Ala (aeronautică)

Termenul aripă în aerodinamică înseamnă o suprafață aranjată generic în funcție de o anumită atitudine, în raport cu curentul fluid care îl investește (și nu neapărat într-o poziție orizontală) și capabil să genereze o serie de acțiuni dinamice fluide (rezultate din forțe și momente ) cauzate de mecanisme fizice complexe legate de variațiile locale ale vitezei, presiunii și acțiunilor vâscoase, care acționează pe suprafața sa.

De obicei, rezultanta forțelor aerodinamice este „împărțită” în trei dintre componentele sale, împărțite după cum urmează:

o acțiune portantă sau de ridicare (ridicare, L) dispusă ortogonal față de vectorul vitezei asimptotice a aerului „v” care îl lovește;
o acțiune rezistivă sau de rezistență (drag, D) dispusă paralel cu vectorul vitezei asimptotice a aerului „v” care îl investește și echiversează cu el;
o acțiune deviantă sau devianță (alunecare, S) dispusă ortogonal față de vectorul vitezei asimptotice a aerului „v” și astfel încât să creeze, compunând cu L și D, o triadă ortogonală stângaci.

În cazul specific al unei aeronave în mișcare generală, ridicarea este generată de forțele aerodinamice care acționează în principal asupra aripii și asupra cozii de control.

Dacă aripa nu este realizată într-un singur element, ci este împărțită în două părți conectate separat la fuselaj, vom vorbi mai corect despre „jumătate de aripă ”, respectiv stânga și dreapta: totuși, în general, termenul de jumătate de aripă este, de asemenea, utilizat pentru a se referi fără discriminare la jumătatea dreaptă sau la stânga aceluiași.

Majoritatea avioanelor moderne sunt echipate cu o singură aripă rigidă (adică echipată cu suprafețe de control mobile speciale), dar există exemple de avioane cu aripi multiple: atunci vorbim de biplane (două aripi suprapuse, posibil eșalonate) sau de triplane (trei suprapuse și aripi ușor decalate). Dacă aripile unui biplan au dimensiuni semnificativ diferite, se numește un avion cu o aripă și jumătate sau sesquiplane .

Deltaplan este un anumit aerodina echipat cu un auto-stabil și aripa non-rigide, adică geometria sa poate varia în funcție de greutatea la decolare și situațiile / manevre în zbor; se numește adesea și aripă Rogallo .

Chiar și parapanta are o aripă care este menținută în formă de presiunea aerului generată de mișcarea sa și este, de asemenea, flexibilă (nu rigidă) în zbor.

Există, de asemenea, avioane cu aripi stubby și planuri mari de coadă care zboară, de obicei peste apă, la câțiva metri de la suprafață folosind efectul de sol .

Aceste avioane, numite ekranoplanuri , au căzut practic în uz.

Profilul aripii

Același subiect în detaliu: Airfoil .

Elemente geometrice caracteristice ale unei aripi de deschidere finite

Aripa pe jumătate deschizând " b / 2 " (distanța dreaptă de la linia centrală până la vârf , menționată în proiecția planului )
Anvergură " b " (distanță dreaptă vârf-vârf, menționată în proiecția planului )
Suprafața aripii de referință geometrică " S " (proiecție în plan, pe planul XY)
Acordul de aripă în planul " c ", conform bitangenților acordului în secțiune (a se vedea mai jos pentru definiția corectă în secțiune)
Wing back sau extrados (vezi definiția corectă a secțiunii de mai jos)
Burtă de aripă sau intrados (vezi definiția corectă a secțiunii de mai jos)
Planul longitudinal al secțiunii (paralel cu planul de simetrie longitudinală XZ)

Reprezentarea de mai sus conform proiecțiilor ortogonale este un mod tipic și convenabil de a identifica o aripă de deschidere finită (numită și aripă reală ), simetrică în raport cu planul longitudinal (vertical) XZ; este, de asemenea, extrem de util pentru înțelegerea definiției tuturor componentelor fundamentale și a numelor utilizate pentru a le defini.
Pentru aripile dreptunghiulare fără diedru, realizând o secțiune a acestuia cu un plan vertical XZ paralel cu planul care conține axa longitudinală de simetrie, se obține secțiunea aripii .
Teoretic, chiar dacă posibilele forme bidimensionale ale secțiunilor aripilor sunt infinite, în practică cele mai studiate și utilizate sunt un subset mic și se caracterizează prin acronime unice care definesc în detaliu caracteristicile geometrice și de performanță și, în general, sunt grupate în serii de specificații și / sau familii.
O aripă poate avea un profil constant atunci când acesta este același în fiecare secțiune în direcția deschiderii pe jumătate care se desfășoară de pe axa de simetrie ( linia centrală, CL ) spre capăt ( vârf ) sau cu un profil variabil când sunt în stații la distanțe diferite de axa longitudinală, se utilizează profiluri diferite, atribuite, care respectă legi de variație particulare între stațiile de referință.
În general, profilul tinde să se „scurteze” în vizualizarea pe planul XY (redus în plan) și, de asemenea, să reducă grosimea maximă a acestuia (atenție: grosimea maximă, nu grosimea relativă maximă, care poate crește și dacă distribuția tipului de profile în deschidere variază!) în funcție de tendințele liniare sau mai complexe, pe măsură ce vă îndepărtați de linia centrală a aripii: motivele sunt multe și atât ale dinamicii fluidelor / controlabilității în zbor, cât și ale greutății / optimizării rezistenței structurale.
O primă clasificare plauzibilă a familiilor de profil poate fi realizată, în mod istoric, pe baza formei curburii asumate de burtă și spate sau prin respectarea tendinței generale a conturului în sine:

