Aeroplano

4.1

Controlli meccanici

L’assetto di un aereo (il suo orientamento rispetto all’orizzonte e alla direzione di moto) è convenzionalmente determinato da tre dispositivi, ciascuno dei quali controlla il moto rispetto a un asse differente. Questi tre dispositivi comprendono le sezioni mobili degli impennaggi di coda, ossia gli equilibratori e i timoni, e le sezioni mobili del bordo d’uscita dell’ala, noti come alettoni. Impennaggi e alettoni vengono azionati dalla cabina di pilotaggio con la barra di comando o il volantino di guida e i pedali del timone. La barra di comando è usata prevalentemente sugli aerei più piccoli e leggeri, mentre il volantino, che ha una leva maggiore, viene generalmente adottato sugli aerei di una certa dimensione.

Gli equilibratori permettono il movimento di beccheggio intorno a un asse trasversale. Se il pilota tira verso di sé la barra di comando o la colonna del volantino, gli equilibratori vengono sollevati, abbassando così la coda e facendo puntare verso l’alto il muso dell’aereo per la cabrata. Il movimento in avanti della barra o della colonna del volantino provoca l’effetto opposto, facendo scendere in picchiata l’aereo.

Gli alettoni, solitamente posti all’esterno dell’ala, controllano il movimento di rollio intorno all’asse longitudinale. Il movimento della barra o del volantino verso sinistra solleva l’alettone di sinistra e abbassa quello di destra, facendo inclinare lateralmente verso sinistra l’aereo. L’inclinazione opposta si ottiene quando la barra o il volantino sono tirati verso destra.

I timoni permettono il movimento attorno all’asse verticale, in coordinazione con gli alettoni, variando la traiettoria dell’aereo a sinistra o a destra. Quando viene azionato il pedale destro del timone, quest’ultimo fa ruotare l’aereo verso destra intorno al suo asse verticale, mentre l’azionamento del pedale sinistro provoca una rotazione verso sinistra.

Per assicurare una più facile e affidabile manovrabilità delle superfici di controllo, sono stati approntati diversi comandi secondari. Timoni, equilibratori e alettoni adottano alette correttrici o compensatori, come dispositivi di regolazione dell’equilibrio o dell’assetto dell’aereo. Altri comandi secondari comprendono i flaps (sui bordi di uscita) e gli slots o fessure (sui bordi d’attacco) per incrementare la portanza durante il decollo o la resistenza aerodinamica durante l’atterraggio, oppure ancora per migliorare altre caratteristiche di volo. Gli spoilers (o diruttori) sono superfici che normalmente si trovano in parallelo con l’ala, ma che possono essere sollevate per presentare una superficie piatta contro il flusso dell’aria e ridurre la portanza. Superfici parzialmente simili sono gli aerofreni, che si estendono ad angolo retto rispetto alla fusoliera o alla superficie inferiore dell’ala per ridurre la velocità del velivolo. Le superfici di controllo possono essere direttamente azionate dal pilota oppure da dispositivi di comando idraulici o elettrici. In quest’ultimo caso i comandi del pilota possono essere trasmessi mediante segnali elettrici (fly-by-wire, letteralmente “volo tramite cavi elettrici”) oppure ottici (fly-by-light, letteralmente “volo tramite luce”).

4.2

Strumentazione

Le informazioni utili in volo vengono fornite da dispositivi classificabili in quattro categorie: per il controllo dell’impianto motopropulsore, per il volo, per l’atterraggio e di ausilio per la navigazione.

Gli strumenti di controllo del propulsore indicano se il funzionamento dei motori è corretto e comprendono il contagiri, che registra il numero di giri al minuto di ogni motore, vari manometri, gli indicatori di temperatura e del livello di carburante.

I principali strumenti di volo forniscono indicazioni sulla velocità (l’indicatore di velocità nell’aria), sulla direzione (la bussola magnetica e il giroscopio direzionale), sulla quota (l’altimetro) e sull’assetto (un indicatore di velocità ascensionale, un inclinometro trasversale e l’orizzonte artificiale o indicatore di assetto). Alcuni strumenti di volo, compreso il pilota automatico, sfruttano il principio del giroscopio.

Gli strumenti per l’atterraggio in caso di scarsa visibilità sono di due tipi: il sistema di atterraggio strumentale (ILS, dall’inglese Instrument-Landing System), che fornisce direttamente al pilota le indicazioni necessarie per assicurare un atterraggio sicuro, e il sistema di avvicinamento controllato da terra (GCA, dall’inglese Ground Controlled Approach), che utilizza apparecchiature radar installate a terra per guidare il pilota solo con informazioni radiotelefoniche. Entrambi i sistemi possono integrarsi con il sistema luminoso di avvicinamento (ALS, dall’inglese Approach Lighting System), che guida l’aereo verso la pista nelle ultime centinaia di metri. Vedi anche Aeroporto; Aerovia.

