista.

Aeroplani parcheggiati in Afghanistan

Aerodine a sostentazione aerodinamica

La loro sostentazione è direttamente legata al moto relativo dell'organo sostentante rispetto all'aria. Perché l'organo sostentante (che può essere un'ala, nel caso dei velivoli o una pala, dotata di profilo alare, nel caso di elicotteri ed autogiri) possa infatti produrre una forza diretta verso l'alto (detta portanza) è necessario che esso venga investito da un flusso d'aria. Questo avviene con il movimento dell'intero apparecchio (nel caso degli aeroplani, ad esempio) oppure con il movimento del solo organo sostentante e indipendentemente dal movimento dell'apparecchio medesimo (ad esempio, la rotazione delle pale in un elicottero od il loro movimento autonomo, nell'ornitottero).

Un Lockheed Martin F-22A Raptor

Rientrano in questa classe:

• superfici alari fisse (velivoli)
  • aliante (e per estensione, sebbene la legge italiana li consideri semplici apparecchi sportivi, anche deltaplano e parapendio)
  • aeroplano (per estensione, ultraleggeri, pendolari e paramotore)
  • idrovolante
  • si menziona anche l'ekranoplano, anche noto come WIG (Wing In Ground effect - ala ad effetto suolo) o GEV (Ground Effect Vehicle - veicolo ad effetto suolo), che però non è propriamente un aeromobile, non essendo un mezzo capace di cambiare quota
• ornitottero o (alibattente), superfici alari battenti, a carattere unicamente sperimentale
• aquilone o cervo volante, aeromobili privi di motore con cavi di ritenuta
• superfici alari in rotazione attorno ad un albero (aerogiro)
  • elicottero, ali ruotanti azionate da motori
  • autogiro, ali autorotanti
  • elicoplano, ali ruotanti azionate da motori utilizzate per il decollo, l'atterraggio e l'hovering più un sistema di propulsione supplementare che produce una spinta nella direzione della traiettoria.

Il Boeing 777-200LR è uno degli aerei di linea a più lungo raggio, in grado di effettuare voli in più della metà del mondo.

Aerodine a sostentazione per reazione diretta

In questo caso la sostentazione viene assicurata da sistemi meccanici (detti gettosostentatori) capaci di accelerare grandi masse d'aria o gas (ad esempio ugelli). La sostentazione non richiede dunque che vi sia necessariamente un moto relativo. Il 'getto' può essere prodotto da un motore a razzo o un turboreattore.

Rientrano in questa classe:

• missili
• piattaforme volanti
• piattaforme a cuscino d'aria (ad esempio, hovercraft), anche se questi non sono propriamente aeromobili.

Aerodine a sostentazione mista

Elicottero Agusta A109 del servizio di soccorso aereo svizzero

Sono apparecchi che utilizzano entrambi i sistemi di sostentazione sopra citati, sia pure in fasi diverse del volo. Ad esempio, gli apparecchi a decollo verticale VTOL del tipo a spinta vettorata, decollano utilizzando un getto d'aria verticale e poi, una volta sollevati, possono avanzare e volare come normali aeroplani. Alcuni considerano in questa categoria anche i cosiddetti STOL apparecchi a decollo ed atterraggio brevi.

Struttura

Gli aeromobili possono essere costruiti in vari modi, che cambiano anche in base al tipo di aeromobile, le strutture sono generalmente del tipo:

• Telaio portante l'aeromobile ha un telaio interno che ne conferisce la resistenza
• Rivestimento lavorante la struttura esterna (rivestimento) contribuisce alla resistenza del mezzo
  • Semiguscio la struttura esterna (rivestimento) lavora assieme ad una struttura portante i terna per conferire la resistenza complessiva del mezzo
  • Guscio la struttura esterna (rivestimento) è l'unico elemento che conferisce la resistenza del mezzo

Caratteristiche del volo

Inviluppo di volo

L'inviluppo di volo di un aeromobile si riferisce alle capacità intrinseche di progettazione in termini di velocità, fattore di carico e altitudine.

Autonomia

Il Boeing 777-200LR è uno degli aerei di linea con il maggior raggio di percorrenza in grado di volare per oltre metà del giro del mondo.

L' autonomia totale massima è la distanza massima che un aereo può percorrere tra il decollo e l'atterraggio. L'autonomia degli aerei a motore è limitata dalla capacità di accumulo di energia del carburante per l'aviazione (chimica o elettrica) considerando sia i limiti di peso che di volume. L'autonomia degli aerei senza motore dipende da diversi fattori tra i quali la velocità di crociera e le condizioni ambientali. L'autonomia è calcolata come la veloctà al suolo moltiplicata per il tempo. Il tempo massimo di volo per gli aerei a motore è fissato dal carburante disponibile (anche considerando il carburante di riserva) e dal tasso di consumo di carburante. L' Airbus A350-900ULR è tra gli aerei di linea con maggior raggio di percorrenza.

Alcuni velivoli possono estrarre energia dall'ambiente circostante mentre sono in volo (ad esempio, utilizzando l'energia solare o sfruttando le correnti d'aria ascendenti dovute al sollevamento meccanico o termico) o tramite il rifornimento in volo. Questi velivoli potrebbero teoricamente avere un'autonomia infinita.

