ala rotante al di sotto del velivolo

[alfredo85]

salve a tutti,

ho letto con attenzione le varie discussioni sulle eliche e sulle pale, tuttavia da neofita dell'aeronautica mi chiedevo:
se ci fosse la necessità di costruire un veicolo in grado di muoversi su terra e in aria come un elicottero (una spece di anfibio del volo) e per motivi di sicurezza si dovessero nascondere le pale dell'elica nel sottoscocca del veicolo/velivolo, naturalmente il raggio deve essere opportunamente ridotto e quindi velocità e potenza opportunamente adeguate, tuttavia mi chiedevo se tali eliche al di sotto del veicolo, aspirando aria da opportune prese d'aria avessero la stessa portanza di quelle montate sopra (come i classici elicotteri) e se fosse corretto guadagnare superficie alare, oltre che montando delle esapala (che ho letto essere un ottimo compromesso), anche montando le pale su più livelli, cioè calettare sullo stesso asse magari due esapala diciamo "una sull'altra" e nello specifico se sia meglio sovrappore le pale delle due eliche o disassarle tra loro.
Spero di essere stato chiaro nell'esposizione.

Grazie e a presto.

[N757GF]

salve a tutti,

ho letto con attenzione le varie discussioni sulle eliche e sulle pale, tuttavia da neofita dell'aeronautica mi chiedevo:
se ci fosse la necessità di costruire un veicolo in grado di muoversi su terra e in aria come un elicottero (una spece di anfibio del volo) e per motivi di sicurezza si dovessero nascondere le pale dell'elica nel sottoscocca del veicolo/velivolo, naturalmente il raggio deve essere opportunamente ridotto e quindi velocità e potenza opportunamente adeguate, tuttavia mi chiedevo se tali eliche al di sotto del veicolo, aspirando aria da opportune prese d'aria avessero la stessa portanza di quelle montate sopra (come i classici elicotteri) e se fosse corretto guadagnare superficie alare, oltre che montando delle esapala (che ho letto essere un ottimo compromesso), anche montando le pale su più livelli, cioè calettare sullo stesso asse magari due esapala diciamo "una sull'altra" e nello specifico se sia meglio sovrappore le pale delle due eliche o disassarle tra loro.
Spero di essere stato chiaro nell'esposizione.

Grazie e a presto.

Hai inventato lo harrier

[alfredo85]

Accidenti.... credevo di essere pazzo nel pensare una cosa simile ed invece qualcuno è impazzito prima di me.

Grazie dell'informazione, questo Harrier non lo conoscevo...

.... l'ho visionato su wikipedia ma non è come pensavo io... io pensavo a qualcosa che oltre a decollare come un elicottero volasse come un elicottero e non come un aereo

[N757GF]

Grazie dell'informazione, questo Harrier non lo conoscevo...

.... l'ho visionato su wikipedia ma non è come pensavo io... io pensavo a qualcosa che oltre a decollare come un elicottero volasse come un elicottero e non come un aereo

Il problema che poni e` di quelli tosti. Per volare hai bisogno di una superficie con una differenza di pressione, di piu` di sopra, di meno di sotto, cosi` da stare su. Se riduci la superficie, devi aumentare la differenza di pressione, cioe` di quanto acceleri l'aria verso il basso.

La struttura "migliore" per fare questa funzione e` l'ala fissa. Negli elicotteri hai un rotore di superficie elevata perche' cosi` deve accelerare poco l'aria (ne sposta tanta ma relativamente adagio), e quando vola in orizzontale il rotore si comporta (quasi) come se fosse un'ala fissa. In elicottero stare fermo a mezz'aria richiede piu` potenza che andare avanti a quota costante

Nel tuo caso invece devi accelerare di molto una quantita` d'aria relativamente piccola (non vuoi un rotore grande). Avendo il rotore piccolo, magari intubato, quando vai avanti devi comunque continuare ad accelerare aria verso il basso per poter stare in volo e questo comporta un dispendio di energia notevole. Questa e` la ragione per cui gli harrier hanno le ali: per avere portanza quando si viaggia meglio un profilo alare che un getto verso il basso.

[Zortan]

Per volare hai bisogno di una superficie con una differenza di pressione, di piu` di sopra, di meno di sotto,.

ma non è il contrario ?

[N757GF]

Per volare hai bisogno di una superficie con una differenza di pressione, di piu` di sopra, di meno di sotto,.

ma non è il contrario ?

oops, sono rincoglionito. Il mio ultimo mezzo neurone e` andato anche lui. Speriamo che mi scriva una cartolina ogni tanto.

Grazie, ciao!

[alfredo85]

Grazie dell'informazione, questo Harrier non lo conoscevo...

