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ⓘ Ala a freccia negativa




Ala a freccia negativa
                                     

ⓘ Ala a freccia negativa

L ala a freccia negativa, o ala a freccia inversa, è un particolare tipo di ala a freccia. Si tratta di unala ad alte prestazioni, caratterizzata da un angolo di freccia negativo.

Nonostante gli studi compiuti fino ad oggi abbiano dimostrato che si tratti di una soluzione applicabile ed efficiente, i vantaggi ottenuti non sono stati ritenuti sufficienti per compensare i problemi strutturali incontrati, e ad oggi è una configurazione alare poco diffusa.

                                     

1.1. Storia Ricerche iniziali

Il concetto di aereo con ali a freccia negativa è stato proposto per la prima volta nel 1936 in Germania, anche se il progetto non ha avuto un seguito immediato. Bisogna attendere lo scoppio della Seconda Guerra Mondiale perché si facessero test pratici di un aereo con questa configurazione alare. Inizialmente fu la Messerschmitt AG a sperimentare il concetto, ma il primo aereo con ala a freccia inversa fu il bombardiere leggero Junkers Ju 287. I vantaggi ricercati non erano però di tipo aerodinamico: le ali a freccia invertita permettevano di collocare le ali molto a valle della struttura dellaeromobile, massimizzando le dimensioni del vano bombe.

Tra le forze aeree alleate, invece, solo il semisconosciuto costruttore americano Cornelius utilizzò - nel 1944 - il concetto di ala inversa per il modello XFG-1. Si trattava di un aliante per trasporto carburante, ne furono costruiti solo due.

                                     

1.2. Storia Successivi sviluppi

Nel 1948, basandosi sul progetto tedesco dello Ju 287, lUnione Sovietica sviluppò lo Tsybin LL-3, che ebbe un notevole impatto sullo sviluppo del prototipo della Sukhoi SYB-A del 1982. Questo progetto anticipa di due anni il suo corrispettivo statunitense, il dimostratore tecnologico Grumman X-29.

La NACA, progenitrice della successiva NASA, svolse anche esperimenti sulluso di unala a freccia invertita per il primo della fortunata serie degli aerei x, il Bell X-1, ma i problemi strutturali incontrati risultavano maggiori dei vantaggi aerodinamici ottenuti.

Luso dellala a freccia inversa continuò ad essere considerato inapplicabile fino ai tardi anni 70, quando la DARPA iniziò a sperimentare luso di ali in materiali compositi, e di sistemi digitali di controllo fly-by-wire. Ciò permise di progettare aeromobili che fossero dinamicamente instabili, e quindi molto manovrabili. Il primo progetto avrebbe dovuto basarsi sul caccia F-16, modificato per utilizzare unala a freccia negativa e denominato per questo SFW swept forward wing, ala inclinata in avanti, ma non si tradusse mai in un prototipo.

Fu invece la Grumman a costruire due esemplari del dimostratore tecnologico X-29, che svolse i suoi primi voli nel 1984. Il prototipo, dotato anche di superfici canard, si dimostrò estremamente manovrabile anche ad angoli di attacco superiori a 60°. Con lintroduzione dei motori a spinta vettoriale ed il progressivo miglioramento di prestazioni dei missili a medio raggio, però, la necessità di aerei molto manovrabili si ridusse, e così anche limportanza delle ali a freccia inversa.

Ciononostante, nel 1997 la Sukhoi inizio le prove del caccia Su-47, presentando il prototipo al Salone internazionale dellaeronautica e dello spazio di Parigi-Le Bourget. Nonostante non sia mai entrato in produzione, ha effettuato numerosi voli di prova ed è stato presente a numerose manifestazioni aeree.

                                     

1.3. Storia Applicazioni pratiche

Nonostante luso dellala a freccia invertita in campo militare non sia mai andato oltre allo stadio di prototipo, esistono vari aerei civili che ne fanno uso:

  • il CZAW Parrot;
  • lHFB-320, aviogetto commerciale costruito in 50 esemplari, primo volo nel 1964; lala a freccia invertita permetteva di avere una cabina passeggeri più spaziosa, senza un wing spar;
  • il Saab Safari, velivolo da addestramento militare del 1969;
  • lo Scaled Composites Boomerang, un prototipo di velivolo con motore a pistoni; ne esiste un solo esemplare;
  • il Cessna NGP, prototipo di velivolo monomotore che mira ad essere il capostipite di una nuova generazione di aeroplani, volti a sostituire gli ormai anziani Cessna 172 e Cessna 182.

Esistono inoltre numerosi alianti biposto ad ala alta che utilizzano lala a freccia inversa. Il posizionamento arretrato dellala fa sì che essa non oscuri la vista laterale di chi sta seduto nel posto posteriore. Il LET L-13 Blaník, il più diffuso aliante biposto del mondo, è un tipico esempio di questa applicazione.



                                     

2. Caratteristiche aerodinamiche e costruttive

Lala a freccia, sia essa a freccia positiva o negativa, offre limportante vantaggio di ridurre la resistenza donda a velocità transoniche o supersoniche, riducendo il numero di Mach dellaria che scorre sullala. Visto che gli effetti dellangolo di freccia variano proporzionalmente al coseno dellangolo stesso, non vi dovrebbero essere differenze tra unala con freccia positiva ed unala con freccia negativa.

