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ⓘ Comandi di volo e sistemi di controllo del volo




Comandi di volo e sistemi di controllo del volo
                                     

ⓘ Comandi di volo e sistemi di controllo del volo

I Comandi di volo ed i sistemi di controllo sono costituiti dallinsieme delle superfici di controllo di volo, i rispettivi controlli della cabina di guida, i collegamenti alle superfici, i meccanismi operativi necessari per controllare la direzione di un aeromobile in volo ed i controlli per i comandi del motore dei velivoli, in quanto comandano le variazioni di velocità.

I controlli dei comandi di volo sono ampliati nella voce Pilotaggio degli aeroplani, dove vengono dettagliati gli essenziali comandi su cui il pilota può agire per modificare lassetto, la direzione e la velocità.

                                     

1.1. Comandi in cabina Controlli primari

I controlli primari dei comandi in cabina, generalmente sono i seguenti:

  • La manetta per il comando della quantità di gas al motore e per la regolazione della velocità.
  • la pedaliera per il controllo dellimbardata attraverso il comando del timone.
  • la cloche o barra di comando, con movimenti laterali per il comando degli alettoni e con spostamenti in avanti e indietro per i comandi all’equilibratore.

Anche quando un aereo usa superfici di controllo di volo non convenzionali, come un impennaggio bideriva oppure con deriva a V, flaperons, oppure elevoni, per evitare confusione al pilota i sistemi di controllo di volo del velivolo sono comunque progettati in modo convenzionale: la barra di comando o cloche per il controllo del rollio e del beccheggio, la pedaliera del timone per limbardata.

Lo schema base per i moderni comandi di volo fu introdotto dai pionieri dellaviazione francese Robert Esnault-Pelterie e Louis Blériot con i controlli Esnault-Pelterie sul monoplano Blériot VIII nellaprile 1908; il sistema fu standardizzato nel luglio 1909 sul Blériot XI per la traversata della Manica.

I comandi di volo sono stati insegnati per molti decenni, e resi popolari da manuali di volo come Stick and Rudder: An Explanation of the Art of Flying scritto nel 1944 da Wolfgang Langewiesche.

                                     

1.2. Comandi in cabina Controlli secondari

Oltre ai controlli di volo primari per rollio, beccheggio e imbardata ci sono spesso a disposizione del pilota, dei controlli secondari per migliorare le condizioni di volo o per alleviargli il carico di lavoro. Il trim è il controllo più comunemente disponibile ed è un dispositivo per controllare l’assetto, in modo che il pilota non abbia da mantenere costantemente la forza sulla barra di comando, per spostarla in avanti o indietro, per tenere un assetto specifico altri tipi di compensatori sono per il timone e per gli alettoni, generalmente comuni sugli aerei di grandi dimensioni. Altri controlli di volo secondari sono gli ipersostentatori, posizionati sul bordo di uscita e sul bordo dattacco dellala, che vengono tipicamente azionati durante le fasi di decollo e di atterraggio al fine di aumentare la portanza sullala a parità di velocità del velivolo.

                                     

2. Sistemi di controllo del volo

Stick shaker

Lo stick shaker letteralmente scuoti-barra è un dispositivo meccanico che fa vibrare velocemente e rumorosamente la barra di comando per avvertire il pilota che è imminente uno stallo.

                                     

2.1. Sistemi di controllo del volo Sistemi Meccanici

I sistemi meccanici o manuali, sono il metodo più semplice per il controllo di un velivolo. Essi sono stati utilizzati nei primi aeromobili e sono attualmente utilizzati in piccoli aerei, dove le forze aerodinamiche non sono eccessive. I primi velivoli, come il Wright Flyer I, Blériot XI e Fokker Eindecker utilizzavano la deformazione dellala per controllare il rollio e non le convenzionali superfici di controllo, ed a volte neanche per il controllo dellassetto longitudinale a picchiare o a cabrare come il Wright Flyer I le versioni originali del 1909 dellEtrich Taube, che avevano solo un doppio timone che regolava limbardata. Un sistema di controllo del volo manuale, utilizza un insieme di parti meccaniche quali: aste, cavi in tensione, pulegge, contrappesi, e talvolta catene per trasmettere le forze applicate dal pilota direttamente alle superfici di controllo. Per regolare la tensione del cavo di comando sono spesso utilizzati dei tenditori. Il Cessna Skyhawk è un tipico esempio di un aeromobile che utilizza questo tipo di sistema manuale non potenziato.