.... l'ho visionato su wikipedia ma non è come pensavo io... io pensavo a qualcosa che oltre a decollare come un elicottero volasse come un elicottero e non come un aereo

Il problema che poni e` di quelli tosti. Per volare hai bisogno di una superficie con una differenza di pressione, di piu` di sopra, di meno di sotto, cosi` da stare su. Se riduci la superficie, devi aumentare la differenza di pressione, cioe` di quanto acceleri l'aria verso il basso.

La struttura "migliore" per fare questa funzione e` l'ala fissa. Negli elicotteri hai un rotore di superficie elevata perche' cosi` deve accelerare poco l'aria (ne sposta tanta ma relativamente adagio), e quando vola in orizzontale il rotore si comporta (quasi) come se fosse un'ala fissa. In elicottero stare fermo a mezz'aria richiede piu` potenza che andare avanti a quota costante

Nel tuo caso invece devi accelerare di molto una quantita` d'aria relativamente piccola (non vuoi un rotore grande). Avendo il rotore piccolo, magari intubato, quando vai avanti devi comunque continuare ad accelerare aria verso il basso per poter stare in volo e questo comporta un dispendio di energia notevole. Questa e` la ragione per cui gli harrier hanno le ali: per avere portanza quando si viaggia meglio un profilo alare che un getto verso il basso.

Proprio riguardo la notevoe potenza necessaria avevo pensato di sovrapporre sullo stesso asse più di una esapala, magari disassandole tra loro, in modo da recuperare la superficie che l'elicottero ha con il suo lungo raggio e che qui non posso avere, aumentando di molto il numero delle pale, però senza esagerare altrimenti il rendimento calerebbe ed ecco che qui forse è utile, invece che avere tante pale sullo stesso livello che si disturbano tra loro, avere poche pale (sei) sullo stesso livello, ma magari altre sei 20 o 30 cm più in alto.... non so se riesco a farmi capire....

[N757GF]

Proprio riguardo la notevoe potenza necessaria avevo pensato di sovrapporre sullo stesso asse più di una esapala, magari disassandole tra loro, in modo da recuperare la superficie che l'elicottero ha con il suo lungo raggio e che qui non posso avere, aumentando di molto il numero delle pale, però senza esagerare altrimenti il rendimento calerebbe ed ecco che qui forse è utile, invece che avere tante pale sullo stesso livello che si disturbano tra loro, avere poche pale (sei) sullo stesso livello, ma magari altre sei 20 o 30 cm più in alto.... non so se riesco a farmi capire....

Scusa per il ritardo nella risposta, ma sono stato un po' impegnato e ho sempre rimandato di fare i conti per vedere cosa saltava fuori.

Si`, e` chiaro quello che dici. Tieni presente che anche a 20cm o 30cm di distanza, di interferenza ce n'e` e parecchia. Il fatto e` che se hai poca superficie, devi accelerare tanto l'aria per ottenere la spinta. Con un conto a spanne, se hai un "tubo" di circa un metro quadro di sezione, per ottenere una spinta di 1000 kg devi accelerare ogni secondo circa 100 m^3 di aria a circa 350 km/h. La potenza necessaria, come ordine di grandezza, e` dalle parti del megawatt . Quando aumenti il diametro del rotore, la potenza richiesta diminuisce (sempre se non ho sbagliato a fare i conti).

[gianloria]

La trovo io la soluzione!
Il convertiplano!
La USAF lo usa da diversi anni(il CV-22 Osprey e aggiornamenti vari), in Italia c'è un progetto congiunto AugustaWestland- Bell per il BA609!

Linkz:
http://it.wikipedia.org/wiki/Convertiplano

http://it.wikipedia.org/wiki/Bell-Agusta_BA609

Ciauz!

[alfredo85]

Proprio riguardo la notevoe potenza necessaria avevo pensato di sovrapporre sullo stesso asse più di una esapala, magari disassandole tra loro, in modo da recuperare la superficie che l'elicottero ha con il suo lungo raggio e che qui non posso avere, aumentando di molto il numero delle pale, però senza esagerare altrimenti il rendimento calerebbe ed ecco che qui forse è utile, invece che avere tante pale sullo stesso livello che si disturbano tra loro, avere poche pale (sei) sullo stesso livello, ma magari altre sei 20 o 30 cm più in alto.... non so se riesco a farmi capire....

Scusa per il ritardo nella risposta, ma sono stato un po' impegnato e ho sempre rimandato di fare i conti per vedere cosa saltava fuori.