L'autonomia di volo (o "ferry range") indica la massima autonomia raggiungibile da un aereo impegnato in voli di trasporto. Viene calcolato considerando il massimo carico di carburante, con eventuali serbatoi extra e un equipaggiamento minimo. L'autonomia di volo si riferisce al trasporto di aerei senza passeggeri o merci. Il raggio d'azione è una misura correlata basata sulla distanza massima che un aereo da guerra può percorrere dalla sua base operativa, raggiungere un obiettivo e tornare al suo aeroporto di origine con la riserva minima.

Dinamica del volo

La dinamica del volo è la scienza che studia l'orientamento e il controllo dei veivoli in tre dimensioni. I tre parametri della dinamica del volo sono gli assi di rotazione in tre dimensioni rispetto al centro di massa del veicolo (cg), noti come beccheggio, rollio e imbardata. La combinazione tra gli assi è nota come assetto del velivolo, viene spesso espresso rispetto al volo livellato, ma anche rispetto al terreno durante il decollo o l'atterraggio, o quando si opera a bassa quota. Il concetto di assetto non è strettamente correlato ai velivoli ad ala fissa, ma si estende anche ai velivoli ad ala rotante come elicotteri e dirigibili, dove le dinamiche di volo coinvolte nella definizione e nel controllo dell'assetto sono completamente differenti.

I sistemi di controllo regolano l'orientamento di un veicolo rispetto al suo centro di gravità. Un sistema di controllo include superfici di controllo che, quando deflesse, generano un momento (o coppia) rispetto al centro di gravità, che determina la rotazione del velivolo sugli assi del beccheggio, del rollio e dell'imbardata. Ad esempio, un momento sull'asse del beccheggio deriva da una forza applicata a una certa distanza davanti o dietro il centro di gravità, provocherà un aumento o una diminuzione del beccheggio dell'aereo.

Un aereo ad ala fissa aumenta o diminuisce la portanza generata dalle ali inclinando il muso verso l'alto o verso il basso, aumentando o diminuendo l' angolo di attacco (AOA). L'angolo di rollio è anche noto come bank angle. Sugli aerei ad ala fissa, di solito si inclinano le ali per cambiare la direzione orizzontale del volo. Un aereo è progettato per essere aerodinamico dal muso alla coda al fine di ridurre la resistenza aerodinamica, rendendo vantaggioso mantenere l' angolo di sbandamento vicino allo zero. Un aereo può essere deliberatamente "sbandato" per aumentare la resistenza aerodinamica e il rateo di discesa durante l'atterraggio, al fine di mantenere la rotta dell'aereo uguale alla direzione della pista durante gli atterraggi con vento laterale e durante il volo con potenza asimmetrica.

Stabilità

L' impennaggio di un Boeing 747-200

Un aereo ad ala fissa è tipicamente instabile sull'asse del beccheggio, rollio e imbardata. Per aumentare la stabilità del beccheggio e dell'imbardata negli aerei ad ala fissa convenzionali vengono installati stabilizzatori orizzontali e verticali, che agiscono in modo simile alle piume su una freccia. Queste superfici stabilizzanti consentono l'equilibrio delle forze aerodinamiche e stabilizzano la dinamica di volo di beccheggio e imbardata.

Controlli

Negli aerei ad ala fissa, vengono utilizzate più superfici di controllo per regolare il rollio, il beccheggio e l'imbardata dell'aereo. Gli alettoni sono superfici incernierate normalmente situate sul bordo posteriore dell'ala. Permettono l'aumento o diminuizione della portanza prodotta da un lato dell'ala, causando l'inclinazione laterale dell'aereo. Gli elevatori, solitamente situati nello stabilizzatore orizzontale, vengono utilizzati per aumentare o diminuire la portanza prodotta dalla coda, causando l'inclinazione dell'aereo verso l'alto o verso il basso, che a sua volta influisce sulla portanza dell'ala. Quando gli alettoni vengono utilizzati per virare un aereo a sinistra, l'alettone destro deve essere inclinato verso il basso, producendo più resistenza dell'alettone sinistro e causando l' imbardata a destra dell'aereo. Per contrastare questa forza, la maggior parte degli aerei ad ala fissa ha un timone montato sullo stabilizzatore verticale che può deviare il flusso d'aria verso la coda a sinistra o a destra per controllare l'imbardata dell'aereo. Negli aeromobili ad ala rotante, il controllo dell'imbardata è ottenuto attraverso l'inclinazione delle pale del rotore, aumentando l' angolo di attacco delle pale da un lato e diminuendo l'angolo di attacco dall'altro. Analogamente al timone degli aerei ad ala fissa, gli aeromobili motorizzati ad ala rotante hanno un rotore di coda, che contrasta il momento rotazionale prodotto dal rotore consentendo all'aereo di virare in volo. Gli aeromobili non motorizzati ad ala rotante, come gli autogiri, utilizzano un timone per l'imbardata.

Bibliografia

• Valentino Losito, "Fondamenti di Aeronautica Generale", Editore Accademia Aeronautica Pozzuoli, Napoli

Voci correlate

• Aeromobile a pilotaggio remoto
• Aeromobile a propulsione nucleare
• Aerodina
• Aeroplano
• Aerostato
• Aeronautica
• Aviazione
• Auto volante
• Metaplano
• Marche di nazionalità e di immatricolazione degli aeromobili

Altri progetti

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Collegamenti esterni

• aeromobile, su Treccani.it – Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• (EN) aircraft, su Enciclopedia Britannica, Encyclopædia Britannica, Inc.
• Aeromobile, in Treccani.it – Enciclopedie on line, Roma, Istituto dell'Enciclopedia Italiana.