Concave convexe : au extrados convex și intrados concav (de exemplu, Gottingen 335 ), sau extrados convex, dar intrados cu secțiuni convexe în zona din față și concav în zona rămasă din spate (de exemplu, Gottingen 532 );
Plan convex : extrados este convex, în timp ce majoritatea intrados este plat (profilul tipic este Clark Y );
Biconvex : intrados și extrados au curburi opuse; dacă contururile superioare și inferioare sunt diferite, vom vorbi de profiluri biconvexe asimetrice (ex. NACA 2412 ), invers dacă au o curbură identică, dar opusă (simetrică în raport cu coarda geometrică), vom vorbi de profiluri biconvexe simetrice (ex. ., clasicul NACA 0012 );
Dublu curbate sau autostabile : au extrados și intrados cu secțiuni opuse convexe-concave în zona anterioară și concave-convexe în zona rămasă din pupă, asumând o formă caracteristică „ S ” cu marginea de ieșire ușor ridicată (de exemplu, NACA M 24 ); uneori, toată burta poate fi în întregime concavă (de exemplu, NACA M 6) cu marginea de ieșire a formei tipice ridicate sau „relevé”.

Alte clasificări importante sunt făcute pe baza unor caracteristici dinamice fluide specifice, cum ar fi extinderea laminarității pe o mare parte a conturului (așa-numitele familii „laminare”), sau potrivite pentru întârzierea și / sau atenuarea cât mai mult posibil a dăunătorului efecte legate de compresibilitate pentru a permite să zboare la un număr mare de Mach (0,60 ~ 0,85) în timp ce navigați (așa-numitele familii „supercritice” sau RT Whitcomb ^[1] ) și, de asemenea, măresc volumul intern / rigiditatea structurală a aripii.
Cu toate că sunt inerente doar formei asumate de schiță, acestea pot fi considerate, în principiu, ca rafinări inteligente ale clasificărilor anterioare raportate.

Marginea anterioară (sau anterioară) și marginea anterioară (sau anterioară) a unui profil

În teoriile cu privire la aripile aeriene este denumit exact „marginea de atac (sau atac, sau marginea de front , LE)” punct geometric fix care coincide cu capătul frontal (rotunjit în general, dar nu întotdeauna) al scheletului (sau liniei medii) a profilului ; acest punct prin construcție aparține, așadar, și conturului anterior al corpului și nu este variabil cu incidența (sau atitudinea) acestuia.

(LERX) Extinderea rădăcinii aripii.

Pot exista, de asemenea, extensii de margine care, prin modificarea conturului profilului, au scopul de a întârzia sau anula separarea probabilă a fluxului (laminar sau turbulent), rezultând o îmbunătățire a controlului longitudinal la viteze mici și mari unghiul de atac și, în cele din urmă, de asemenea , încercând să reducă în același timp posibilitatea unui abrupt stand .

Din același motiv, există și extensii care se conformează rădăcinii aripii numite LERX sau LEX ( Leading Edge Root Extension ): totuși, aceste dispozitive sunt utilizate de obicei pe anumite aeronave (de obicei luptători și antrenori) pentru a-și spori calitățile de manevrabilitate în anumite condiții de zbor și necesită un design al fuzelajelor care trebuie să fie special conceput în acest scop (așa-numitele fuzelaje „corp de aripă amestecat” ).

În mod similar, este denumit și „ muchia de ieșire (sau muchia de ieșire, TE )” punctul geometric fix care coincide cu capătul din spate (de obicei ascuțit, dar nu întotdeauna) al scheletului (sau liniei medii) a profilului; de aceea și acest punct aparține, prin construcție, conturului posterior al corpului și nu este variabil cu incidența (sau atitudinea) acestuia.

Punctele de stagnare față și spate ale profilului

Trebuie să se acorde o atenție deosebită pentru a nu confunda marginile anterioare și, respectiv, cele din spate cu punctele de stagnare din față și din spate ale corpului : acestea sunt de fapt identificate fizic, în ordine, ca punctele de pe suprafața din față și din spate a profilului. viteza fluidului în raport cu corpul este anulată ; poziția acestor puncte variază cu incidența (atitudinea) acestora.

Punctul de stagnare din față poate coincide, de asemenea, cu marginea anterioară pentru o anumită incidență a zborului (așa-numita incidență „ideală” sau de proiectare a profilului), dar în general variază în jurul acesteia; Același lucru se aplică punctului de stagnare din spate, pe care totuși, datorită atitudinilor obișnuite de zbor (incidență scăzută) și în condiții de mișcare „starea de echilibru” (adică nu în momentul plecării sau opririi impulsive a mișcării), coincide întotdeauna cu marginea din spate.

În cele din urmă, direcția vectorului vitezei este, pentru ambele puncte, întotdeauna ortogonală față de linia dreaptă locală tangentă la suprafața limită la punctul în sine.

