FUSOLIERA


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 Esigenze particolari

 Disegno – Piano di costruzione

 Carichi e sollecitazioni

 Tipi di fusoliere

 Descrizione

 Definizione e classifica

 Costruzione a guscio in metallo

 Fusoliere miste e a falso guscio

 Fusoliere geodetiche

 Ala

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Funzione e forma

La fusoliera ha la funzione di ospitare cabina di pilotaggio, carico utile ed eventualmente l’apparato propulsore, nonché il compito di collegare l’ala agli organi di stabilizzazione e di governo della coda. Se assolve solo alla prima funzione è detta ‘carlinga’, altrimenti è detta ‘trave di coda’.

Forma e dimensioni della fusoliera variano a seconda della categoria di appartenenza del velivolo, nonché delle prestazioni richieste.

Le sezioni trasversali più usate negli aerei civili sono le seguenti:

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Talvolta è possibile notare fusoliere a sezione triangolare (con gli spigoli arrotondati), adatta per gli aerei ad ala bassa . Più raramente si trovano fusoliere con sezione a spigoli: il loro impiego è confinato ad alianti ed aerei militari.

Di profilo le fusoliere possono assumere le seguenti forme:

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In sede di progetto, un parametro molto importante per il dimensionamento della fusoliera è l’allungamento. Esso è pari alla lunghezza fratto il diametro (o la misura trasversale maggiore). Si cercherà poi di ottenere la minima resistenza per unità di superficie maestra (fusi tozzi: l/d=3.5) o per unità di volume (fusi slanciati: l/d=6). In aeronautica interessano entrambi i casi. Se si deve carenare un organo di determinato ingombro frontale, si sceglierà il fuso di minima resistenza, riferito al cerchio circoscritto all’oggetto da carenare. Se invece si vuole ottenere un corpo di determinato volume interno, il fuso migliore è da ricercarsi, con riferimento al volume stesso tra i fusi slanciati.

Così, le gondole motrici risultano tozze mentre le fusoliere allungate.

Esigenze particolari

La buona visibilità è fondamentale per le cabine di pilotaggio.

Nonostante ciò per motivi di natura aerodinamica, l’uso di superfici interamente piane è limitato alla parte anteriore del parabrezza. I vetri impiegati, opportunamente fissati alla struttura, sono antiproiettile sugli aerei militari, mentre in quelli civili devono resistere all’urto di un uccello di 2-3 Kg alla velocità di 500-600 Km/h.

Per evitare l’appannamento si usano intercapedini di aria, mantenuta secca con l’uso di sostanze igroscopiche. In condizioni atmosferiche avverse è possibile impiegare opportuni accorgimenti (tergicristalli, liquidi antighiaccio) , e sugli aerei non pressurizzati è possibile aprire parte della finestratura. Tale parte deve essere in una zona di depressione affinché non entrino in cabina pioggia grandine o fastidiose correnti d’aria. Per non compromettere la capacità di penetrazione delle fusoliere, la finestratura deve produrre la minima resistenza possibile. Un primo esempio in proposito, fu quello del ‘Republic Rainbow’ , in cui l’abitacolo piloti era munito di un parabrezza quasi verticale, carenato da una finestratura trasparente che completava la forma a fuso nella parte prodiera: in caso di scarsa visibilità poteva essere fatta scomparire telescopicamente ai due lati della fusoliera. Molte volte la finestratura può essere interamente rimossa ed usata come uscita di emergenza, mediante espulsione del pilota (negli aerei militari).

Le vigenti norme impongono che gli apparecchi civili siano forniti di uscite di sicurezza, in numero tale da consentire una completa evacuazione dell’apparecchio in 30 secondi, o, se vi sono più di 30 posti, di permettere l’evacuazione di un passeggero al secondo. Le dimensioni delle uscite devono essere tali da potervi inscrivere un’ellisse i cui assi misurino rispettivamente 486mm e 660mm.

Disegno – Piano di costruzione

La fusoliera non deve presentare discontinuità od irregolarità: deve perciò essere di forma avviata. Per verificare tale affermazione, si usano diversi sistemi tra i quali citiamo quello della ‘generatrice’ e quello della ‘linea d’acqua’ . Il primo si effettua inserendo il disegno della fusoliera entro un piano cartesiano in cui sia stata deformata la scala delle ordinate: si accentua così la curvatura delle superfici analizzate, rendendo più semplice l’avviamento. Se la fusoliera non è costituita da un solido di rivoluzione, bisognerà usare il sistema della linea d’acqua, consistente nel sezionare la stessa con piani di sezione paralleli ai piani di riferimento xy e xz, constatando se i contorni ottenuti siano o meno avviati. Ricavando sempre con lo stesso metodo, attraverso a sezioni successive con piani trasversali anche i contorni in corrispondenza alle varie ordinate si ottiene una rappresentazione completa a piani quotati delle forme esterne della fusoliera. Tale rappresentazione è detta : Piano di costruzione.

