Figura 1.1: L'Energia Totale non può cambiare
| Tradotto dal Gruppo SHIFTE-I | [ Silvio San Martino (oudeis@libero.it)] | Versione 1.2 | 09 Agosto 2002 |
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Nota: puoi acquistare un aereo usato quasi allo stesso prezzo di una auto sportiva nuova.
Indovinello: qual'è la principale differenza tra un aereo e un'auto sportiva?
Risposta: se con l'auto acceleri fino a circa 75 miglia all'ora e tiri verso di te il volante,
non succede nulla di veramente interessante..
Nel pilotare un aeroplano, le funzioni fondamentali sono due:
(1) controllare la velocità
dell'aeroplano
(2) controllare la sua quota.
L'effettuazione di queste manovre sarebbe facile se l'aeroplano fosse
dotato di comandi ideali, di modo da poter
(1) muovere una leva per
cambiare immediatamente la velocità relativa di alcuni nodi,
senza cambiare la quota
(2) poter muovere un'altra leva per cambiare
quota di alcune dozzine di piedi, senza cambiarne la velocità
relativa.
Tuttavia, è fisicamente impossibile costruire un aeroplano con tali comandi ideali. Uno degli scopi di questo capitolo è spiegare come i comandi reali interessano la velocità relativa ed la quota di un aeroplano reale.
Per esempio, consideriamo la manovra apparentemente semplice consistente nel modificare la velocità mentre si mantiene una quota costante. Vedremo che questo richiede una sequenza complessa di regolazioni di diversi comandi. Ci sono due modi per effettuare questa manovra. Il primo modo è quello di scoprire (tramite prove ed errori) la sequenza richiesta di regolazioni ed effettuare successivamente questa sequenza a memoria. Un modo molto più facile ed efficace è quello capire i rapporti fondamentali, di modo che la sequenza adeguata diventa logica ed adeguata.
Capire come l'aeroplano realmente risponde ai comandi rende il vostro volo non soltanto più facile, ma anche più sicuro.
In generale, un pilota che prova a controllare la velocità relativa e la quota agendo esclusivamente sul controllo dell'una o l'altra variabile lavora piuttosto male. È solitamente la velocità relativa che ne soffre. Troppo spesso infatti, la velocità relativa diventa troppo bassa, cosicché l'ala stalla ed il pilota perde bruscamente il controllo. Questo è il classico incidente di stallo/vite. È solitamente mortale. Se capite come i comandi realmente operano, potete evitare questa difficoltà.
La chiave per capire il rapporto fra la velocità relativa e quota - oltre che molte altre cose- è il concetto di energia.
L'energia non è un concetto nuovo o complicato. La maggior parte dei piloti capiscono che essere "alti e veloci" è molto, molto differente da essere "bassi e lenti"; il concetto di energia rende questa nozione più precisa e gli dà un nome ufficiale.
I buoni piloti pensano sempre in termini di energia. Quando la situazione diventa critica, valutano con attenzione l'energia prima di effettuare i comandi adeguati. Una volta che farete vostro il concetto-base di energia, potrete applicarlo in molti modi e in molte differenti situazioni. Ciò costituisce un grande miglioramento rispetto al tentativo di provare di calcolare tutte le possibili situazioni una per una. L'energia vi dà il "grande quadro".
Come illustrato nella figura 1.1 ci sono quattro tipi di energie che di fondamentale importanza per gli aeroplani, vale a dire:
Ci sono naturalmente altri tipi di energia, ma le quattro forme elencate sopra sono quelle che i piloti fronteggiano normalmente, pertanto per ora ci concentreremo su di esse 1.
L'energia ha la notevole proprietà che non può essere generata o distrutta - può essere convertita soltanto da una forma in un altra. Questa regola (che i fisici denominano la legge di conservazione di energia) non è una delle leggi del Newton; ai tempi di Newton non era ancora conosciuta.
Considerate l'analogia con acqua: può essere convertita in ghiaccio ed poi ancora in acqua, tuttavia la quantità di acqua non cambia nel processo. Anche se l'acqua si disperde e perdiamo le sue tracce, il numero di molecole di acqua nel mondo non è cambiato.
La stessa nozione si applica all'energia, come illustrato nella Figura 1.1. L'energia del combustibile può essere convertita in quota; la quota può essere trasformata in velocità; la quota può essere convertita per compensare la resistenza; e così via. La quantità di energia nel mondo non cambia.