Coardă aripă aeriană (coardă geometrică)

Acordul profilului este definit ca distanța dreaptă care unește marginea anterioară cu marginea finală a corpului (așa cum s-a definit mai sus); este o caracteristică geometrică a corpului, determinată în mod unic (def. conform NACA).
Este bine să acordăm atenție faptului că, din punct de vedere istoric, și din motive experimentale și practice, acordul profilului poate fi identificat într-un mod ușor diferit de ceea ce tocmai a fost spus: de ex. conform altor surse

(ESDU 83040) coarda este definită ca „linia dreaptă care unește marginea de ieșire (în punctul său mijlociu, dacă este„ trunchiată ”) la punctul de tangență de pe conturul înainte al profilului cu o circumferință centrată în ieșirea însăși” (se înțelege că, în acest fel, consider diametrul maxim destinat ca perechi de puncte aparținând conturului corpului).
Alteori, mai ales în trecut și pe profiluri puternic curbate și / sau pe elice , ne referim la distanța a două puncte identificate de bitangentă la conturul ventral dintre arcul și pupa profilului, plasându-l cu burta pe un plan: totuși diferențele numerice pe lungimi sunt minime.

Mai mult, coarda geometrică este întotdeauna utilizată pentru a defini pozițiile relative ale profilurilor dintre ele și în raport cu fuselajul (caz în care aceste unghiuri sunt numite „ tastare ”).

Nu același lucru se poate spune despre măsurarea unghiurilor de incidență atunci când acestea se referă la cel aerodinamic în loc de în raport cu coarda geometrică: incidența aerodinamică sau absolută este de fapt mai corect menționată la axa 1 a ridicării zero , trecând întotdeauna prin ieșirea muchiei d și identificată în mod unic în funcție de familia căreia îi aparține profilul.

Atunci când corpul are un unghi de incidență aerodinamic zero, contribuția sa portantă este întotdeauna nulă și, în prezența unui fluid vâscos incompresibil, rezultatul forțelor aerodinamice degenerează în componenta rezistivă numai.

Pentru familiile obișnuite de profiluri portante, pentru corpul atribuit unghiul existent între coarda geometrică și coarda aerodinamică oscilează în general între ~ 0-4 ° și este o caracteristică constructivă.

Grosimea relativă (maximă) a profilului

O altă caracteristică geometrică foarte importantă a profilelor este grosimea lor relativă (sau raportul de grosime, t / c ), definit ca raportul dintre grosimea maximă a secțiunii profilului și coarda sa geometrică; în general se exprimă ca procent din frânghia însăși și în aerodinamică oscilează de obicei între minim 4-5% și max. de ~ 24-25%, în funcție de cerințele dorite.
La rândul său, grosimea profilului la diferite stații, adică de-a lungul corzii, este definită ca distanța dintre suprafața dorsală și ventrală, măsurată perpendicular pe linia medie a profilului : această valoare se schimbă de-a lungul corzii.
Dacă nu se indică altfel, atunci când vorbim generic despre grosimea relativă a unui corp, în aerodinamică întelegem întotdeauna valoarea maximă a raportului.

Spatele (extrados) și burta (intrados) ale profilului

Din punct de vedere fluid-dinamic , punctele de stagnare din față și din spate (așa cum sunt definite chiar mai sus) împart suprafața umezită a profilului într-o secțiune superioară, numită spate (sau extrados ) și într-o altă secțiune inferioară numită burta ( sau intrados).
Deoarece punctele de stagnare variază în funcție de incidență, extinderea celor două rate nu este întotdeauna constantă. Uneori, spatele și burta sunt, de asemenea, definite (în mod necorespunzător), din punct de vedere geometric, cu marginea anterioară și laterală a profilului pentru a avea o subdiviziune a conturului invariabil (constantă) cu incidența, dar este încă bine să specificați că dicția dinamică fluidă este cea mai importantă și cea mai corectă din punct de vedere fizic.

Scheletul (sau linia mediană) și profilul „ camber” (sau săgeată)

În teoria profilurilor subțiri, scheletul (sau linia medie sau linia medie ) a unui profil este definit ca locul punctelor (centrele circumferințelor înscrise în aripa aeriană) echidistante de la suprafața corpului.
Ecuația liniei medii a profilului poate presupune chiar legi analitice foarte complexe, în funcție de corpul studiat; în plus, este adesea folosit pentru a clasifica diferite familii de profile pe baza utilizărilor foarte specifice sau a distribuțiilor de presiune (sarcină) de-a lungul cablurilor.

„ Înclinarea” profilului (sau săgeata liniei medii) este definită în schimb ca distanța maximă de la coarda geometrică (și ortogonală la aceasta) a punctelor care alcătuiesc linia medie.
Acest parametru este de obicei exprimat în termeni procentuali ca raport între acesta și coarda geometrică.
Camberul este o măsură a asimetriei scheletului profilului, adică cât este curbat în raport cu echivalentul său simetric: cu cât această valoare este mai mare, cu atât unghiul de incidență față de acordul geometric trebuie să fie mai „ negativ ” pentru a avea un coeficient zero de ridicare (adică: unghiul absolut de incidență zero).

Tendința scheletului și a grosimilor relative de-a lungul corzii (din care se identifică indirect camberul) sunt doi factori fundamentali în definirea familiilor profilurilor și a unei părți a caracteristicilor acestora.

Anvergura și aripa de referință

Același subiect în detaliu: Anvergura .