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Per l’esecuzione del progetto si possono seguire due strade: o si riporta il piano di costruzione in grandezza naturale e da lì si ricavano le misure necessarie per la costruzione dei particolari, o si ricorre a metodi matematici che consentono di ricavare qualsiasi quota con la voluta precisione.

La progettazione deve essere accurata in quanto la fusoliera contribuisce con un buon 40% alla resistenza totale del velivolo.

Carichi e sollecitazioni

La fusoliera in volo è sollecitata da forza di diversa natura ed origine, e precisamente:

  1. Forze aerodinamiche trasmesse dall’ala;
  2. Forze di trazione dei propulsori posti sulle ali;
  3. Forze aerodinamiche derivanti e trasmesse dagli impennaggi;
  4. Forze d’inerzia ( che intervengono durante il moto vario del velivolo );
  5. Pressioni aerodinamiche che agiscono sul rivestimento;
  6. Differenza tra pressione interna ed esterna.

Le forze aerodinamiche dell’ala e della coda vengono trasmesse alla fusoliera mediante opportuni attacchi: così pure le forze di trazione dei propulsori.

Particolarmente importante risulta la determinazione delle forze d’inerzia, preponderanti in tutti i casi in cui la fusoliera ospita notevoli carichi. Mentre in volo rettilineo tali forze si riducono al peso. Quando l’aereo subisce, per causa interna od esterna, un’accelerazione esse crescono proporzionalmente alla stessa ed il calcolo delle strutture deve avvenire tenendone opportunamente conto. Quando l’apparecchio è soggetto, oltre che alla gravità, anche a sollecitazioni trasversali, tutti i carichi andranno moltiplicati per il coefficiente di contingenza (n), solitamente desunto dal regolamento.

Le notevoli dimensioni trasversali della fusoliera permettono di affrontarne la costruzione senza particolari difficoltà dal punto di vista statico ( a differenza di quanto accade nell’ala dove il vincolo nello spessore crea gravissimi problemi ). Le sollecitazioni locali dovute alle pressioni aerodinamiche esercitate sul rivestimento hanno importanza solo quando la fusoliera è ricoperta in tela, caso oggi assai raro. Più importanti sono le sollecitazioni dovute all’impiego di cabine stagne in "pressione", ma la loro trattazione è in questo caso superflua.

 

Tipi di fusoliere

Costruttivamente le fusoliere si riducono a due tipi:

In molti casi sono usate strutture miste, in cui oltre alla travatura reticolare, partecipa alla resistenza anche il rivestimento (particolarmente a torsione).

Descrizione

In una fusoliera reticolare, le sollecitazioni , durante il volo, sono assorbite da quattro travi principali: due per reagire agli sforzi verticali (fiancate), due per reagire agli sforzi orizzontali (fondo e cielo). Tali travi hanno correnti in comune. La struttura può essere costruita con l'ausilio di tubi quadrati o tondi, in acciaio o lega leggera, collegati tra loro con opportuni attacchi, oppure, se si tratta di acciaio, saldati. In corrispondenza delle porte, o delle aperture in genere, se le diagonali risultano ingombranti, vengono spostate. Nell'interno della fusoliera, una o più ordinate (intendendo con questo termine il quadrilatero formato da quattro montanti, giacenti in uno stesso piano trasversale) vengono controventate a croce di Sant'Andrea o a "K", mediante aste saldate, o cavi d'acciaio con tenditori.

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Il rivestimento è di solito effettuato con sottile lamiera di duralluminio, per intero o in parte. In questo ultimo caso, il duralluminio è posizionato solo nelle parti prodiere ed in prossimità dei motori, mentre il resto è in tela o in sottili fogli di compensato.

Le fusoliere reticolari hanno il pregio di essere leggere, poco costose, di non richiedere attrezzature particolari e di offrire numerosi punti (nodi) in cui è possibile applicare carichi concentrati, senza l’ausilio di accorgimenti speciali; per contro hanno lo svantaggio di non permettere forme di alta penetrazione, di non permettere la costruzione di cabine stagne e di avere parti in tela del rivestimento piuttosto vulnerabili e deperibili agli agenti atmosferici.

Questi svantaggi fanno sì che questo tipo di fusoliera venga impiegato solo in rarissimi casi.

