Flavio Mattavelli

 

Appendice sulle ali ad anello (chiuso o aperto; configurazione tuttala, parte quarta).

 

Leggere dopo le parti prima e terza dell'articolo sui tuttala di cartoncino (180 g/m2).

 

Tipi R, G, B e sottocasi.

Ho raggruppato in quest'appendice le ali ad anello completamente chiuso (nei modelli biplani che verranno chiamati tipi B...) e le "winglets" ad anello aperto (nei modelli tipi R... & G...), queste "winglets" per me ora omonime di estremità di ali ad anello aperto, da me realizzate nei modi che seguono.

Per dovere d'informazione esistono anche le "spiroid wing tips", cioè "winglets" ad anello chiuso spiroidalmente solo attorno alle estremità delle semiali, "tips" che però non analizzerò compiutamente e non sono state sperimentate nei miei modelli.

Le foto sono tutte viste da sopra.

Qualcuno chiama le ali ad anello aperto ali tipo C, però occorre precisare se C rivolto in alto o in basso: io le ho chiamate rispettivamente R (rivolte in su) e G (rivolte in giù).

 

La foto a sinistra rappresenta un modello tipo R..., modelli che ancora possono essere costruiti in cartoncino con i concetti di stabilità dei modelli tipo A..., ma con le estremità alari rivoltate al di sopra dell'ala a freccia positiva, attraverso due derive-winglets reggenti verso l'interno dell'ala le 2 superfici stabilizzanti quasi orizzontali, ad incidenza negativa. In realtà la stabilizzazione è mista tra A&Z, ma per semplificare mi sono riferito solo ai modelli A....

 

Già negli anni '20 Prandtl aveva teorizzato l'ala chiusa ad anello per eliminare la resistenza indotta.

Nei tipi R... l'ala non è chiusa, ma le 2 superfici stabilizzanti puntano a chiudere posteriormente, rispetto al senso di marcia, l'anello, per creare quello che in pianta potrebbe essere definito un tandem romboidale, se l'anello fosse chiuso a biplano con l'ala superiore arretrata (come successivi tipi BR...).

L'ala superiore (mancante nella foto a lato) potrebbe essere a freccia positiva, nulla o negativa, ed occuperà la parte centrale bassa della foto, restando però sollevata sul piano della foto.

 

Ho chiamato i modelli, che sarebbero in realtà tipi AR..., semplicemente tipi R...e chiamerò i modelli in realtà tipi AG...semplicemente G.
La foto a destra rappresenta un modello tipo G...in cartoncino volante in direzione opposta al tipo precedente, con le stesse dimensioni, sempre con le superfici stabilizzanti posteriori ad anello aperto. Il tipo G...è il contrario dei precedenti R... perché G...ha le derive rivoltate in giù, tuttavia dovrà avere sempre le 2 superfici stabilizzanti ad incidenza negativa rispetto al senso di marcia, come nei tipi A....
Purtroppo nella foto è poco immediato, ma il diedro trasversale è sempre positivo.

Se togliete la clip potete unire, sovrapponendole con le stesse incidenze, le superfici stabilizzanti del tipo G con l'ala del tipo R e le superfici stab. del tipo R con l'ala del tipo G, che volerà a freccia negativa, lasciando l'unica stessa clip solo in punta al tipo R, che avrà la freccia positiva inferiore al biplano risultante dalla sovrapposizione. Le 2 ali formeranno un diedro longitudinale, con l'ala inferiore davanti e planeranno nel senso di marcia di R...purché il baricentro sia nella giusta posizione. Il vantaggio è che avremo 2 ali con una clip, che però probabilmente dovrà essere di peso un poco diverso...

Tale biplano romboidale risulterà dall'unione di R con G invertito, cioè le alette terminali ad inclinazione negativa di G diverranno inclinate positive nell'altro senso di marcia, come nella stabilizzazione dei modelli P....(in realtà stabilizzazione mista P&U, ma indicata solo P per semplificare).

Ecco dunque a sinistra il tipo BR1, con ala anulare completamente chiusa.

Non è l'unica soluzione, perché può volare anche un biplano in tandem con l'ala superiore avanzata. Cioè ripetete la sovrapposizione delle ali, ma nel senso di marcia della foto del tipo G, lasciando la clip in punta al tipo G e togliendo la clip dal tipo R. L'ala superiore sarà a freccia positiva, mentre l'ala posteriore a freccia negativa resterà sotto, determinando il tipo BG..., non fotografato.