Anvergura aripilor geometrice „b” (deschiderea aripii ) reprezintă distanța dreaptă dintre capete de-a lungul unei direcții ortogonale față de axa simetriei aripii ( linia centrală „CL”) conform proiecției sale în plan.
Suprafața aripii de referință (aripa geometrică sau grosieră a aripii de referință ) reprezintă proiecția planului întregii aripi între coarda plasată la vârful aripii până la aceeași pe planul de simetrie al acesteia.
În general, este indicat cu litera mare „ S ” și reprezintă cea mai importantă suprafață de referință pentru dimensionare și calcule de performanță.

Dacă este prezent și fuselajul, se ia în considerare și porțiunea de suprafață din interior, extinzând perimetrul până la linia centrală .

Raportul de aspect al aripii (geometric sau raportul de aspect)

Același subiect în detaliu: alungirea aripii .

Raportul de aspect „ A ” (geometric sau Aspect Ratio , AR) al unei aripi este definit în mod unic ca raportul dintre anvergura pătrată „ b ” și aria de referință a aripii „ S ”.
Este indicat în general cu „ A ” sau cu „ AR ” și este adimensional; din punct de vedere analitic, se aplică următoarele:

A={b^{2} \over S}

{\ displaystyle A = {b ^ {2} \ peste S}}

A = {b ^ 2 \ peste S}

[adim.]

Este un parametru geometric foarte important al „finitudinii” (într-un sens dimensional!) Al aripii și de acesta depinde numeroase performanțe aerodinamice ale aeronavei, dar și de creșteri semnificative ale greutății aeronavei și reducerea volumului intern, întrucât este în mod substanțial un indice de „ subțire a aripii în sensul deschiderii.

Geometria aripii

Geometric vorbind, o aripă poate fi practic identificată printr-o serie de factori pe care îi vom enumera mai jos.

Forma planului aripii

Acest termen indică forma conturului aripii conform unei proiecții ortogonale în plan a acestuia; familiile principale pot fi împărțite astfel: dreptunghiular , trapezoidal , eliptic (simetric sau nu), săgeată (pozitivă și negativă), deltă (și deltă dublă), deltă ogivală și oblică.

Aripă dreaptă cu coardă constantă și unghi de săgeată zero
Aripă dreaptă cu unghi ușor de săgeată și coardă variabilă
Aripa trapezoidală cu unghi puternic de săgeată și coardă variabilă

Pe baza geometriei planului , este posibil să se clasifice proiecția planului aripilor în felul următor:

0. aripă dreaptă (sau aripă dreaptă): sunt acele aripi în care nu există un unghi de săgeată între cele două aripi și coarda este constantă; aripa dreaptă tipică este cea cu plan dreptunghiular și, constructiv, este și cea mai simplă;

aripa trapezoidală : când aripa dreaptă are un unghi modest de săgeată și o coardă în plan variabil, se spune că este conică (se conice în plan); au în general unghiuri modeste (mai puțin de ~ 10 °) de săgeată față de LE (săgeată pozitivă) sau TE (săgeată negativă) și au un raport de conicitate foarte precis în planul "λ" (definit ca raportul dintre coardă și vârful aripii și același lucru pe linia sa centrală: λ = Ct / Ccl) a șirurilor. Cazuri speciale: 1) aripă dreptunghiulară: au un raport de conicitate unitar λ ( λ = 1) și săgeți la LE și TE zero ( $\Lambda _{\mathrm {LE} }$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {LE}}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {LE}}}$ = $\Lambda _{\mathrm {TE} }$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {TE}}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {TE}}}$ = 0); 2) aripi delta și romboidale: au un raport de conicitate zero λ (λ = 0) și săgeți adesea foarte marcate la LE și TE (a se vedea mai jos pentru detalii suplimentare);
aripă cu săgeată pozitivă : sunt acele aripi cu săgeată pozitivă atât pe marginile anterioare, cât și pe cele laterale;
aripă cu săgeată negativă : sunt acele aripi cu săgeată negativă atât pe marginile anterioare, cât și pe cele laterale;
aripă delta : sunt aripi cu săgeată pozitivă marcată pe marginea anterioară și cu săgeată zero pe marginea din spate (au λ = 0 și forma unui triunghi isoscel , care amintește litera capitală grecească delta „ Δ ”);
aripă cu geometrie variabilă : sunt aripi capabile să varieze săgeata în zbor prin rotirea sincronă a aripilor în jurul a două puncte (pivote);
aripă oblică : aripă specială cu geometrie variabilă în care unghiul săgeții în zbor este variat prin rotirea, asincronă și integrală, a întregii aripi în jurul unui punct (pivot);
aripă eliptică : sunt aripi cu o distribuție a coardei eliptice în plan (Notă: pot fi simetrice sau nesimetrice, în acest din urmă caz la limită chiar și cu margini drepte de conducere sau de ieșire!);
aripă zburătoare : sunt aripi autostabile (datorită unei alegeri adecvate a săgeții în plan, conicitate, profiluri și răsucirea lor la deschidere), adică fără o coadă fizică distinctă pentru a asigura stabilitatea și manevrabilitatea;
aripă delta ogivală : variantă a aripii delta , partea internă a aripii are un unghi de săgeată foarte mare, în timp ce partea exterioară are un unghi de săgeată mai mic; variația dintre cele două unghiuri este foarte blândă și dictată de nevoile aerodinamice;
aripă delta dublă : variantă a aripii delta , partea internă a aripii are un unghi de săgeată foarte mare, în timp ce partea exterioară are un unghi de săgeată mai mic; variația dintre cele două unghiuri este bruscă ;
aripă romboidă (sau diamantată): sunt un caz particular de aripă trapezoidală cu raport de conicitate zero în plan (λ = 0) și săgeți la LE și TE în general foarte marcate.

