CALCOLO STATICO DI UNA STRUTTURA   AERONAUTICA

Il calcolo statico ha sostanzialmente lo scopo di accertare o verificare il comportamento di una struttura aeronautica soggetta ad una assegnata distribuzione di forze che si ritengono applicate staticamente.

Tali forze sono principalmente:

 a)     forze aerodinamiche, distribuite sulla superficie esterna del velivolo;

 b)    forze di massa, cioè forze dovute alla massa delle varie parti del velivolo e di tutto ciò che il velivolo trasporta: tali sono i pesi e le forze d’inerzia;

 c)     spinte degli apparati propulsori;

 d)    differenze di pressione fra l’interno e l’esterno di una cabina o di un altro compartimento pressurizzato;

 e)     reazioni del terreno sugli organi di atterraggio, evidentemente solo nelle fasi in cui il velivolo è in contatto col terreno;

 d)    altre forze di natura particolare, come la trazione applicata al gancio di traino di un aliante o altre.

 E’ quindi evidente che ogni calcolo statico deve essere preceduto dalla determinazione delle forze agenti e che l’accuratezza con la quale si valutano i carichi influenza in modo determinante (sia in senso positivo che negativo) l’accuratezza del risultato finale della verifica statica.

 In alcuni casi le deformazioni dovute ai carichi sono tali da fare variare in modo apprezzabile la distribuzione delle forze aerodinamiche. Si pensi per esempio all’effetto della deformazione torsionale dell’ala: essa provoca variazioni di incidenza aerodinamica le quali, specie se la velocità di volo è elevata, possono alterare sensibilmente la distribuzione della portanza e del momento.

 Questi fenomeni, nei quali si ha una profonda interazione fra il comportamento aerodinamico e quello strutturale, possono avene notevole importanza, ed in alcuni casi essere particolarmente pericolosi, specialmente alle più alte velocità di volo.

 Vengono normalmente denominati fenomeni aeroelastici, ed aeroelasticità il loro studio.

 Nel calcolo statico propriamente detto, le forze sono considerate note. Inoltre dovremo ritenere che sia nota anche la struttura in tutti i suoi dettagli.

 In effetti nelle prime fasi del progetto di un velivolo la struttura non può essere nota in tutti i suoi dettagli infatti il progetto della struttura consiste proprio nel determinare, e nel dettagliare attraverso successivi affinamenti, la struttura ottimale, cioè la struttura che costituisce il miglior compromesso fra le esigenze di basso peso, costo limitato, durata, affidabilità, ecc., che soddisfa i requisiti.

 Per questo nelle prime fasi del progetto è opportuno impiegare schemi di calcolo il più possibile semplici e isostatici; semplici perché consentano di eseguire rapidamente i numerosi calcoli che possono essere necessari alla ricerca della struttura migliore, senza d’altronde richiedere la precisazione di troppi dettagli; se è possibile anche isostatici perché consentano di determinare le sollecitazioni in una parte della struttura, o addirittura in un elemento di questa, indipendentemente dalla definizione e dalla scelta della struttura circostante, e quindi di dimensionare o verificare, entro certi limiti, indipendentemente, le varie parti della struttura.

 Nelle fasi più avanzate del progetto si dovranno e si potranno invece impiegare schemi di calcolo via via più raffinati e più dettagliati, che tengano conto in modo più realistico delle intera azioni iperstatiche fra le varie parti della struttura.

 Osserviamo infine che anche i carichi agenti sulla struttura, in generale, potranno essere determinati con accuratezza via via crescente all’avanzare del progetto. Inoltre le condizioni di carico per le quali si deve eseguire il calcolo sono più di una, corrispondenti a situazioni diverse; quindi quando si parla di calcolo strutturale conviene fin da ora intendere il calcolo della stessa struttura con diverse condizioni di carico.

             Schema semplice a travi

 Lo schema più semplice con il quale si può rappresentare la struttura di un velivolo è quello nel quale le sue parti principali, e cioè l’ala, la fusoliera e gli impennaggi vengono considerati travi (v. p. es. la figura ).

Anche le superfici mobili e cioè gli alettoni, gli ipersostentatori, l’equilibratore ed il timone possono essere visti come travi, collegate alle corrispondenti superfici fisse attraverso le cerniere (o le guide) e gli organi di comando (figura ).

Questo procedimento, ha i vantaggi ed i limiti del modello che abbiamo chiamato “trave”, che sono principalmente:

1. Si possono calcolare gli sforzi in una sezione della trave conoscendo le azioni interne in quella sezione, ed ignorando completamente la situazione delle sezioni vicine. Con schemi isostatici del tipo di quelli indicati nelle figure.

2.        Le azioni interne possono essere valutate direttamente conoscendo i carichi, prima di sapere come sono fatte le travi. Ciò richiede che si possano individuare degli assi, più o meno convenzionali delle travi stesse, e quindi delle sezioni normali all‘asse.

3.        Il modello di trave non permette, in generale, di calcolare gli sforzi con sufficiente attendibilità in prossimità delle zone di vincolo, di brusca variazione di sezione, di brusca variazione dell’orientazione dell’asse, o di applicazione di forti carichi concentrati. Esempi di tali zone, particolarmente importanti per ché soggette a forti sollecitazioni, sono le zone di attacco fra l’ala e la fusoliera (zona di vincolo), e le parti che contengono grandi aperture (brusche variazioni di sezione), quali il vano carrello e le porte di un velivolo da trasporto. Una situazione ancora più difficile è quella della zona di incastro di un’ala a freccia, nella quale oltre al vincolo si ha una brusca variazione dell’orientazione dell’asse . Il modello di trave non può essere impiegato, neppure in prima approssimazione, per quelle parti che per il loro basso allungamento non possono in alcun modo essere viste come travi e che tuttavia spesso sono parti fondamentali della struttura, come ad esempio le ali dei velivoli molto veloci .