Ala a freccia

[max70]

Buonasera a tutti,

a proposito dell'ala a freccia ho poche idee e ben confuse!

Conosco la "storia" del cono di Mach e capisco che se la forma dell'ala è "compresa" nel cono ciò significa che il tipo di flusso è uniforme sull'ala stessa (comunque anche qui la faccenda non mi è chiarissima).
Da qualche parte ho letto anche che la freccia permette di avere una corda più lunga, ma non ne capisco i vantaggi.
Di contro la freccia induce sicuramente un momento torcente molto più alto.

Misteriosa è poi la freccia negativa, per la quale la faccenda del cono di Mach non dovrebbe essere valida.

C'è qualcuno che mi schiarisce le idee?

Grazie

[FAS]

inizio a risponderti con un altra domanda....

quando hai il cono di Mach?


l'ala a freccia è anche utilizzata per i subsonici.

il momento torcente da te citato a cosa è riferito?

[AlphaSierra]

mi sa ti confondi con l'ala a delta
la freccia incrementa la velocità di volo in quanto il mach effettivo si riduce a (v*cos(angolo freccia))/c, quindi si può volare a V maggiori mantenendosi entro il subsonico

[FAS]

comunque se iinteressato agli effeti aerodinamici o strutturali?

[max70]

quando hai il cono di Mach?


l'ala a freccia è anche utilizzata per i subsonici.

il momento torcente da te citato a cosa è riferito?

Se sono supersonico ho il cono di Mach, altrimenti ho un "fronte" ortogonale alla direzione di avanzamento.
Penso che nei subsonici si usi l'ala a freccia perchè se la velocità è sufficientemente alta posso avere comunque velocità locali supersoniche.

Il torcente cui mi riferivo è quello applicato all'incastro semiala-fusoliera (ammetto che non c'entri molto con quanto ho detto... ho messo giù tutto quello che so sulla questione).

In particolare mi interessa l'aspetto aerodinamico

[max70]

la freccia incrementa la velocità di volo in quanto il mach effettivo si riduce a (v*cos(angolo freccia))/c, quindi si può volare a V maggiori mantenendosi entro il subsonico

Questo lo capisco, l'unica componente della velocità che da' effetti di portanza è quella ortogonale alla corda. Quindi con la freccia volo ad una velocità più alta mantenendo un tipo di flusso tipico di V minori.


Grazie AlphaSierra, non ci ero arrivato!!! (solo una cosa, perchè nella tua formula cè /c?)

[FAS]

Il torcente cui mi riferivo è quello applicato all'incastro semiala-fusoliera (ammetto che non c'entri molto con quanto ho detto... ho messo giù tutto quello che so sulla questione).

ok quindi ti riferisci ai momenti torcenti nelle diverse sezioni..
infatti si hanno due diverse soluzioni costruttive:
una con le rib (centine) parallele al piano di simmetria longitudinale della macchina, ed una con le rib perpendicolari alla web del longherone anteriore.
Considera che i primi studi sull'ala a freccia vennero fatti tra il 30 ed il 35 quando ancora le velocità massime non superavano i 450 km/orari

fautore fu un signore tedesco di nome Busemann, lo ricordo perchè ad Amburgo, tra i viali interni di una importante azienda aeronautica vi è una lapide a lui dedicata

[Black Magic]

Riguardo la freccia negativa; essa è stata ampiamente studiata alla NASA.

Ciò che ci si aspettava dall'ala a freccia negativa, e che è stato in parte riscontrato sull'X-29, è che essa presentasse dei benefici nel regime transonico rispetto alla classica freccia positiva. Considerando due ali equivalenti, la freccia negativa ha un minore leading edge sweep rispetto ad una freccia negativa; questo modifica in maniera favorevole la configurazione dell'onda d'urto sul dorso dell'ala, diminuendo la resistenza del profilo alare.

Sono state inoltre riscontrate ottime qualità di handling ad alfa elevati.

La separazione del flusso ad alti angoli d'attacco inizia alla radice dell'ala, permettendo di mantenere più a lungo l'efficacia degli alettoni e quindi di sfruttare a pieno la portanza del profilo, al contrario dell'ala a freccia positiva, dove l'angolo d'attacco è limitato dal wing stip stall e dalla perdita di efficacia degli alettoni.