Ho denominato tali modelli biplani tipo BR... oppure tipo BG... a seconda della posizione rispettiva dell'ala a freccia positiva anteriore, rispettivamente bassa o alta nel senso di marcia.

Dopo aver visto i tuttala a freccia negativa, potete anche introdurre i tipi PR... ad estremità rivoltate in alto con i concetti dei modelli P..., oppure ad estremità rivoltate in basso, tipi PG..., sempre con i concetti dei modelli P..., cioè con 2 superfici stabilizzanti ad incidenza positiva, rispettivamente superiori od inferiori nei modelli PR...& PG..., rivolte all'interno, senza chiudere l'anello.

Poi, se vorrete chiudere l'anello alare, potrete passare ancora ai tipi BR... oppure BG...come preannunciati.

Per completezza di terminologia osservare che i tipi BR...& BG...non potrebbero essere altro che la sovrapposizione di 2 tuttala tipi M...(senza testa/coda, perché c'é l'altra ala), cioè B=M1+M2 nel caso che il baricentro sia pressoché in posizione neutra coincidente col fuoco aerodinamico del modello, pregiudicando non poco la stabilità longitudinale, ma facilitando eventuali acrobazie e sogni di marcia avanti/indietro senza capovolgimenti...

 

Non si tratta di una cartella colori, ma R,G,B sono le sigle che ho dato a tipi speciali di modelli tuttala (se volete non proprio tuttala) di cartoncino, piuttosto volubili per la qualità del materiale e per le possibilità di esecuzione. Spero di non avervi confuso le idee con le mie terminologie, perché l'ala ad anello, nonché le "spiroid wing tips", sembra che rappresentino le frontiere della futura aeronautica, al fine della riduzione dei consumi di carburante, per via della riduzione delle resistenze indotte.

Già esistono prototipi ad ali anulari chiuse in idrovolanti da turismo, diversi interessanti progetti di "prandtlplanes", e si è prospettato il discorso dell'ala di Prandtl anche per i "liner" commerciali civili, sebbene forse in futuro alcuni vorrebbero ripiegare per questi sui tuttala ad ala singola, con fusoliera inglobata nell'ala.

Le "spiroid wing tips" sono già usate in diversi aerei e potrebbero essere applicate anche ai modelli R..& G...di cartoncino, nastrando opportunamente con il nastro adesivo le estremità delle semiali di tali modelli, estremità ulteriormente modificate secondo la tecnologia spiroidale.

Dovrebbe essere facile realizzare delle "spiroid wing tips" bloccando le estremità dei modelli R & G con pezzetti di nastro adesivo, ma occorre studiare anche il miglior giro possibile del pezzo di estremità tra bordo d'entrata e d'uscita alare, la cosa non è proprio così elementare, e verrà qui trascurata.

 

Torniamo in breve alle mie sigle piuttosto ambigue.

R = tuttala con ala aperta rivoltata in alto

G = tuttala con ala aperta rivoltata in giù

B = biplano con ala chiusa a pianta per lo più romboidale (ma forse potrebbe essere con vantaggio anche a freccia sovrapposta), definibile anche "tuttala" biplano o, nelle versioni romboidali, tandem canard (che non è né canard né tuttala), comunque detto talora ad ala di Prandtl o ala a box (che non è a scatola) variamente conformata.

Le conformazioni possono essere mostruose e Prandtl si rivolterà nella tomba.

Possono variare le superfici e le frecce anteriori e posteriori. Inoltre può variare assai il diedro longitudinale ed i diedri trasversali a seconda della posizione verticale o inclinata delle derive e delle incidenze delle originarie superfici stabilizzanti, diedri trasversali aggravati dal peso del cartoncino. Il diedro longitudinale può esistere tra superfici entrambe portanti (come nei canard) o no (come nei tuttala similconvenzionali)?

L'anello dei B...costruttivamente si può fare sviluppando l'ala sul foglio di cartoncino e chiudendo l'anello con una sola giunta di nastro adesivo, dove metterete anche la clip; oppure con 2 giunte alle estremità alari, etc., ma costruzione sempre più complicata in pratica. Ho provato in vari modi di costruzione, ma mi sono trovato spesso male.