Si`, e` chiaro quello che dici. Tieni presente che anche a 20cm o 30cm di distanza, di interferenza ce n'e` e parecchia. Il fatto e` che se hai poca superficie, devi accelerare tanto l'aria per ottenere la spinta. Con un conto a spanne, se hai un "tubo" di circa un metro quadro di sezione, per ottenere una spinta di 1000 kg devi accelerare ogni secondo circa 100 m^3 di aria a circa 350 km/h. La potenza necessaria, come ordine di grandezza, e` dalle parti del megawatt . Quando aumenti il diametro del rotore, la potenza richiesta diminuisce (sempre se non ho sbagliato a fare i conti).

potresti illustrarmi le formule che hai utilizzato per giungere a queste conclusioni? perchè vorrei conoscere i legami tra la velocità, la quantità di aria, la potenza, la spinta, la superficie del tubo, il numero e la conformazione delle pale.
A questo punto non si potrebbe conformare l'elica ispirandosi alla girante di un compressore centrifugo che sicuramente a parità di diametro "accelera" l'aria in modo più efficace?

[N757GF]

potresti illustrarmi le formule che hai utilizzato per giungere a queste conclusioni? perchè vorrei conoscere i legami tra la velocità, la quantità di aria, la potenza, la spinta, la superficie del tubo, il numero e la conformazione delle pale.

Stima fatta velocemente, i calcoli precisi sono ben piu` complicati.

Supponiamo il velivolo fermo a mezz'aria, con un tubo di sezione S che aspira aria da sopra, dove e` ferma, e la butta fuori di sotto accelerandola a una velocita` V. La densita` dell'aria e` rho, e la si suppone non comprimibile (poi vediamo se e` vero, se non lo e` siamo nei pasticci).

La forza verticale F fornita da questo sistema e` pari alla variazione per unita` di tempo della quantita` di moto dell'aria aspirata da sopra e buttata fuori da sotto. Visto che tutta l'aria che entra esce di sotto (e solo quella). La variazione di quantita` di moto e` data dalla portata di aria trattata per la sua velocita`.

La portata dell'aria trattata AF (massa al secondo) e` data da AF=rho*S*V
Il prodotto S*V dice il volume dell'aria che passa in un secondo, moltiplicata per rho la massa.
La spinta che si ottiene e` data da F=rho*S*V * V=rho*S*V^2

Supponiamo un condotto di diametro un metro, quindi S-0.8m^2 circa, rho=1.25 kg/m^3, vogliamo una spinta di una tonnellata, cioe` 10000N, si ha che V=SQRT(F/(rho*S))= 100 m/s che fanno 360 km/h. Con questo si e` messo a posto la velocita` richiesta. La quantita` di aria accelerata e` di 100 kg/s (un quintale di aria al secondo accelerato a 360 km/h).

Adesso passiamo alla potenza richiesta per questa operazione. La potenza e` data dalla forza per la velocita`. La forza applicata sull'aria e` di 10000N, e la velocita` a cui l'aria va via e` di 100m/s, e quindi il prodotto e` di 1000000 W cioe` 1000 kW (1400 cavalli circa). Il tutto senza considerare l'efficienza delle eliche e altri coefficienti numerici che ho allegramente saltato qua e la`

Da notare che la potenza vale P=F*V=F*SQRT(F/(rho*S)), e quindi fare un tubo piu` grande riduce la potenza richiesta.

[alfredo85]

Ottimo davvero grazie mille, se avessi avuto un professore come te alle superiori al test di ingresso di ingegneria non avrei avuto -1,25 nella sezione matematica.

Comunque se hai voglia e tempo possiamo passare a considerare tutto quello che adesso hai tralasciato per semplicità.

Poi considerando tutti i calcoli nei dettagli dammi un parere sull'elica conformata come la girante di un compressore centrifugo di cui ti ho accennato.

Ancora grazie e a presto.

[N757GF]

Comunque se hai voglia e tempo possiamo passare a considerare tutto quello che adesso hai tralasciato per semplicità.

Poi considerando tutti i calcoli nei dettagli dammi un parere sull'elica conformata come la girante di un compressore centrifugo di cui ti ho accennato.

Considerare tutto quello che ho tralasciato comporterebbe scrivere alcune centinaia di pagine di roba Comunque il risultato che ho postato prima e` corretto: la potenza necessaria allo hovering e` proporzionale al peso elevato a 1.5 diviso per la radice quadrata dell'area dell'elica.

Cerca un libro che tratti l'elica con la teoria del disco attuatore (propeller momentum theory), e avrai tante risposte

Per quanto riguarda il compressore centrifugo non ne so nulla! Tieni presente che in questo caso devi accelerare tanta aria ma con un salto di pressione relativamente basso: 100 kg/s con un salto di pressione di 12kPa (poco piu` di un decimo di atmosfera).

[alfredo85]

Grazie delle tue ulteriori specifiche, infatti sono alla ricerca di alcuni di questi libri, sai anche qualche titolo esatto?

Comunque riguardo il compressore, l'ho "tirato in mezzo" dalla considerazione che: non è la stessa cosa accelerare tanta aria ma con poco salto o poca aria ma con tanto salto?

Una curiosità... ma sei ingegnere, pilota o entrambi?