Come hai osservato vi sono problemi di urti sonici sul profilo di attacco delle sezioni di tip, perchè escono facilmente dal cono di mach, quindi quelli a freccia invertita sono aerei relativamente lenti (M<2).

Per quel poco che so, invece, dal punto di vista strutturale l'ala a freccia negativa pone seri problemi aeroelastici, a fronte di un piccolo guadagno in termini di momento (bending moment) dovuto ad un centro di portanza più vicino alla radice dell'ala (cosa che permetterebbe di aumentare l'aspect ratio e diminuire così la resistenza indotta).

Il grosso problema credo sia un fenomeno chiamato divergenza aeroelastica.
Praticamente, se capisco correttamente, senza sostituirmi a FAS, le sollecitazioni aerodinamiche cui è soggetto il profilo alare inducono una torsione che fa sollevare il leading edge.
Questo comportamento della struttura ha influenze importanti nella prestazione aerodinamica.
Localmente si ha un aumento di alfa che a sua volta fa aumentare il carico aerodinamico, che a sua volta induce maggiore torsione, e via cosí fino ad un cedimento meccanico.

La soluzione consiste nell'aumentare la rigidità del profilo, ma questo comporta un aumento di peso, per lo meno con le leghe aeronautiche classiche.
Con i compositi, è possibile mantenere il peso entro limiti accettabili, sia per l'ottimo rapporto tra proprietà meccaniche e peso, sia perché è possibile orientare le fibre in maniera specifica, in base alle sollecitazioni aerodinamiche previste. L'X-29, per l'appunto, ha un'ala rivestita in composito.

[max70]

Quindi l'ala a freccia (positiva) funziona in quanto:

1) in regime transonico, o leggermente supersonico, "riduce" la componente di velocità che da' portanza mantenendo il flusso subsonico anche a V supersoniche.

2) a Mach decisamente >1 mi permette di rimanere interamente all'interno del cono

Corretto?

[FAS]

la geometria ala a freccia è indipendente dalla velocità del tuo velivolo


il parametro geomterico per la velocità (regime sub, trans super/ sonico) è collegato al tipo di profilo alara adottato

principalmente, bordo di attacco e di uscita dell'ala

tieni separati gli effetti della comprimibilità/velocità separati dalla necessità di avere un ala a freccia.

[FAS]

@max7
0per capire meglio la situazione....
ti faccio una domanda
congeliamo tutte le questioni relative alla resistenza strutturale, mettiamo via tutte le considerazioni relative al carico sull'ala, alettoni ed altro....puristi bloccatevi!


Considera un ala senza sweep (come quella di un aliante semplice ad esempio), vuoi callettarla su di un velivolo che ha velocità di crociera di 400 km/h. Vedi che la sua lunghezza /apertura, offe una resistenza elevata. Comunque tu vorresti avere un valore della portanza dell'ala pressochè uguale, volendo ridurre la sua resitenza cosa fai??

[max70]

Considera un ala senza sweep (come quella di un aliante semplice ad esempio), vuoi callettarla su di un velivolo che ha velocità di crociera di 400 km/h. Vedi che la sua lunghezza /apertura, offe una resistenza elevata. Comunque tu vorresti avere un valore della portanza dell'ala pressochè uguale, volendo ridurre la sua resitenza cosa fai??

Rendo la stessa ala a freccia!?!

Se è la risposta giusta, l'unica giustificazione che trovo, intuitivamente, è che la "sezione frontale" di un'ala a freccia è minore di una dritta di pari superfice, quindi: meno sezione meno resistenza.

[FAS]

esatto! la sua introduzione é collegata proprio a questa necessitá

[max70]

Grazie FAS,

intuitivamente la faccenda mi quadra. Tra i miei ricordi di perito aeronautico c'è la formula che mi da il coefficiente di resistenza per un alla di allungamento finito:

Il Coefficiente in questione è pari a quello per l'ala "infinita" più il quadrato dell'coefficiente di portanza diviso pi greco per allungamento.

Quindi: un ala a freccia a parità di superfice con una dritta ha un allungamento minore, allora il coefficiente di resistenza totale dovrebbe essere maggiore.

Dove sbaglio?