Alcune di queste conversioni di energia sono irreversibili. La combustione del carburante, per esempio, è un sistema unidirezionale; non possiamo far funzionare il motore al contrario e ristabilire il pieno di carburante. Similmente, quando l'energia è dissipata dalla resistenza, quell'energia non potrà essere recuperata mai più in una forma utile.
La velocità e la quota insieme sono denominate energia meccanica. La potenza del motore aumenta l'energia meccanica, mentre la dispersione fa diminuire l'energia meccanica.
Dalla Figura 1.2 alla Figura 1.8 vengono illustrati diversi esempi di come una forma di energia può essere convertita in un'altra. Ora esamineremo più dettagliatamente i processi di Conversione dell'Energia.
Un aeroplano (come qualunque altro oggetto) ha energia potenziale proporzionale alla sua quota. Ogni incremento di quota rappresenta un incremento di energia. Similmente, tutti gli oggetti che si muovono hanno energia cinetica proporzionale al quadrato della propria velocità. Possiamo facilmente effettuare conversioni da una all'altra fra queste due forme di energia. l'Ottovolante è un esempio ben noto 2 di ciò, come illustrato nella Figura 1.9.
A sinistra della figura, abbiamo un vagone dell'Ottovolante ad una bassa quota, che si muove rapidamente. Nel mezzo della figura, il vagone ha una quota maggiore, ma molto meno velocità. Alla destra della figura, il vagone è ritornato alla bassa quota ed ha riguadagnato la velocità.
Poiché il vagone non trasporta combustibile ed ha un attrito trascurabile, l'energia potenziale (quota) e l'energia cinetica velocità) sono le uniche forme di energia che dobbiamo considerare.
Qui è la legge dell'Ottovolante:
Questa legge si applica agli aeroplani, all'Ottovolante, o a tutto ciò che converte l'energia potenziale a o da energia cinetica. Il guadagno di quota è proporzionale (a) alla quantità di velocità persa moltiplicato (b) la velocità media 3 durante la manovra.
Possiamo applicare questi concetti a una coppia di esempi: se siete in volo rettilineo e livellato a 201 nodi e tirate indietro la cloche, quando raggiungete 200 nodi avrete effettuato uno zoom di 18 piedi. Se cominciaste la manovra a 101 nodi e tiraste di nuovo la cloche fino a raggiungere 100 nodi (ancora una volta con una perdita di un nodo) guadagnereste soltanto 9 piedi.
Questa regola si applica agli aerei, ai vagoni dell'Ottovolante ed a tutti gli oggetti del mondo nelle situazioni dove l'attrito può essere trascurato. Il fattore di conversione, 9 piedi per nodo per cento nodi, è esattamente il reciproco dell'accelerazione di gravità 4 espressa in unità aeronautiche.
Le due forme di energia - quota e velocità al quadrato - sono profondamente collegate, sebbene siano misurate in unità differenti. Abbiamo bisogno di un fattore di conversione (9 piedi per nodo per cento nodi) in modo da convertire un gruppo di unità nell'altro.
Poiché stiamo per cominciare a confrontare queste forme di energia meccanica con altre forme, dobbiamo cominciare a prestare attenzione ad un ulteriore particolare: l'energia potenziale dell'oggetto dipende non soltanto dalla sua quota ma anche dalla massa. Un Boeing del peso di 300 tonnellate ad una data quota possiede energia potenziale 300 volte maggiore di un Piper di 1 tonnellata alla stessa quota.
Similmente, l'energia cinetica di un oggetto è proporzionale anche alla sua massa. Un oggetto del peso di 300 tonnellate a una data velocità ha 300 volte più energia che un oggetto di 1 tonnellata alla stessa velocità.
Poiché la massa di aeroplano non cambia durante il corso di una manovra, possiamo semplificare la discussione ignorando la distinzione fra "energia per unità di massa" ed "energia pura". Nei casi in cui la distinzione rivesta importanza, ve lo ricorderò.
Dopo aver capito la conversione fra quota e velocità, introduciamo nella descrizione il combustibile. Ogni libbra di combustibile contiene una determinata quantità di energia chimica. Il motore ci permette di convertire questa energia chimica in energia meccanica. Assumendo l'efficienza tipica del motore, il fattore di conversione del combustibile in quota è:
Cioè una salita fino a 6300 piedi richiede 1 gallone in più di combustibile che il volo livellato effettuato per lo stesso tempo, in un tipico aeroplano di una tonnellata. Un aereo più pesante richiederebbe proporzionalmente più combustibile per la stessa salita.