Definizione e classifica

Le strutture in cui il rivestimento esterno esercita sia funzioni di forma che di resistenza vengono dette "a guscio". Esse sono realizzate da un certo numero di ordinate trasversali su cui poggiano numerosi correnti longitudinali, il tutto fasciato dal rivestimento.

Principalmente le strutture a guscio si dividono in due sottogruppi:

 

Costruzione a guscio in metallo

Nella costruzione metallica i correnti sono per lo più costituiti da profilati aventi sezione a "Z" od a "C". Le ordinate, solitamente alleggerite da fori, hanno la medesima sezione oppure sono a "doppia C". In corrispondenza di aperture o attraversamento di componenti strutturali, la struttura assume forme particolari.

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Il rivestimento in lamiera di duralluminio è applicato per chiodatura. Si presentano tre casi:

Da un punto di vista concettuale, la prima realizzazione è la migliore. A loro volta i correnti possono essere fissati direttamente alle ordinate con apposite squadrette: ciò implica l’intaglio dell’ordinata in corrispondenza dei correnti, complicando notevolmente le problematiche costruttive. La seconda realizzazione dà luogo a soluzioni costruttivamente molto semplici e con minor numero di ribattini. I correnti sono chiodati per tutta la loro lunghezza al rivestimento, ed alle ordinate in corrispondenza dei punti d’intersezione. La terza realizzazione è molto rara in quanto obbliga ad accostare molto fra loro le ordinate.

La ricerca della semplicità costruttiva, ha portato alla necessaria diminuzione dei pezzi necessari alla costituzione della struttura: un esempio ci è dato dall’abolizione di alcuni correntini, sostituiti dalle estremità piegate delle lamiere. Di rilievo, al fine di diminuire i tempi di assemblaggio, l’uso di chiodatrici automatiche, largamente impiegate grazie alla possibilità di mantenere la fusoliera "divisa" in due parti per tutta la fase di assemblaggio. Finita tale fase, si provvede all’unione dei due tronchi mediante opportune soluzioni strutturali, quali, ad esempio, doppie chiodature o pannelli di rinforzo, utili al fine di garantire l’opportuna sicurezza.

Fusoliere miste e a falso guscio

Le fusoliere miste sono piuttosto diffuse tra i velivoli da turismo di piccole dimensioni. Esse sono composte da una struttura reticolare nella parte centrale, dove vi è l’attacco delle ali, e da una struttura a guscio nella parte posteriore. Il risultato da una fusoliera di buona finezza, con buone caratteristiche di resistenza.

Le fusoliere a falso guscio possiedono una struttura reticolare interna che resiste alle sollecitazioni di flessione e di taglio, mentre il rivestimento esterno, irrigidito da ordinate e correnti, o da una lamiera ondulata, reagisce alla torsione. La struttura reticolare è realizzata da elementi di lamiera, stampati ad omega ed accoppiati per saldatura a punti. Il rivestimento in lamiera liscia, irrigidito internamente da lamiera ondulata, è attaccato a mezzo di viti all’ossatura reticolare. Queste strutture ibride non sono generalmente vantaggiose, perché di solito pesano di più delle corrispondenti a guscio, e consentono una minor utilizzazione dello spazio interno.

Fusoliere geodetiche

Quattro correnti longitudinali assorbono gli sforzi assiali e quelli derivanti dalla flessione, mentre una doppia schiera di geodetiche inclinate di 45° rispettivamente tese e complesse, e costituenti un complesso autostabile, assorbe gli sforzi di taglio e di torsione. In corrispondenza dell’attacco dei longheroni dell’ala e degli impennaggi sono disposte opportune ordinate per assorbire e trasmettere al complesso geodetico gli sforzi concentrati ivi presenti. Il rivestimento ha solo funzione di forma ed è eseguito in tela.

Le strutture così formate, permettono di ottenere forme penetranti senza ricorrere a soprastrutture pesanti e ingombranti, consentendo un’elevata utilizzazione dello spazio interno. Per contro esse sono di realizzazione complessa, vista la notevole quantità di aste fra loro differenti in lunghezza e curvatura, e dando l’inconveniente di richiedere un rivestimento in tela. Si tratta comunque di un tipo completamente superato.

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FUSOLIERA

 Funzione e forma

 Esigenze particolari

 Disegno – Piano di costruzione

 Carichi e sollecitazioni

 Tipi di fusoliere

 Descrizione

 Definizione e classifica

 Costruzione a guscio in metallo

 Fusoliere miste e a falso guscio

 Fusoliere geodetiche

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