[FAS]

Prima di tutto

Alcune info sull’allungamento alare:
AR = b^2 /S
Rapporto tra quadrato della apertura alare e la superficie alare
Ovvero
Rapporto tra apertura alare (lunghezza direzione trasv. ala) e corda geometrica (lunghezza direzione long.ala)
AR = b/c

Dove c = S/b

Alcuni numeri
Atr 42 (2 motori elica media tratta) AR =11 circa
747 (quadrimotori) AR = 7 circa
Concorde AR = 2 circa
P68 (bimotore breve tratta) AR =12 circa
Alianti AR = 20-30 circa

Allora vediamo se ti aiuto, in caso contrario dammi un feed back
È indubbio che AR influenza i coef. di portanza e resistenza delle ali finite (la realtá del volo).

Come hai detto tu tenendo presente il comportamento di AR in funzione di CL ed alfa si capisce che
congelando l’angolo di attacco
se riduciamo AR
il CL diminuisce
il CD aumenta


quindi viene spontaneo pensare che devi aumentare l’angolo di attacco geometrico “delle ali”, al diminuire di AR, se vuoi mantenere lo stesso coef di portanza.

Allora per ovviare al problema si vergola l’ala e si rastrema l’ala.

Sono stato chiaro? Forse no…. È difficile dare spiegazioni sull’argomento senza passare per le nozioni di distribuzione ellittica del carico e senza mensionare il principio del coseno.

Se ti fa piacere approfondiamo facendo riferimento anche alle su citate teoria…ma dimmi fino e dove posso andare…


Comunque riassumendo (ed aggiungendo anche qualche elemento nuovo)
Ala a freccia implica
1 Aumento resistenza indotta (carico non piú ellittico) => necessitá di svergolare l’ala e rastremare le semiali (corda all’estremitá minore corda alla radice).
2 effetto del principio del coseno: elevata lift + scorrimento strato limite => stallo anticipato estremitá ( possibili problemi di efficacia sugli alettoni)
3 down wash che porta al nose-up (distanza ridotta dei vortici liberi –estremitá alari- influenzano il piano orizzontale di coda dove diminuirá la portanza che genererá un momneto di beccheggio cabrante =>stallo)
4 derivante dal principio del coseno: aumento stabilitá direzionale, diminuisce stabilitá al rollio.
(freccia positiva stabilitá intorno ad asse imbardata ed instabile intorno all´asse di rollio. Stesso effetto del diedro alare)

Capisco che senza conoscere le diverse nozioni teoriche riguardanti l’argomento è difficile comprendere cosa effettivamente sia un ala a freccia.
Ma in poco tempo non si puó far di meglio.
Se ti fa piacere, con il tempo step by step possiamo chiarire i vari concetti correlati. Ma devi essere paziente…

[max70]

Se ti fa piacere approfondiamo facendo riferimento anche alle su citate teoria…ma dimmi fino e dove posso andare…

Mi farebbe estremamente piacere non voglio, però rubarti troppo tempo! quindi non farti nessun problema a troncare la discussione!

Per quanto riguarda lo svergolamento dell'ala: so che esiste una componente della velocità del flusso che lascia l'ala (mi pare si chiami indotta) e diretta verso il basso, questa componente è la responsabile della portanza. Alle estremità a questa componente si somma il vortice di estremità, quindi l'angolo di attacco locale è diminuito, quindi compenso svergolando l'ala.
(Se la distribuzione della portanza è ellittica la velocità indotta è costante lungo l'apertura, vero?)

Per quanto riguarda la necessità della rastremazione non mi viene in mente nulla, e il principio del coseno ... non lo conosco.

Hai forse qualche testo da consigliarmi? (non ho fatto un "Cerca" nel forum, se l'argomento è già trattato ignora pure la domanda)

[FAS]

faro´ il possibile per darti tutte le informazioni in maniera semplice, devi essere solo paziente.
Per il principio del coseno.....
arrivaimoci piano piano

considera il bordo di attacco di un ala a freccia

considera il vettore velocitá di volo
e scomponilo in una componente normale alla linea dei fuochi o al bordo di attacco e nell´altra componente che chiameremo oziosa


quindi componente diritta e componente oziosa

quale componente delle due da gli scorrimenti dorsali e ventrali che determinano la deltap e quidni la lift dei diversi profili alari calettati lungo la semiala?

e cosa fa l`altra componente? scorrimento verso le estremitá alari?


cosa succede alla componente oziosa se aumentiamo la freccia?