Extremitatea aripii poate fi mai mult sau mai puțin elaborată în așa fel încât să reducă vorticitatea concentrată local generată de finitudinea organului de susținere și, prin urmare, rata rezistivă asociată acestuia. ^[2]

Unghiul săgeții nasului (sau unghiul Wing Apex $\Lambda _{0}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {0}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {0}}$ ) și unghiurile săgeții $\Lambda _{i}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {i}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {i}}$ andirons

Unghiul săgeții față de nas $\Lambda _{0}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {0}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {0}}$ este, prin definiție, unghiul format de marginile anterioare ale celor două aripi la punctul lor de intersecție pe planul simetriei aripilor; are un interes predominant geometric.

Unghiul săgeții aripii $\Lambda _{i}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {i}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {i}}$ nu este unic, dar există diferite în funcție de nevoi; având în vedere aripa stângă (rotații pozitive în sens invers acelor de ceasornic și originea pe o axă ortogonală față de planul simetriei aripii care trece prin vârful aripii "O") și procedând de la marginea de conducere spre marginea de ieșire, cele mai reprezentative sunt:

unghiul săgeții la marginea anterioară $\Lambda _{\mathrm {LE} }$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {LE}}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {LE}}}$ , care, pentru aripile cu margini frontale rectilinii este cuprinsă între o axă ortogonală față de planul simetriei aripilor și marginile frontale în sine: pozitive în sens invers acelor de ceasornic;
unghiul săgeții la 25% din corzi $\Lambda _{\mathrm {25} }$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {25}}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {25}}}$ , este inclus între o axă ortogonală față de planul simetriei aripilor și o axă de anvelopă a punctelor la 25% din profilurile de deschidere: pozitivă în sens invers acelor de ceasornic. Este cel mai important unghi din punct de vedere aerodinamic;
unghiul săgeții la 50% din corzi $\Lambda _{\mathrm {50} }$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {50}}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {50}}}$ , este inclus între o axă ortogonală față de planul simetriei aripilor și o axă care învelește punctele la 50% din profilurile de deschidere: pozitivă în sens invers acelor de ceasornic. Este adesea folosit la calcularea pantei $Cl_{w}=f(\alpha )$ ${\ displaystyle Cl_ {w} = f (\ alpha)}$ ${\ displaystyle Cl_ {w} = f (\ alpha)}$ a întregii aripi, dacă este necesar să se ia în considerare conicitatea șirurilor în plan;
unghiul săgeții la marginea din spate $\Lambda _{\mathrm {TE} }$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {TE}}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {TE}}}$ , care, pentru aripile cu margini de retragere rectilinii, este inclusă între o axă ortogonală față de planul simetriei aripilor și marginile de intrare în sine: pozitivă în sens invers acelor de ceasornic.

Există, de asemenea, alte unghiuri săgeți caracteristice (cum ar fi $\Lambda _{\mathrm {max} }$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {max}}}$ ${\ displaystyle \ Lambda _ {\ mathrm {max}}}$ anvelopa punctelor secțiunilor cu grosimea relativă maximă t / c | max) care sunt utilizate în alte scopuri (calcul structural. aripilor echivalente etc.).

Cele două valori sunt direct legate: de exemplu, un unghi de nas de 180 de grade corespunde unui unghi de săgeată de zero grade, iar o săgeată de 30 ° corespunde unui unghi de nas de 120 °. În general:

2\Lambda _{i}+\Lambda _{\mathrm {0} }=180^{\circ }

{\ displaystyle 2 \ Lambda _ {i} + \ Lambda _ {\ mathrm {0}} = 180 ^ {\ circ}}

{\ displaystyle 2 \ Lambda _ {i} + \ Lambda _ {\ mathrm {0}} = 180 ^ {\ circ}}

.

Adoptarea unei săgeți aripioare se datorează diverșilor factori. Din punct de vedere istoric, a fost introdus în principal pentru a crește numărul Mach critic , care este numărul Mach minim la care fluxul pe aripă începe să devină sonic. În aceste condiții, rezistența aerodinamică începe să crească foarte puternic.

Deoarece este în principal componenta normală față de marginea anterioară a aripii (adică perpendiculară în planul în care se află viteza și marginea anterioară) care contribuie la generarea forțelor aerodinamice, unghiul de deviere reduce această componentă. Din definiția numărului Mach:

Ma_{\mathrm {(critico\ a\ \Lambda \neq 0)} }=Ma_{\mathrm {(critico\ a\ \Lambda =0)} }{\frac {1}{\cos \Lambda }}

{\ displaystyle Ma _ {\ mathrm {(critical \ a \ \ Lambda \ neq 0)}} = Ma _ {\ mathrm {(critical \ a \ \ Lambda = 0)}} {\ frac {1} {\ cos \ Lambda}}}

Ma_ \ mathrm {(critic \ a \ \ Lambda \ ne 0)} = Ma_ \ mathrm {(critic \ a \ \ Lambda = 0)} \ frac {1} {\ cos \ Lambda}

În aeronavele relativ lente, adică la o viteză mai mică de Ma ≈ 0,6 (valoarea depinde foarte mult de caracteristicile geometrice ale aripii) este convenabil să folosiți o aripă trapezoidală fără săgeată sau cu o săgeată foarte mică.

