Stabilità e Manovrabilità

Tra le caratteristiche che deve avere un aeromobile figurano la:

stabilità;

manovrabilità e controllabilità.

La stabilità è l'attitudine di un velivolo a mantenersi in volo dritto e livellato.

La manovrabilità è l'adattabilità di un velivolo ad essere diretto lungo una traiettoria di volo desiderata.

La controllabilità è la qualità della risposta del velivolo ai comandi imposti dal pilota.

Le prestazioni di un aeromobile saranno tanto migliori quanto più elevata è la sua stabilità, in modo da avere una buona risposta ai movimenti imposti dai comandi di volo.

Stabilità

L'aeromobile è aerodinamicamente stabile se mantiene la condizione di volo rettilineo orizzontale uniforme (assetto normale di volo) e vi si riporta automaticamente quando una qualsiasi causa (esterna o interna) altera tale equilibrio.

Se, ad esempio, una raffica provoca un movimento indesiderato del velivolo, questo ritorna nella primitiva posizione di equilibrio di volo senza che il pilota debba intervenire sui comandi di volo.

La stabilità dell'aeromobile è relativa ai suoi tre assi: beccheggio, rollio e imbardata e si raggiunge con oscillazioni intorno agli assi di ampiezza decrescente, fino all'equilibrio.

Stabilità longitudinale

E' la tendenza a ritornare in equilibrio stabile longitudinale, in seguito a movimenti di rotazione sull'asse di beccheggio.

La stabilità longitudinale si ottiene disponendo il centro di pressione (punto di applicazione della portanza) dietro il centro di gravità (punto di applicazione del peso del velivolo o baricentro).

In tal modo si ha una coppia di forze che genera un momento a picchiare, a cui si contrappone un momento a cabrare generato dallo stabilizzatore orizzontale di coda.

Lo stabilizzatore, disposto con incidenza negativa rispetto a quella dell’ala, rende la coda deportante. Di conseguenza, quest'ultima, si abbassa e la prua si alza, in modo da raggiungere cosi l'equilibrio longitudinale.

Se durante il volo l'equilibrio viene alterato (ad esempio, a causa di una raffica che porti l’aereo a cabrare), l'incidenza dello stabilizzatore aumenta, facendolo diventare portante. Ciò causa il sollevamento della coda ed il conseguente ritorno all'equilibrio orizzontale del velivolo. Viceversa se l'equilibrio viene alterato a picchiare, lo stabilizzatore perde portanza, quindi la coda si abbassa ed il velivolo ritorna in equilibrio orizzontale.

Stabilità trasversale o laterale

E' la tendenza a ritornare in equilibrio stabile laterale in seguito ad una rotazione intorno all'asse di rollio.

La stabilità laterale è dovuta principalmente all'ala; infatti durante un movimento di rollio una semiala si abbassa, acquistando una velocità verticale di discesa, l'altra si alza, acquistando una velocità verticale di salita. Ciò origina una nuova velocità (risultante tra la velocità orizzontale e quella verticale) ed un nuovo angolo d’incidenza che risulta maggiore di quello originario nella semiala che si abbassa.

Conseguentemente in quest'ultima si ha un aumento di portanza e quindi la tendenza a risalire. Per la semiala che sale accade l'inverso: la sua incidenza e quindi la sua portanza diminuiscono e di conseguenza la semiala stessa tende a ridiscendere.

Occorre considerare, inoltre, che la stabilità laterale è strettamente collegata a quella direzionale e che in particolare una derapata (traslazione dell'aeromobile rispetto all'aria con una velocità V nella direzione dell'asse Y), tende a generare una rollata ed un’imbardata, qualunque sia la causa che ha provocato la derapata iniziale.

L'ala del velivolo, vista di fronte, presenta generalmente una forma a V molto aperta. L'angolo che ciascuna semiala forma con la normale al piano di simmetria del velivolo si chiama diedro trasversale o diedro alare ed ha lo scopo di contribuire a conferire stabilità trasversale al velivolo. Infatti, ogni volta che l'aeromobile derapa, la semiala è percorsa da un flusso d'aria diretto lungo il suo asse.