È però necessario fare alcune considerazioni aggiuntive.

                                     

2.1. Caratteristiche aerodinamiche e costruttive Stallo

Uno dei vantaggi garantiti dalluso dellala a freccia negativa è il miglior controllo ad elevati angoli dattacco, grazie alla minor vulnerabilità allo stallo di potenza.

In unala a freccia positiva il flusso dellaria che scorre sullala va dallinterno verso lesterno, ed i filetti fluidi divengono turbolenti alle estremità alari prima che al centro. Ciò significa che lo stallo comincia alle estremità alari, ove sono montate le superfici di controllo.

In unala a freccia negativa invece il flusso dellaria va dallesterno verso linterno. Ciò significa che alle alte velocità lo stallo inizia dal centro dellala, garantendo un miglior controllo degli alettoni ad elevati angoli di attacco.

                                     

2.2. Caratteristiche aerodinamiche e costruttive Struttura

Unala a freccia inversa viene montata più a valle della fusoliera rispetto ad unala a freccia positiva, perché il suo peso tende a gravare verso il muso dellaereo invece che verso la coda. Ciò permette di avere un maggiore spazio utile nella fusoliera da usare come vano di carico, perché la stessa non viene ostruita dalle necessarie strutture di supporto dellala.

Luso di unala a freccia inversa comporta molto spesso luso di alette canard si vedano ad esempio i già citati X-29 e Su-47. Visto che lala canard e lala principale sono una a monte ed una a valle del baricentro dellaereo, possono essere entrambe portanti senza destabilizzare e rendere laereo dinamicamente instabile.

Di contro, il flusso daria che investe lala ad alte velocità tende a torcerle con un momento torcente proporzionale alla velocità del flusso stesso. Si può evitare che questo fenomeno chiamato divergenza dinamica aeroelastica risulti pericoloso dimensionando lala per poter operare ad una velocità maggiore di quella che laereo possa raggiungere, ma questo comporta che unala a freccia inversa debba essere più robusta di unanaloga ala a freccia positiva, e che quindi risulti più costosa. Per evitare di dover irrobustire lala rendendola molto più pesante è infatti necessario utilizzare materiali compositi, di maggior costo.



                                     

2.3. Caratteristiche aerodinamiche e costruttive Stabilità

Un aereo con ala a freccia inversa è meno stabile di un aereo con ala a freccia convenzionale:

  • Stabilità alla virata: quando un aereo con ala freccia inversa effettua una virata, lala esterna genera una resistenza minore rispetto a quella interna, accentuando la manovra. Viceversa, in unala a freccia positiva, lala esterna genera una resistenza maggiore, smorzando la manovra. In particolare lala che si abbassa aumenta il suo angolo dattacco, questo causa un aumento della portanza che tende ad opporsi alla manovra, ma crea anche una aumento di resistenza che tende ad arretrare lala. Si crea il "dutch roll", nome che deriva da una manovra di pattinaggio che spiega lo stretto legame tra la stabilità trasversale e quella direzionale o meglio ancora ad ogni movimento di rollio è sempre correlato un movimento di imbardata.
  • Stabilità longitudinale: quando un aereo con ala a freccia inversa effettua una manovra lungo lasse di beccheggio una cabrata o una picchiata, lala tende ad accentuare la manovra: la resistenza di forma aumenta, ma visto che il centro di rotazione dellala è dietro al centro di applicazione della forza, questa genera un momento che tende ad aumentare ancora langolo di rotazione. Viceversa, in unala a freccia positiva, le variazioni dellangolo di incidenza tendono a contrastare la rotazione stessa.

In aeronautica la maggior instabilità è da un lato un parametro ricercato, perché si traduce in una miglior agilità e capacità di manovra, ma dallaltro rende più difficile il controllo dellaereo e quindi aumenta la necessità che il volo sia servoassistito.

                                     
  • aerodinamica che può venire installata sulle ali a freccia disponendosi all incirca perpendicolarmente al piano dell ala e parallelamente alla direzione di avanzamento
  • Un ala a geometria variabile è un tipo di ala che può variare l angolo di freccia durante il volo. Di solito, l ala ritratta è maggiormente adatta per
  • caccia a reazione. Aveva coda a V e ali a freccia Possedeva una struttura snella e portava un serbatoio di combustibile da 500 l su ogni ala Progetto
  • semifisse, regolabili con differenze di 10 con una configurazione a freccia negativa Successivamente la sperimentazione si spostò su un Mirage III R
  • da addestramento basico, monomotore, biposto e monoplano ad ala alta a freccia negativa progettato dall azienda aeronautica svedese AB Malmö Flygindustri
  • Uscita negativa Figura 9: Formazione: Pony 4 e 5 a posto e looping a calice Solista: Tonneau lento Figura 10: Formazione: Tonneau destro a cigno Solista:
  • bombardieri, era caratterizzato da una rivoluzionaria configurazione alare a freccia negativa il primo velivolo della storia ad utilizzare questa soluzione. Fu
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