Forse è più semplice fare le 2+2 semiali collegate alle estremità nel cartoncino di origine, e poi nastrarle una ad una sulle mezzerie del modello con 2 nastri adesivi (o un nastro ed una graffetta metallica, più pratica ma più pesante di un pezzetto di nastro). Può essere opportuno nastrare sopra e sotto la giunta, perchè talora il nastro da una sola parte può indurre un arricciamento indesiderato (o desiderato) delle superfici giuntate.

Quando l'ala posteriore si chiude a vertice, come nel tipo BR2, è facile ritagliarla tradizionalmente e giuntarla solo alla fine con un nastro adesivo sul vertice.

Verificare che le aperture alari inf. e sup. siano quasi uguali (tranne nei casi di doppio diedro positivo inf.) e che le derive siano leggermente convergenti nel senso di marcia...

Come anticipato, esiste una miriade di sottocasi di forme e piegature progettuali. Ad es., nei modelli tipo B... la stabilizzazione, oltre che nelle modalità A & P, può essere ottenuta anche solo con "elevons" posti centrali solo nella freccia inversa, come nei modelli N..., ma non è evidentemente l'unico sottocaso. Possono sussistere le versioni NR & NG, senza voler mettere gli "elevons" su entrambe le ali bassa ed alta....

Soprattutto nelle modalità A& P esiste la possibilità di cambiare le incidenze delle derive-winglets ed eventualmente i loro diedri trasversali ed i diedri trasversali delle ali centrali. Si comprende come queste possibilità rendano i modelli B...eccessivamente volubili.

La loro stabilità direzionale è in generale scarsa.

Per una miglior soluzione di stabilità ho trovato che occorre lasciare un piccolo diedro trasversale alla parte centrale dell'ala inferiore, creare un forte diedro trasversale positivo tramite le 2 derive-winglets abbattute all'esterno (come un ala inf. a doppio diedro), lasciare il diedro dell'ala superiore quasi piano o leggermente negativo, in valore assoluto minore del diedro centrale leggermente positivo dell'ala inferiore.

Mentre i modelli R & G possono essere costruiti con relativa facilità, i modelli BR & BG sono praticamente impossibili da fare con ali ad elevato allungamento, in quanto il peso del cartoncino risulta eccessivo per la necessaria rigidezza strutturale. Comunque se si è fortunati in qualche caso possono planare, sotto allungamento max. circa 4, con efficienza accettabile ma non entusiasmante nei miei modelli, tranne il caso seguente. Di solito basta un niente che i modelli B... precipitano, soprattutto quando il cartoncino non è abbastanza rigido, però il seguente plana spesso benissimo, con traiettoria per lo più ben tesa.

Nel biplano BR2 (foto a destra), che non ho modificato ulteriormente, per paura del rischio di peggiorarlo, il rapporto di planata è stimabile in quasi 7, cioè è comparabile con quello dei monoplani di cartoncino migliori, tuttavia il biplano appare più veloce.
L'efficienza potrebbe dipendere da un'effettiva riduzione della resistenza indotta per configurazione particolare. Notare che la piccola ala superiore è rastremata al contrario che nella freccia inversa, e nello sviluppo alare nel taglio del cartoncino le frecce inf./sup. sono invertite. La mezzeria dell'ala superiore del BR2 è quasi unita a vertice, spostato più avanti del BR1 per diminuire il peso della clip. Apertura alare circa 130 mm. Allungamento ala inferiore circa 3,2, all. ala superiore circa 5. Clip 30 mm

Tale modello presenta un'asimmetria costruttiva, eppure plana diritto, perché ho scoperto che nei tuttala biplani si può fare il pre pilotaggio di direzionalità, inclinando asimmetricamente il castello delle derive, cioè spostare le mezzerie delle 2 ali in modo da compensare l'errore casuale di costruzione del cartoncino, ad es. raddrizzando così una traiettoria originariamente nata curva. Es. spostando il castello a sinistra il biplano girerà a destra, invero non sempre, perché la traiettoria dipende molto dalle pieghe.
Il pre pilotaggio di un biplano appare più facile di un monoplano vero tuttala, ma può essere solo un'impressione psicologica.

Altre considerazioni. I tipi PR & PG, già scadenti per la freccia negativa, forniscono risultati di volo più scarsi degli R...& G....