Scomponendo rispetto alla semiala la velocità laterale nelle due componenti parallele e normale al piano alare, si osserva che la componente normale, sommata alla velocità di avanzamento del velivolo, dà luogo ad una variazione positiva dell'incidenza. Per la semiala sottovento si verifica invece un decremento di incidenza. Nasce cosi un momento di rollio provocato dalla differenza di portanza delle due semiali, che contrasta la derapata.

In questo caso, infatti, in presenza di un vento laterale l'ala esposta al vento opera come se avesse un'effettiva riduzione della freccia, che dà luogo ad un incremento di portanza; mentre l'ala fuori dal vento opera come se avesse un aumento della freccia, che comporta una riduzione di portanza.

Per concludere, è importante considerare la corrispondenza precedentemente accennata, tra le rotazioni intorno agli assi di rollio e d’imbardata.

Ciò è una conseguenza del fatto che la semiala che scende, in conseguenza dell'aumento di incidenza, aumenta non solo la propria portanza ma anche la propria resistenza e quindi tenderà a rimanere indietro. Viceversa, la semiala che sale diminuisce l'incidenza, quindi la resistenza e tenderà ad avanzare.

Ne consegue un momento imbardante che tenderà a far ruotare l'aereo nel senso dell'ala bassa. L'effetto di tale momento si somma a quello di rollio provocato dalla differenza di portanza delle due semiali.

Stabilità direzionale (o di rotta)

E' la tendenza del velivolo a ritornare in equilibrio stabile di rotta, in seguito a movimenti di rotazione intorno all'asse verticale.

La stabilità direzionale è garantita principalmente dalla stabilizzatore verticale o deriva. Quando, infatti, l'aeromobile ruota intorno all'asse verticale la deriva si sposta ed assume un certo angolo di incidenza rispetto alla direzione della velocità, in conseguenza del quale è soggetto ad una forza aerodinamica. Ciò dà origine ad un momento rispetto al baricentro, il quale riporta l'aeromobile nella sua posizione primitiva. Anche in questa caso si verifica come conseguenza un fenomeno di grande importanza. Infatti, all'inizio del movimento di rotazione intorno all'asse verticale, la semiala che avanza aumenta la sua velocità e di conseguenza la sua portanza. L'aereo, quindi, effettua un movimento di rollio, alzando l'ala dalla parte esterna della virata.

Anche le ali a freccia contribuiscono a migliorare la stabilità direzionale dell'aeromobile, in quanto la semiala che avanza si presenta al vento relativo con un'ampiezza maggiore rispetto all'altra. Ciò comporta un aumento di resistenza e l'azione frenante che ne deriva contrasta la rotazione.

Manovrabilità e Controllabilità

E' stato precedentemente detto che un velivolo stabile torna alla posizione iniziale al cessare della causa perturbatrice che da questa la aveva allontanato. E' sottinteso, tuttavia, che un aeromobile deve poter compiere evoluzioni, su comando del pilota, pur risultando stabile in ogni momento. Per questo esso è munito di apposite superfici di governo, dette comandi di volo, le quali sono in grado di produrre i movimenti del velivolo attorno ai tre assi principali. Si deve osservare che il ritorno all’assetto normale di volo avviene lentamente, in quanto un eccesso di stabilità renderebbe duro il governo dell'aereo, cioè il velivolo sarebbe poco manovrabile.

Per manovrabilità si intende l'azione effettuata dal pilota con i comandi di volo, per far eseguire all’aeromobile qualsiasi traiettoria di volo desiderata.

L’aereo ha buona manovrabilità quando risponde facilmente e rapidamente ai movimenti delle superfici di governo.

In aerei particolarmente veloci e grandi, il movimento delle superfici di governo non può essere ottenuto mediamente comandi diretti, perché gli sforzi richiesti al pilota per la manovra sarebbero eccessivi, se non addirittura irrealizzabili. Il movimento delle superfici di governo viene allora ottenuto mediante servocomandi, prevalentemente idraulici, atti a contenere la sforzo del pilota ed a rendere meno faticoso il pilotaggio dell’aeromobile. Al posto o in aiuto dei servocomandi vengono anche usate le servoalette aerodinamiche, che riducono lo sforzo richiesto al pilota per lo spostamento di una superficie di governo.