În zborul cu viteză mai mare, aripa poate accelera la viteze supersonice în zone mici de curgere din spate și poate genera unde de șoc care măresc rezistența. Pe măsură ce viteza de zbor crește, zona afectată de undele de șoc va crește pentru a conține întregul profil aerian .

Unda de șoc generată are un unghi de incidență pe fuzelaj cu atât mai mic, cu cât avionul este mai rapid. Este important ca aripile aeronavei să rămână în conul format de acest unghi, deci cu cât este mai mare viteza pe care o poate atinge avionul, cu atât unghiul săgeții trebuie să fie mai mic. În regim supersonic , de exemplu, la o viteză de Mach 3 (de 3 ori viteza sunetului ) unghiul va fi de aproximativ 60 de grade, astfel încât săgeata aripilor trebuie să fie mai mică de 30 de grade. Planorele, pe de altă parte, din motive de poziționare a centrului de greutate, au adesea aripi cu un unghi de săgeată ușor negativ.

Avantajele unui unghi de săgeată sunt:

creșterea Mach critică;
sensibilitate scăzută la perturbații (scade sensibilitatea ridicării la unghiul de atac);
rezistență redusă.

Dezavantajele sunt:

scăderea coeficientului maxim de ridicare pe măsură ce unghiul de atac variază;
îngroșarea stratului limită la vârfurile aripilor datorită unei componente a vitezei paralele cu marginea anterioară;
caracteristici mai proaste la incidențe mari: tind să oprească mai întâi vârfurile aripilor și, prin urmare, aeronava tinde să ridice nasul, sporind fenomenul în loc să îl contracareze.

Poziția și particularitățile aripii

Unghi diedru

Același subiect în detaliu: Diedro (aeronautică) .

aripi diedru și vânt transversal

Observând o aripă în proiecție frontală, este posibil să se evalueze dacă ambele aripi se află pe același plan sau dacă, în schimb, formează un unghi (orientat în jos sau în sus) la punctul de întâlnire de-a lungul fuselajului.

Unghiul posibil format de aripile cu un plan orizontal se numește unghi diedru și prezența acestuia are o importanță considerabilă în a face un avion să fie autostabil . Auto-stabilitatea unei aeronave este capacitatea unei aeronave de a reveni în mod autonom într-o poziție stabilă după un stres.

De exemplu, luați în considerare o perturbare de genul de a face aeronava să ruleze, pornind de la o stare de zbor dreaptă și uniformă. Pe baza unor considerații geometrice simple, se va crea o componentă a forței de greutate perpendiculară pe planul de simetrie al aeronavei, astfel încât să genereze o mișcare laterală. Cu un unghi diedru pozitiv, jumătatea aripii coborâtă din cauza mișcării de rulare va fi supusă unei creșteri a unghiului de incidență datorită vitezei laterale (invers pentru cealaltă jumătate de aripă): va apărea un moment de rulare care se opune perturbare inițială.

Este intuitiv că, dacă aripile ar avea un diedru negativ, planul ar răspunde la o instabilitate care devine și mai instabilă. Această stare instabilă face ca avionul să fie mai dificil de zburat, dar în același timp îl face și mai ușor de manevrat. Ali a diedro negativo si possono trovare su aerei quale il MiG-29 , il MiG-15 o, ancora più evidente, nell' F-104 .

Posizione dell'ala

A seconda della posizione rispetto alla fusoliera l'ala può essere:

alta : Posta sopra la fusoliera
media o trasversante: Posta in prossimità della mediana della fusoliera
bassa : Sottostante alla fusoliera.


ala bassa	ala media	ala alta	ala alta a parasole (o controventata)

La posizione dell'ala è un importante fattore di stabilità. Un'ala alta rende l'aereo più stabile, perché l'aereo si trova "appeso" alle ali: il suo baricentro è più in basso del punto di applicazione della portanza, quindi l'aeromobile tende a ritornare da solo in una posizione stabile.

L'ala bassa invece, con il baricentro collocato sopra al punto di applicazione della portanza, rende l'aereo più instabile ma al contempo gli conferisce una maggiore maneggevolezza.
L'ala media richiede una struttura leggermente più complessa, ma migliora leggermente le prestazioni del velivolo riducendo la resistenza di forma . Per questo motivo è spesso utilizzata negli aerei di linea moderni e negli alianti .

Si può notare che in genere gli aerei con ala bassa richiedono il diedro positivo per avere un minimo di stabilità (come la maggior parte dei Piper ), mentre gli aerei con l'ala alta non richiedono il diedro (come la maggior parte dei Cessna ).

Ala a fessura

Se l'ala è interrotta da più fessure parallele all'apertura alare, viene detta ala a persiana .

Ala a sbalzo

Viene detta ala a sbalzo un'ala che per tutta la propria lunghezza (nel senso dell'apertura alare) non presenti strutture di sostegno esterne, risultando fissata alla fusoliera soltanto nella parte centrale.

Quando invece oltre al punto di fissaggio centrale siano presenti uno o più tiranti di sostegno che arrivano a meno di metà semiala di distanza dalla fusoliera, le ali vengono dette a semisbalzo .