5

Propulsione

La spinta a un aereo in volo viene fornita essenzialmente da due sistemi: le eliche e la propulsione a reazione. L’elica di un aereo, azionata per mezzo di un motore a pistoni a combustione interna o di un motore a turbina, spinge l’aria all’indietro grazie alla sezione a profilo aerodinamico delle pale che penetrano nell’aria come una vite. Nella propulsione a reazione, la spinta in avanti viene invece fornita dall’emissione di gas ad alta velocità attraverso un ugello rivolto posteriormente. Occasionalmente vengono utilizzati anche motori a razzo, che funzionano con lo stesso principio.

Un motore d’aereo deve soddisfare un certo numero di requisiti di progettazione, tra i quali: buona affidabilità, lunga durata, peso limitato, consumo di carburante contenuto e ridotta area frontale. Più importante è l’affidabilità; la lunga durata rappresenta essenzialmente un vantaggio economico; il peso ridotto e il consumo contenuto di carburante sono interdipendenti poiché il carburante imbarcato condiziona il peso dell’aeromobile al decollo; la ridotta area frontale, infine, diminuisce la resistenza aerodinamica causata dal motore.

5.1

Motori a pistoni

Nella maggior parte degli aerei a elica sono utilizzati due tipi di motore a pistoni: il motore alternativo, che offre in genere una buona affidabilità ed economia di consumo, e quello rotativo. Nel primo, che quasi sempre prevede l’uso di benzina, viene utilizzata l’energia termica per azionare i pistoni che si muovono all’interno dei cilindri. La disposizione di questi ultimi è generalmente in linea, orizzontale contrapposta o radiale, mentre il sistema di raffreddamento impiegato può essere ad aria o a liquido. Il motore rotativo sostituisce i pistoni con un unico pistone rotante e quindi ha un numero minore di valvole e produce una vibrazione ridotta.

Per rimediare alla perdita di rendimento dell’elica che si verifica quando, salendo di quota, l’aria è rarefatta, viene associato il motore a combustione allo scarico di una turbina a gas, che aziona un compressore di alimentazione, cioè un compressore d’aria nel sistema di aspirazione del motore, e che permette così di compensare la diminuzione della densità dell’atmosfera alle alte quote.

5.2

Motori a reazione

La maggior parte dei motori aeronautici non alternativi funzionano secondo il principio della propulsione a reazione e comprendono il turboreattore (o turbogetto), la turboelica, lo statoreattore (o autoreattore) e il motore a razzo. Il turboreattore e i suoi derivati, la turboventola e la turbina a elica, sono motori a turbina a gas nei quali l’aria che entra attraverso il condotto di aspirazione del motore è dapprima compressa in un compressore; successivamente si immette carburante che viene combusto con l’ossigeno dell’aria, provocando un aumento di temperatura e l’espansione del gas. I gas ad alta pressione vengono poi diretti attraverso una turbina che aziona il complesso rotante del motore. Nel caso del turboreattore l’espansione è parziale e il gas residuo, che si trova a una pressione intermedia, viene accelerato dall’espansione attraverso un ugello rivolto verso il retro per produrre un’alta velocità di fuoriuscita e dunque la spinta desiderata.

I motori a turboventola e a turboelica sfruttano la maggior parte dell’energia dei gas nella turbina, mentre la spinta del getto residuo è di secondaria importanza. I motori a turboelica sono efficienti per aerei di medie dimensioni fino a velocità variabili da circa 480 a 640 km/h. A velocità subsoniche più alte, la turboventola fornisce risultati migliori, mentre le prestazioni di un’elica si riducono. I motori a turboventola consumano meno carburante e sono più silenziosi dei turboreattori, ma a velocità più elevate, o supersoniche, è necessaria una maggiore velocità di scarico.

Lo statoreattore è un motore a reazione nel quale la compressione dell’aria necessaria per la combustione viene ottenuta con la sola velocità del moto in avanti. Come nel caso del turboreattore, la potenza totale erogata viene fornita dalla spinta di getto dei gas di scarico. Potrebbe essere installato su aerei con pilota a bordo, ma il consumo di carburante molto elevato lo rende utilizzabile quasi esclusivamente su missili guidati.

Oltre al combustibile, il motore a razzo contiene anche il materiale ossidante e, come lo statoreattore, trova principale applicazione nei missili guidati. Razzi a propellenti solidi vengono utilizzati anche in decolli assistiti (RATO, dall’inglese Rocket-Assisted Take-Off), per erogare una spinta supplementare iniziale agli aerei che trasportano carichi pesanti.