per il testo

Foundamentals of Aerodynamics
John D, Anderson, Jr

McGraw-Hil Internationals editions
Aerospace Scienye Series

[FAS]

Per quanto riguarda la necessità della rastremazione non mi viene in mente nulla

allora per la rastremazione devi considerare che tra i parametrigeometrici delle ali, come:
la forma in pianta
superfice alare
corda media geometrica
apertura alare
AR
angolo di freccia
angolo diedro
esistono anche:
angolo di svergolamento
che puó essere geometrico oppure aerodinamico
esiste anche il rapporto di rastremazione
che é dato tra la corda all`estremitá e la corda alla radice
...varia tra zero ed uno
...zero per ala a delta
...uno per ala rettangolare

[Nik]

esiste anche il rapporto di rastremazione
che é dato tra la corda all`estremitá e la corda alla radice

Scusa in che senso?La corda attraversa il profilo...nei disegni sul Trebbi fanno vedere una sola corda per profilo e non riesco a capire da cosa è dato questo rapporto...se ti va di spiegarmelo mi faresti un gran piacere visto che da quello che ho potuto vedere fino ad ora sai molte più cose riguardo a struttura del velivolo che il Trebbi dove non vengono neanche citate.....grazie ciaoooo!!!

[max70]

Credo di aver capito sufficientemente l'effetto coseno:

la resistenza all'imbardata è dovuta alla resistenza figlia della componente di velocità che va "per longherone" (come si direbbe nel mio campo navale) che crea un momento stabilizzante.
Penso che circa per lo stesso motivo ho la diminuzione della resistenza al rollio, se l'aereo rolla la resistenza "per longherone" ha una componente che crea un momento di direzione a favore del rollio.

E' chiaro lo scorrimento dello strato limite, quindi a questo servono le paretine antiscorrimento che ho visto su molte ali a freccia ma delle quali ignoravo la funzione pur conoscendone il nome!

Mi è un po' oscura la faccenda dello stallo alle estremità, ... ci penso ancora un po', comunque le paretine di prima forse servono ad evitare che questo flusso giunga sull'estremità.

cosa succede alla componente oziosa se aumentiamo la freccia?

Aumenta (per aumentare la freccia intendo "chidere" le ali)

Per la rastremazione mi è venuto in mente il seguente motivo, forse però più "strutturale" che "aerodinamico":
se la corda locale è più piccola anche i carichi aerodinamici sono minori, quindi da una parte ho una struttura meno tormentata e dall'altra posso controllare la distribuzione di portanza.

Grazie, anche per i testi, vedo se riesco a dare una sbirciata in qualche libreria in zona.

[max70]

Citazione:
esiste anche il rapporto di rastremazione
che é dato tra la corda all`estremitá e la corda alla radice

Scusa in che senso?La corda attraversa il profilo...nei disegni sul Trebbi fanno vedere una sola corda per profilo e non riesco a capire da cosa è dato questo rapporto...se ti va di spiegarmelo mi faresti un gran piacere visto che da quello che ho potuto vedere fino ad ora sai molte più cose riguardo a struttura del velivolo che il Trebbi dove non vengono neanche citate.....grazie ciaoooo!!!

Forse ci riesco io.
Prendi l'ala dell' F16 in pianta, (anzi la sua semiala) alla radice dove si attacca alla fusoliera la corda ha un valore, all'estremità dove c'è la rotaia del missile la corda è decisamente minore: il rapporto tra le due corde è la grandezza in questione. (quindi ala rettangolare=1, ala a delta =0)

[max70]

la resistenza all'imbardata è dovuta alla resistenza figlia della componente di velocità che va "per longherone" (come si direbbe nel mio campo navale) che crea un momento stabilizzante.

Rettifico: non serve scomporre la resistenza è la geometria della freccia stessa a creare un momento raddrizzante nei confronti dell'imbardata; se la freccia è negativa invece, l'imbardata dovrebbe essere facilitata

[Nik]

Forse ci riesco io.
Prendi l'ala dell' F16 in pianta, (anzi la sua semiala) alla radice dove si attacca alla fusoliera la corda ha un valore, all'estremità dove c'è la rotaia del missile la corda è decisamente minore: il rapporto tra le due corde è la grandezza in questione. (quindi ala rettangolare=1, ala a delta =0)

Grandissimo,capito tutto al volo!!Grazie mille.