Strumenti tipici di variazione del profilo alare

Se il profilo alare determina le caratteristiche di volo di un'ala e quindi di un aeromobile (prima fra tutte la velocità minima di volo in sicurezza) diviene evidente che, qualora un'ala sia progettata per volare in modo ottimale ad elevate velocità, sarà piuttosto impegnativo effettuare i decolli e gli atterraggi (che iniziano e si concludono con l'aeromobile fermo). Ideale è quindi la possibilità di variare il profilo alare (non la geometria alare) nelle diverse fasi: un profilo in grado di sviluppare elevata portanza alle basse velocità (per le manovre di decollo ed atterraggio ) e di produrre invece scarsa resistenza alle alte velocità. A tale fine gli aeromobili utilizzano alcuni strumenti particolari:

LEGENDA:

aletta d'estremità ( winglet )
alettone d'estremità
alettone interno
carenatura degli attuatori
ipersostentatore di bordo d'attacco ( slat )
ipersostentatore di bordo d'attacco ( slat )
ipersostentatore di bordo d'uscita ( flap )
ipersostentatore di bordo d'uscita ( flap )
deflettore di flusso ( spoiler ).
deflettore di flusso ( spoiler ).

Freni aerodinamici e diruttori di flusso

Vi sono casi nei quali è conveniente ridurre anche drasticamente la portanza sviluppata da un'ala per consentire una rapida perdita di quota (è ad esempio il caso degli alianti , dotati solitamente di una elevata efficienza : ridurre la portanza a bassa quota facilita l'atterraggio). ^[3]

Anche gli aerei di linea usano questa tecnica subito dopo l'atterraggio, perché l'efficacia della frenata, dopo il contatto delle ruote con il suolo, dipende grandemente dal peso che grava sulle ruote stesse.

Tale riduzione di portanza viene ottenuta dai freni aerodinamici o dai diruttori di flusso , (detti anche spoiler ): si tratta di elementi mobili, posti sul dorso dell'ala, che possono alzarsi staccando il flusso d'aria e creando una bolla di ricircolo a pressione ambiente e quindi eliminando quasi completamente la portanza in quel punto dell'ala.

Un'altra funzione degli spoiler è la correzione in volo dell' imbardata inversa prodotta dal movimento degli alettoni durante la virata . In questo caso infatti l'ala che si solleva, per effetto della deflessione in basso dell'alettone, produce una resistenza indotta ^[4] maggiore dell'ala che si è abbassata. Ne consegue un movimento di imbardata che porta il muso dell'aereo in direzione opposta al senso di virata. Nei moderni aerei commerciali questa imbardata si compensa con i flight spoiler , ovvero si solleva il deflettore sull'ala che si abbassa - dove cioè l'alettone è ruotato verso l'alto - compensando in questo modo la resistenza indotta dell'ala opposta.

Ipersostentatori

Lo stesso argomento in dettaglio: Ipersostentatore .

Meccanismo di azione di uno slat :
1 : slat esteso;
2 : slat retratto;
3 : superficie alare;
4 : meccanismo di estrazione.

Vi sono casi nei quali si desidera incrementare la portanza sviluppata da un'ala, tipicamente alle basse velocità. Di solito ciò avviene nelle fasi decollo e di atterraggio.

Tale aumento viene ottenuto da strutture mobili che modificano il profilo alare, aumentandone spesso anche la corda: si parla in questo caso di flap (quando le parti mobili modificano il bordo di uscita) oppure di slat (quando le parti mobili modificano il bordo di entrata dell'ala).

Durante il volo normale, invece, tali strutture vengono ritirate, perché solitamente queste superfici non incrementano soltanto la portanza, ma anche la resistenza dell'ala (rendendola poco idonea al volo ad alte velocità).

Alettoni

Lo stesso argomento in dettaglio: Alettone (aeronautica) .

Gli alettoni sono sezioni mobili dell'ala, incernierati lungo il bordo di uscita. Un alettone è in grado di variare le caratteristiche aerodinamiche dell'ala in cui si trova aumentandone o diminuendone la portanza.

Se vengono utilizzati gli alettoni di una sola semiala, il risultato è una variazione di assetto dell'intero apparecchio, principalmente attorno all'asse di rollio.

Atterraggio: si notino gli ipersostentatori (le superfici ruotate verso il basso) alla loro massima estensione ed i deflettori estesi sul dorso.

Altre funzioni

Oltre alla funzione aerodinamica, alle ali sono spesso demandati anche altri compiti, che richiedono elementi strutturali specifici:

Dispositivi antighiaccio a riscaldamento o pneumatici: Su molti aerei, soprattutto di linea, il bordo d'attacco può essere dotato di dispositivi antighiaccio: la formazione di ghiaccio sulle ali è infatti pericolosa. I dispositivi antighiaccio si dividono in due categorie:
- Dispositivi Anti-icing: che prevengono la formazione del ghiaccio sulle varie superfici
- Dispositivi De-icing: che hanno il compito di eliminare il ghiaccio formatosi sulle superfici
Caverie e comandi : nell'ala trovano posto tutti i cavi ed i rimandi necessari per muovere le superfici di cui sopra.
Motori : spesso i motori sono posizionati sulle ali e, in questi casi, le ali hanno opportuni castelli e rinforzi per il contenimento del peso e per il trasferimento all'intero apparecchio della spinta generata dai motori.
Serbatoi : il posizionamento dei serbatoi nelle ali ha il vantaggio di mantenere le variazioni di peso legate al consumo di carburante in una posizione vicina al baricentro dell'intero apparecchio, riducendo gli effetti delle variazioni stesse sull' assetto di volo. I serbatoi degli aerei sono realizzati in modo da minimizzare l'effetto del rollio del carburante.
Carrelli retrattili : il posizionamento dei carrelli nelle ali si rende necessario per ottenere una distanza sufficiente tra le ruote medesime, dando stabilità al mezzo quando si muove al suolo (e durante l'atterraggio). Considerazioni legate alla resistenza che le ruote genererebbero ad alte velocità ne suggeriscono la 'scomparsa' durante il volo: esse vengono richiamate in appositi alloggiamenti ricavati nella ali stesse.
Luci di posizione : Servono soprattutto per poter essere visibili da altri aeromobili e dalla torre di controllo .
Armi , munizioni : nel caso di aerei ad uso militare; anche in questo caso valgono le considerazioni di peso svolte per il carburante.

Note

^ ( EN ) Washington Post - Richard Whitcomb , su washingtonpost.com .
^ Unità 2 L'Aeroplano e le sue parti pag5 .
^ L' effetto suolo tende a far galleggiare il velivolo.
^ La resistenza è funzione della portanza: quando quest'ultima aumenta, in generale aumenterà anche la resistenza. La teoria della resistenza indotta è una teoria che permette di tener conto degli effetti delle estremità alari sulla resistenza.

Voci correlate

Altri progetti

Wikizionario contiene il lemma di dizionario « ala »
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su ala

Collegamenti esterni

Gaetano Carbonaro, Ala , in Progetto e disegno di costruzioni aeronautiche , http://dida.fauser.edu/dispro/carbonar/index.htm . URL consultato il 6 ottobre 2009 .
( FR ) Configurations d'avion - Type d'ailes , su avionslegendaires.net . URL consultato il 18 giugno 2010 .

Portale Aviazione

Portale Ingegneria

[1] ( EN ) Washington Post - Richard Whitcomb , su washingtonpost.com .

[2] Unità 2 L'Aeroplano e le sue parti pag5 .

[3] L' effetto suolo tende a far galleggiare il velivolo.

[4] La resistenza è funzione della portanza: quando quest'ultima aumenta, in generale aumenterà anche la resistenza. La teoria della resistenza indotta è una teoria che permette di tener conto degli effetti delle estremità alari sulla resistenza.

[1]

[2]

[3]

[4]

V · D · M Componenti e sistemi di bordo di aeromobili
Strutture aeronautiche	Bordo di attacco · Bordo di uscita · Asta di controvento · Cabane · Carenatura · Cassone alare · Centina · Corrente · Cupolino · Deriva · Estremità alare · Fusoliera · Gondola motore · Impennaggio · Impennaggio a T · Impennaggio a V · Impennaggio bideriva · Impennaggio cruciforme · Longherone · Montante interalare · Ordinata · Parafiamma · Paratia posteriore pressurizzata · Piano orizzontale · Pilone alare · Puntone · Radice alare · Rivestimento lavorante · Stabilizzatore · Superficie portante · Trave di coda · Vernice tenditela
Comandi di volo e sistemi di controllo	Aerofreno · Alette canard · Alettone · Barra di comando · Elevone · Equilibratore · Flaperon · Fly-by-wire · Gust lock · Pilota automatico · Sensibilità artificiale · Side-stick · Smorzatore d'imbardata · Spoiler · Spoileron · Stabilatore · Stick pusher · Stick shaker · Svergolamento alare · Timone · Trim
Impianti e sistemi di ipersostentazione	Ala a geometria variabile · Aletta d'estremità · Controllo dello strato limite · Aletta Handley-Page · Estensione del bordo di attacco (LEX) · Generatore di vortici · Flap Fowler · Ipersostentatore · Paretina antiscorrimento · Slat · Slot · Strake · Stall strip
Sistemi avionici e strumenti di bordo	ACAS · ADF Air data computer · Anemometro · Altimetro · Annunciator panel · Bussola · Indicatore di scostamento dalla rotta · EFIS · EICAS · ELT · Flight data recorder · Flight Management System · Glass cockpit · GPS · Indicatore della situazione orizzontale · Indicatore di rotta · INS · Orizzonte artificiale · Radioaltimetro · Radiogoniometro · Radiobussola · Sistema prese statiche-dinamiche · TCAS · Transponder · Virosbandometro · Variometro
Impianti motore e carburante	Acceleratore · Anello Townend · Automanetta · Cappottatura NACA · FADEC · Drenaggio carburante · Inversori di spinta · Manetta · Presa d'aria · Serbatoio alare · Serbatoio autosigillante · Serbatoio sganciabile · Wet wing
Carrello di atterraggio ed impianto frenante	Ammortizzatore idraulico · Autobrake · Carrello d'atterraggio · Gancio di coda · Parafreno · Pattino d'atterraggio
Dispositivi di fuga	Capsula eiettabile · Seggiolino eiettabile
Altri impianti e sistemi	APU · De-icing boot · Impianto antighiaccio · Impianto idraulico · Impianto di pressurizzazione · Impianto pneumatico · Impianto ossigeno di emergenza · Luci di atterraggio · Luci di navigazione · Passenger service unit · Ram air turbine · Toilette di bordo