Per capire da dove derivi questo numero e che cosa significa, si consideri l'esperimento mostrato in Figura 1.10. In primo luogo supponiamo di volare diritti e livellati per dieci minuti, mantenendo 90 nodi; osserviamo che l'indicatore di flusso del combustibile indica 5 galloni all'ora. Allora apriamo la manetta e effettuiamo una salita per lo stesso tempo alla stessa velocità; osserviamo una velocità verticale di 630 piedi per minuto e un flusso di combustibile di 11 galloni all'ora.
L'esperimento ci dice che nell'aeroplano preso in esempio, salendo a 90 nodi vengono consumati 6 galloni all'ora in più di combustibile rispetto al volo livellato alla stessa velocità. Durante 10 minuti (un sesto di un'ora) la salita richiederà un gallone supplementare. Gli stessi 10 minuti effettuati a 630 piedi al minuto ci faranno guadagnare 6300 piedi di quota. L'aereo in esempio pesa esattamente una tonnellata, così da avere il fattore di conversione sopra indicato: 6300 piedi a tonnellata per gallone.
L'esatto valore del fattore di conversione varia limitatamente da un aereo ad altro, in relazione alla efficienza del motore, etc, ma 6300 piedi a tonnellata per gallone rappresenta una buona approssimazione nella maggior parte dei casi.
Per definire il fattore di conversione "carburante in quota" per il vostro aereo, dovete (1) dividere 6300 per il peso (in tonnellate) del vostro aereo; (2) effettuare l'esperimento descritto precedentemente; o (3) ottenere la soluzione utilizzando i dati di performance in volo di crociera e di performance in salita presenti nel Manuale d'Uso - Pilot's Operating Handbook (POH)- del vostro aereo.
Qui sono i risultati per diversi aeroplani di vari fornitori, usando i numeri di POH:
| Aeroplano | piede-tonnellate per gallone |
| Biposto, a carburatore, carrello fisso, elicaa passo fisso | 6172 |
| Quadriposto, a carburatore, carrello fisso, elica a passo fisso | 6362 |
| Quadriposto, a iniezione, carrello retrattile, elica a giri costanti | 6410 |
| Bimotore a sei posti, a iniezione, carrello retrattile, elica a giri costanti | 6384 |
Se l'aeroplano fosse efficiente al 100% nel convertire il combustibile in quota, il fattore di conversione sarebbe più alto, ma è difficile costruire un motore realmente efficiente con una forma, un peso e un costo ragionevoli.
Poiché il combustibile corrisponde alla quota, la portata del flusso di combustibile deve corrispondere al tasso di salita. Gli equipaggi degli aerei di linea usano in genere questo accorgimento: per fare la transizione dal volo livellato ad una discesa a 500 piedi per minuto a velocità costante, ritardano la riduzione della velocità fino a che non vedono una certa riduzione sugli indicatori di flusso del combustibile.
Questa nozione di "energia per unità di tempo" è generalmente denominata potenza. Non potete confondere la potenza con energia, più di quanto non possiate confondere un indicatore di velocità verticale con un altimetro; il primo indica la quota per unità di tempo, mentre il secondo indica la quota.
L'aeroplano ha strumenti che misurano la maggior parte -- ma non tutte -- le forme relative di energia e di potenza. Gli indicatori di energia includono l'altimetro, l'indicatore di velocità relativa ed gli indicatori di quantità di combustibile: essi vi indicano quanta energia potenziale, energia cinetica ed energia chimica vi è a bordo.
Gli indicatori di potenza più comuni includono gli indicatori di velocità verticale ed gli indicatori di flusso del combustibile; questi vi dicono quanta potenza sta fluendo dentro e fuori dalle riserve di energia potenziale e chimica. A volte sono inseriti altri indicatori di potenza; gli alianti hanno spesso un "variometro di energia totale", che misura il tasso di variazione nell'energia meccanica (potenziale più cinetico) misurando la combinazione di cambiamento di quota e di cambiamento di velocità. Un tal dispositivo è più utile di un normale indicatore di velocità verticale per la rilevazione delle ascendenze, per il seguente motivo: tirare indietro la cloche involontariamente causa una indicazione positiva sull'indicatore di velocità verticale (dalla legge delle Ottovolante) che potrebbe essere confuso con una reale ascendenza; al contrario sul variometro di Energia Totale tirando la cloche non si osserverà alcuna indicazione.