Soltanto i tipi R & G a freccia positiva possono dare qualche soddisfazione di buone planate, se trovate la migliore inclinazione delle derive-winglets etc.

Consiglio tenere la parte centrale dell'ala con un basso diedro trasversale e le derive abbattute per conformare l'ala a doppio diedro positivo, regolando le superfici stabilizzanti verso l'interno del tuttala con diedro trasversale leggermente negativo. Attenzione che basta cambiare gli angoli dei diedri trasversali che cambiano anche gli effetti delle superfici stabilizzanti. Cioè a parità di clip un modello R...& G...diviene picchiato o cabrato a seconda dei diedri trasversali delle derive-winglets e delle superfici di estremità rivoltate.

Ciò può essere utile per studiare aerodinamica, ma anche per confondere le idee al neofita.

Ho sperimentato che i modelli R sono leggermente meglio dei G, ma credo che dipenda anche dall'ampiezza delle superfici stabilizzanti, che richiedono, se l'incidenza è elevata, una clip di contrappesatura superiore ai modelli A. Del resto è molto difficile trovare le giuste inclinazioni, quando si tratta di pochissimi gradi. E' più facile giocare con le clips, ma clips lunghe danno velocità di volo eccessive ed efficienze apparenti scarse.

Del resto, se si trattasse di veri tuttala, le ali rivoltate sotto potrebbero essere un problema nell'atterraggio, quindi scarterei i tipi G...a favore degli R...

Per finire, ho riportato questi modelli ad ali ad anelli aperti parziali R...& G...o chiusi totali BR...& BG...(o chiusi limitatamente alle estremità delle semiali a "spiroid wing tips") solo per completezza dell'argomento "tuttala", tuttavia sono più facili da fare gli altri modelli proprio "semplici" tuttala proposti nella prima parte dell'articolo, cioè i tipi A...oppure T...in cartoncino o anche in carta.

Se invece volete continuare con le ali anulari a maggior allungamento, occorrono ali molto rigide, pertanto in futuro provate a progettare e costruire dei tipi BR oppure BG in balsa rigida, che io non ho ancora provato.

 

Modelli U & K modificati. Modelli A & V modificati.

Per le sigle vedere tuttala a freccia inversa.

Per i tipi modificati ad estremità subverticali non si tratterebbe propriamente di modelli tuttala con ali ad anello aperto, però ci somigliano in parte e meritano un cenno.

La deriva-winglet può non essere proprio una deriva-winglet parallela alla direzione di marcia, ma divenire un freno aerodinamico anche con funzione stabilizzante, come visto nella descrizione delle ali a freccia inversa U&K modificabili ad alette verticali convergenti, ed invero anche i modelli A&V a freccia positiva possono essere trasformati ad alette verticali convergenti (mentre invece quelle a pieghe divergenti sono instabilizzabili di direzione, in quanto restringono il raggio della virata).

Tenere conto che tale convergenza (cioè a freccia pieghe positiva) è meglio che non superi 30° rispetto all'asse mediano di direzione di marcia, per non divenire proprio un freno aerodinamico eccessivo...

 

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Flavio Mattavelli - matta.a@tiscali.it - aggiornamento luglio 2016

 

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Il sito è diviso in 4 sezioni: Conchiglie (24 pag.) - Macchine (8 pag.) - Aeromodellismo (18 pag.) - Gorgonzola (2 pag.).

 

Nella Sezione aeromodellismo potete visitare:

  1. parte prima (tuttala a freccia positiva di cartoncino e carta)

  2. parte seconda (ali ad alto allungamento, cartoncino, foam, EPE e carta)

  3. parte terza (freccia inversa di cartoncino, modelli di Sogni volanti avanti e anche indietro)

  4. parte quarta (appendice sulle ali ad anello chiuso ed aperto, "prandtlplanes". Inizio di questa pagina)

  5. parte quinta (miscellanea aerodinamica e centraggio, modelli H, I, J)

  6. parte sesta (modelli tipo MAX di cartoncino, con 2 derivette convergenti sotto l'ala)

  7. parte settima (ipotetici aeromodelli tuttala a svergolamento anteriore regolabile, cioè modelli A-RC & MIX-RC?)

  8. parte ottava (Giano, un foglio di cartoncino che vola mirabilmente)

  9. parte nona (ECOGIANO e perfezionismi trasversali, laterali e longitudinali)