Aerodinamica dell´autogiro - Alessio Bartoloni

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Flusso a salire 17 mph o 25 fps [Fig. 16-3 ] Muovendosi verso l’esterno lungo la pala rotore, la velocità di rotazione aumenta eccedendo la componente verso l’alto del flusso, il risultato è un più alto vento relativo a un minore angolo d’incidenza REGIONI DEL DISCO ROTORE Come per qualsiasi profilo aerodinamico, la portanza generata dalle pale rotore è perpendicolare alla direzione del vento relativo. Dato che il vento relativo sulle pale rotore in autorotazione varia da un alto angolo d’incidenza all’interno a un basso angolo d’incidenza all’esterno, la portanza ha un’alta componente nel senso dell’avanzamento nell’area vicino al mozzo ed un’alta componente nel senso verticale vicino all’estremità. Questo determina che aree distinte del disco rotore generino le forze necessarie al volo autorotativo. [fig. 16-4] La regione autorotativa , o “trainante” genera una forza aerodinamica totale la cui componente avanzante supera tutte le forze di resistenza e mantiene in rotazione il rotore stesso. La regione propulsa, o “trainata” , genera una forza aerodinamica totale , la cui alta componente verticale permette il sostentamento in aria dell’autogiro. Vicino al mozzo, invece, vi è un’area di stallo dove la componente del vento relativo è così bassa che l’angolo d’incidenza risultante è sotto il limite di stallo per il profilo stesso. L’area di stallo crea una resistenza rispetto alla direzione di rotazione che deve essere compensata dalle forze avanzanti generate dalla zona “trainante”. AUTOROTAZIONE NEL VOLO AVANZANTE AUTOROTAZIONE VERICALE Velocità rotore : 300 r.p.m. Di stallo Flusso a salire 17 mph o 25 fps Mozzo Risultante vento relativo Flusso rotante 21 mph o 31 fps Estremità Risultante vento relativo Flusso rotante 21 mph o 31 fps Flusso verso alto attraverso rotore Asse di rotazione Regione “trainante” AUTOROTAZIONE VERTICALE Regione “Trainata” Regione “Trainante” Regione Di stallo Regione “trainata” (Elica) Forza Aerodinamica tot. portanza Davanti allo Vento relativo asse di rotaz. Port. rotativo resistenza Regione “trainante” (Autorotativa) Regione di stallo Pala stallata [Fig. 16-4 ] La forza aerodinamica totale è davanti all’asse di rotazione nella regione “trainante” . La resistenza supera la forza aerodinamica nella regione di stallo. Chiarito, per semplicità, il principio dell’autorotazione nell’ambito di un moto semplicemente verticale, bisogna ora considerare, in maniera più attinente alla pratica del volo con l’autogiro, ciò che accade quando il vento relativo che investe le pale ammette anche una componente di traslazione. Questa componente non ha effetto sui principi aerodinamici che fanno ruotare le pale, ma causa lo spostamento delle regioni del disco rotore. Effettivamente, quando l’autogiro si muove in avanti nell’aria, la velocità d’avanzamento si aggiunge al vento relativo che colpisce la pala avanzante, e si sottrae dal vento relativo che colpisce la pala retrocedente. Per evitare che si creino forze impari sui lati del disco rotore, la pala avanzante oscilla verso l’alto riducendo l’angolo l. corda Risultante vento rel. flusso Asse di rotazione Forza Aerodinamica tot. Dietro allo asse di rotaz. resistenza Pala avanzante flusso Port. Asse di rotazione 16 - 2 Forza Aerodinamica totale resistenza
d’incidenza, mentre la pala retrocedente oscilla verso il basso aumentando l’angolo d’incidenza e la portanza. L’angolo d’incidenza minore della pala avanzante fa si che una maggior parte della pala stessa sia da considerarsi nella regione “trainata”, mentre il maggior angolo d’incidenza della pala retrocedente fa si che una maggior parte della stessa essa si trovi nella regione di stallo. Il risultato è uno “slittamento” delle regioni verso il lato retrocedente del disco rotore proporzionalmente alla velocità di avanzamento del velivolo [Fig. 16-5] FLUSSO INVERSO In un sistema rotore in volo avanzante il flusso inverso si verifica vicino al mozzo sul lato retrocedente del disco rotore. Questo è il risultato della velocità d’avanzamento del velivolo che supera la velocità di rotazione delle pale. Per esempio , a 2 piedi di distanza dal mozzo la pala descrive un cerchio di 12.6 piedi di circonferenza. A 300 rpm rotore la pala , nel punto indicato, ha una velocità di 42 mph. . Se il velivolo si muove a 42 mph. La velocità di avanzamento contrasta la velocità di rotazione della pala retrocedente nel punto in cui essa ruota alla stessa velocità (quindi a 2 piedi dal mozzo). Quindi nella pala retrocedente, nella parte compresa tra il mozzo ed il punto a 2 piedi i distanza dallo stesso, la velocità di avanzamento è maggiore della velocità di rotazione in misura crescente più ci si avvicina al mozzo. Ne risulta che il flusso colpisce il bordo d’uscita della pala, con una velocità via via crescente [Fig. 16-5] Le regioni del disco rotore nel volo autorotativo avanzante verso il mozzo del rotore [Fig. 16-6] LA dimensione dell’area soggetta a flusso inverso è determinata primariamente dalla velocità di avanzamento del velivolo, velocità maggiori corrispondono a maggiori dimensioni dell’area soggetta a flusso inverso. In qualche modo, anche la velocità di rotazione del rotore ha un qualche effetto sulla dimensione dell’area, quando il rotore opera a bassi giri risulta molto più soggetto al flusso inverso e soprattutto la porzione di pala soggetta è di dimensioni maggiori. STALLO DELLA PALA RETROCEDENTE Lo stallo della pala retrocedente dell’autogiro differisce da quello dell’elicottero dove si verifica lontano da mozzo in una posizione compresa tra il 20% e il 40% piuttosto che all’estremità della pala. Dato che l’autogiro opera in avanzamento, la regione di stallo si accentra verso l’interno sulla pala retrocedente [fig. 16-5] Aumentando la velocità, l’angolo d’incidenza della pala retrocedente aumenta per prevenire la dissimmetria di portanza e l’area di stallo si muove verso l’esterno della pala retrocedente. Dato che comunque la regione di stallo della pala è piuttosto interna e non verso l’esterno della pala, come sull’elicottero, si crea meno forza sul centro di gravità del velivolo. Quindi anche se avvertite un aumento di vibrazione non vi troverete ad affrontare tendenza al beccheggio o al rollio. FORZA DEL ROTORE Come per qualsiasi velivolo più pesante dell’aria , vi sono 4 forze che agiscono su un autogiro in volo che sono: portanza, peso, trazione e resistenza. Pala retrocedente Direzione di volo Regione “trainata” Regione “trainante Volo avanzante a 42 mph Area soggetta a flusso inverso Velocità rotore 300 rpm, Pala avanzante [Fig. 16-6] Un area di flusso inverso si forma sulla pala retrocedente nel volo avanzante come effetto della velocità di avanzamento maggiore della velocità di rotazione delle pale. 16 - 3
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