Poiché in aliante non c'è preoccuparsi della potenza del motore, il variometro di Energia Totale dà un'immagine ragionevolmente completa di quanta potenza in entrata o in uscita dal velivolo (ascendenza = potenza in entrata; dispersione = potenza in uscita). In un aeroplano con motore e senza un variometro di Energia Totale, è parecchio più difficile visualizzare che cosa sta accadendo.
La Figura 1.11 ricapitola questa sezione mostrando le varie forme di energia e di potenza ed alcuni dei rapporti fra loro. Sugli aerei esistono indicatori specifici per quei fattori contrassegnati da un cerchio.
Un ricordo per i puristi: una data quantità di benzina contiene una determinata quantità di energia chimica, punto e basta. Al contrario, una data quantità di quota rappresenta una determinata quantità di energia per unità di massa dell'aeroplano. Di conseguenza è una eccessiva semplificazione affermare (come in Figura 1.11) che l'indicatore di carburante e l'altimetro misurano esattamente la stessa cosa, ma non è un errore se la massa dell'aereo non subisce cambiamenti. Osservazioni simili si applicano all'indicatore di velocità relativa.
E'giunto il tempo di introdurre la resistenza nella discussione.
La dispersione di potenza dovuta alla resistenza è uguale alla
forza della resistenza moltiplicato la velocità relativa
5.
La potenza è energia per unità di tempo, che non
dovrebbe essere confusa con la energia.
La distinzione fra energia e potenza è sottolineata nella
seguente analogia:
| La quota (energia) è come i soldi in banca. Pagate il costo per salire a una certa quota soltanto una volta. Se desiderate, potete incassare l'energia di quota per fare cose utili. | La resistenza (potenza) è come l'affitto; dovete pagare un determinato importo di energia per unità di tempo per il vantaggio di far volare l'aeroplano attraverso l'aria. Quell'energia non può essere recuperata mai più. |
La quantità di resistenza -- la quantità di affitto che dovete pagare -- dipende dalla vostra velocità relativa 6 in un modo complicato. Il rapporto è indicato nella Figura 1.12 ed è denominato curva di potenza.
(Potrebbe esservi più familiare una versione rovesciata di questa curva che è chiamata "curva della potenza richiesta" L'orientamento dato qui è preferibile, per il seguente motivo: gli aeroplani non hanno "contatori della potenza richiesta" ma hanno indicatori di velocità verticali. Di conseguenza questo orientamento è più espressivo nella cabina di guida. Inoltre è da notare che la resistenza fornisce un importo negativo al nostro preventivo di alimentazione, contrariamente al motore che ne fornisce un importo positivo). Nella figura, la velocità relativa è indicata in Nodi di Velocità Indicata all'Aria (K IAS ). Un nodo è un miglio nautico all'ora, come discusso nella sezione 14.2.2. Il significato della velocità relativa indicata contro quella vera è discusso nella sezione 2.12.
Questa figura si applica al volo planato diritto continuo. Il motore sta producendo alimentazione pari a zero; per ogni particolare velocità relativa, l'aeroplano discenderà al tasso specificato dalla curva di potenza. La quota -- cioè energia potenziale gravitazionale -- sta per essere incassata per pagare le perdite dovute all'attrito.
Le unità tradizionali per l'asse verticale in questa figura sarebbero cavalli vapore, ma ho usato i piedi al secondo. Ciò è voluto al fine di chiarire l'equivalenza di tutte le quattro le forme di energia misurandole in un comune gruppo di unità. Abbiamo visto che pensare alla velocità relativa in termini di quota (9 piedi per nodo per cento nodi) ed anche come pensare al combustibile in termini di quota (6300 piedi per tonnellate a gallone), in tal modo è logico che la potenza dovrebbe essere misurata come velocità verticale; cioè quota-variazione per unità di tempo.
La terminologia e le applicazioni di base della curva di potenza sono presentate nelle seguenti coppie dei paragrafi; applicazioni più avanzate saranno presentate nella sezione7.5.
Come appare in Figura 1.13, la curva di potenza è divisa in tre regimi. La parte destra della curva (dalle moderate velocità relative in su) è denominata "lato frontale della curva di potenza". Il volo di crociera normale è condotto in questa gamma di velocità relative.
In questo regime, quanto più velocemente volate, tanta più potenza è consumata dall'attrito. Ciò non ci sorprende, ognuno sa che spostare rapidamente un oggetto attraverso l'aria richiede più forza che facendolo lentamente. Potete vedere nella Figura 1.13 che se planate ad una velocità relativa molto alta, avrete un ampio tasso della discesa.