Il blocco comandi in lingua inglese gust lock con sistemi meccanici è spesso utilizzato quando il velivolo è parcheggiato, per proteggere le superfici di controllo ed i collegamenti ed evitare danni provocati dal vento.

In velivoli di grandi dimensioni e quindi con grande superficie alare oppure elevati carichi aerodinamici derivanti dalla velocità e nei velivoli ad alte prestazioni, si rende necessario lutilizzo di sistemi motorizzati per ridurre lo sforzo del pilota ed ottenere il massimo vantaggio meccanico.



                                     

2.2. Sistemi di controllo del volo Dispositivi di sensibilità artificiali

Con i sistemi di controllo di volo puramente meccanici, le forze aerodinamiche sulle superfici di controllo sono trasmesse attraverso i meccanismi ed avvertiti direttamente dal pilota, consentendo un feedback della velocità dellaria e relative sollecitazioni. Con i sistemi di controllo di volo idromeccanici, tuttavia, il carico sulle superfici non può essere sentito e vi è il rischio di sovra sollecitazioni dellaeromobile attraverso leccessivo movimento superficie di controllo. Per superare questo problema, sono stati utilizzati dei dispositivi di sensibilità artificiale.

                                     

2.3. Sistemi di controllo del volo Dispositivi anti-stallo

Gli aerei ad ala fissa possono essere dotati di dispositivi per prevenire, rimandare uno stallo o per facilitarne il recupero:

  • anti-stall strake è unestensione del bordo dentrata di un profilo alare che genera un vortice sulla superficie superiore dellala per ritardarne lo stallo.
  • Generatori di vortici
  • Stall Strips, sono dispositivi fissati sul bordo dattacco dei velivoli ad ala fissa per modificare le caratteristiche aerodinamiche del profilo alare. Lo scopo principale è quello di avviare la separazione del flusso in determinati punti dellala durante il volo in caso di alto angolo di attacco, in modo tale da migliorare la controllabilità del velivolo quando entra in stallo. Sono normalmente installati in coppie, simmetricamente su entrambe le ali.
  • Avvisatore di stallo
  • Stick pusher, è un dispositivo oleodinamico o servomeccanico che spinge in avanti il comando dellequilibratore quando langolo di attacco raggiunge predeterminati valori.


                                     

2.4. Sistemi di controllo del volo Stick shaker

Lo stick shaker letteralmente scuoti-barra è un dispositivo meccanico che fa vibrare velocemente e rumorosamente la barra di comando per avvertire il pilota che è imminente uno stallo.

                                     

3. Sistemi di controllo Fly-by-wire

Il sistema di controllo Fly-by-Wire, a volte chiamato Digital-Fly-by-Wire, e abbreviato in FBW, letteralmente volare tramite cavo, è un sistema che sostituisce i tradizionali comandi di volo diretti cioè direttamente connessi agli elementi da controllare, meccanicamente o tramite un sistema idraulico con un sistema di comando elettronico digitale. Le connessioni meccaniche tra barra di comando e superfici alari sono così sostituite da una catena di trasduttori e sensori potenziometri ed encoder che dalla cloche inviano, tramite segnali elettrici, la posizione della stessa a uno o più computer che, dopo opportune elaborazioni, trasmettono i segnali ad appositi attuatori i quali a loro volta muovono le superfici aerodinamiche attraverso il sistema idraulico o attraverso attuatori elettromeccanici.

                                     

4. Ricerca

Ci sono diversi progetti di ricerca e sviluppo tecnologico per integrare le funzioni dei sistemi di controllo del volo per gli alettoni, equilibratori, elevoni, flaps, e flaperon nelle ali, al fine di perseguire migliorie aerodinamiche con il vantaggio di ridurre: massa, costo, resistenza, inerzia per una più rapida e efficace risposta al controllo, complessità minor numero di parti o superfici meccanicamente più semplici, che richiedono minore manutenzione ed una sezione trasversale con minore tracciabilità radar. Questi sistemi possono essere utilizzati in molti velivoli senza equipaggio UAV e velivoli da combattimento di sesta generazione. Come esempio significativo si riporta il progetto Boeing X-53 Active Aeroelastic Wing ed il progetto UAV Demon di BAE Systems come parte del progetto "FLAVIIR".