Quello che è meno evidente ai non-piloti è che alle basse velocità relative ci sarà un altro regime con resistenza molto alta. Ciò è chiamato il regime "mushing"(secondo regime) ed è indicato nella la figura. In questo regime l'aeroplano deve volare ad un alto angolo di attacco per sostenere il peso relativo. Ciò genera forti vortici di estremità che a loro volta producono enormi quantità di resistenza indotta, come discusso nella sezione 3.12.3. Di conseguenza se siete in regime mushing, volare più lentamente genera un maggiore tasso di discesa, come può essere visto nella Figura 1.13. Ciò è molto dissimili dalle automobili, un automobile che si muove lentamente subisce una ridottissima perdita di attrito. Naturalmente, le automobili non devono sostenere il loro peso scendendo giù attraverso l'aria.
La linea di divisione fra il regime mushing e il lato frontale della curva di potenza è il punto più alto sulla curva di potenza. A questo punto, l'aeroplano può volare con la quantità minima di dispersione; ciò è la zona di "basso-affitto". La velocità relativa, dove questo accade, è denominata velocità di miglior tasso di salita e indicata con VY. 7
Per concludere, consideriamo la parte bassa a sinistra della curva di potenza. Ciò è denominata regime di stallo, come indicato nella Figura 1.13. 8
Il volo in questo regime è molto, molto particolare. Il regime mushing ed il regime di stallo si riferiscono collettivamente al lato posteriore della curva di potenza. La vita sarebbe più semplice se i fornitori mostrassero esplicitamente la curva di alimentazione nel POH, ma non è così. Dovete calcolarli da voi stessi. Fortunatamente, la forma generale della curva di alimentazione è più o meno 9 la stessa per tutti gli aeroplani, in modo che i concetti discussi in questa sede sono ampiamente applicabili.
Un aeroplano può convertire molto velocemente ed efficientemente la velocità relativa in quota e viceversa. A causa di ciò, queste due forme di energia sono considerate spesso insieme e collettiva vengono definite come "energia meccanica".
Al contrario, risulta difficoltoso convertire rapidamente il combustibile in energia meccanica ed è difficile dissipare rapidamente grandi quantità di energia meccanica attraverso la resistenza (soprattutto quando si deve mantenere una velocità di sicurezza).
Una veloce conversione della velocità relativa in quota è denominata uno zoom -- una manovra abbastanza comune 10. Dovreste sempre fare attenzione quando effettuate uno zoom, perché se la velocità relativa diventa troppo bassa potrebbero verificarsi improvvisamente conseguenze molto sgradevoli.
La capacità dell'aeroplano di convertire la velocità relativa in quota ed viceversa è la chiave di molte manovre acrobatiche. Non è possibile effettuare un loop usando esclusivamente la potenza del motore; dovete effettuare uno zoom. Lo spettacolo di acrobazie aeree di Bob Hoover si chiude con una spettacolare dimostrazione della capacità di gestione dell'energia. Dopo aver spento il motore, Bob effettua una serie di manovre acrobatiche complesse, compreso un eight-point roll e un hammerhead. 11 Successivamente atterra e parcheggia il suo aereo sempre senza riaccendere il motore. E' veramente una affascinante lezione di tecnica di volo.
La sezione precedente ha introdotto le principali forme di energia che interessano il volo. Il passo seguente è descrivere come il pilota può controllare l'energia nei vari sensi. Questa sezione non introduce concetti nuovi ma si limita a combinare e applicare i concetti precedentemente introdotti.
Continuiamo ad usare l'analogia fra energia e denaro. Di conseguenza,
stabilire quanta potenza deve fluire da una scorta a un'altra è
chiamato il bilancio della potenza.
La Figura 1.14 mostra come la potenza del motore influisca sul bilancio della potenza. 12 La parte inferiore della curva si applica quando il motore funziona a 1700 giri/min., la curva centrale si applica a 2000 giri/min. e la curva superiore si applica a 2300 giri/min.
Il punto A indica una discesa di 500 piedi al minuto alla velocità di 80 nodi. Il punto B indica il volo livellato alla stessa velocità ed il punto C indica una salita di 500 piedi al minuto sempre alla stessa velocità. La regola è semplice: se il motore produce più potenza, l'aeroplano avrà un tasso di discesa inferiore o potrà persino salire.
Il punto D corrisponde al volo livellato a 110 nodi. La regolazione della potenza è la stessa del punto C, ma l'energia che era usata per raggiungere la quota (punto C) ora viene utilizzata per vincere la maggiore resistenza dovuta alla nuova velocità relativa (punto D). Se la potenza del motore è esattamente pari alla dispersione dovuta all'attrito, l'aeroplano rimarrà in volo livellato, l'energia del combustibile viene utilizzata per vincere l'attrito.
I numeri in questo esempio sono coerenti con una regola pratica che si applica ad una vasta gamma di velivolo leggeri: a partire dal volo livellato, pianificare una discesa dei 500 piedi al minuto,
Questa regola funziona sorprendentemente bene su una vasta gamma di modelli e di produzioni. Potete definire quale versione di questa regola si addice maggiormente al vostro aereo. E' molto meglio che cercare alla cieca la adeguata regolazione della manetta.
Voglio essere sicuro che tutti i miei allievi capiscano veramente gli effetti di un cambiamento di potenza. Nella prima o seconda lezione, abbiamo dato all'aeroplano un assetto per il volo diritto e livellato (usando una moderata regolazione di potenza). A questo punto apriamo un pò la manetta. L'allievo si aspetta che l'aeroplano acceleri, proprio come un automobile. Ma gli aeroplani non sono automobili! Nella maggior parte dei casi (compresi i comuni aerei per addestramento) l'aeroplano rallenterà un pò. 13
Questo esperimento - la rilevazione di come i cambiamenti di potenza interessino la velocità trimmata dell'aeroplano - sono una delle prime cose che non faccio solo per gli allievi ma proprio per me stesso quando sto imparando a pilotare un nuovo modello di aereo. (Inoltre è importante imparare come l'estensione dei flap influisca sulla la velocità trimmata e del modo di interazione tra flap e potenza del motore.)
La manetta 14 regola la potenza. Cosa c'è di più semplice? La manetta regola la potenza. (Ricordate, la potenza è energia per unità di tempo.)
Ci sono tre impieghi possibili per questa potenza:
Potrebbe sembrare evidente che la spinta del motore "dovrebbe" causare una accelerazione dell'aereo, ma solitamente questo non succede. Anche se l'aeroplano viene tirato avanti (aumento della trazione), il meccanismo del trim rileva quello che accade ed immediatamente converte la nuova energia in quota. Di conseguenza la manetta può essere utilizzata attendibilmente per controllare il movimento up/down. Come discusso nel capitolo capitolo 6, questo è il comportamento aerodinamico normale e naturale.
Naturalmente, se annullate il meccanismo del trim, non sono possibili alternative. Per esempio:
Ripeto che durante il volo, se voi (e l'autopilota) lasciate la cloche ed effettuate un trimmaggio da solo, l'apertura della manetta causerà solamente un aumento di quota. Se desiderate accelerare o rallentare senza un cambiamento della quota, dovrete regolare manetta e cloche, come discusso nella sezione 7.2.
Un automobile, naturalmente, accelererà quando date gas. Ma questo non ha niente a che fare con il comportamento di un aeroplano durante il volo.
Un aeroplano non è come una automobile. Le automobili non hanno trim. Le automobili non sono libere di muoversi nella terza dimensione.
Ora che capiamo gli effetti della apertura della manetta, gli effetti della sua chiusura non dovrebbero essere una sorpresa. L'aeroplano manterrà la sua velocità trimmata (o potrebbe accelerare solo un pò) e comincerà a scendere. Ciò è facile da capire in termini di energia; confrontate i punti B ed A nella Figura 1.14. Se la potenza del motore viene ridotta, l'unico modo per pagare l'affitto è quello di incassare in quota l'energia ad un tasso costante.
Ora facciamo un esperimento un pò differente: tirando la cloche. Come prima, inizio con l'aeroplano in assetto di volo diritto e livellato. Allora tiro indietro leggermente la cloche e dopo la fermo. Che cosa accadrà successivamente? Accadranno parecchie cose, in tempi differenti:
Chiariamo il comportamento di lunga durata considerando due versioni di questo esperimento. Nella prima versione, come illustrata nella Figura 1.15, l'aeroplano è inizialmente sul lato frontale della curva di potenza - in volo di crociera a 105 nodi, che è nettamente sul lato frontale della curva di alimentazione. Tirate un pò indietro la cloche e fermatela.
Cosa succede alla velocità e alla quota? 17 La prima cosa che succede è che l'aeroplano rallenta da 105 nodi a 100 nodi. Dovreste pensare a questo come l'effetto primario del movimento della cloche. Questo è un effetto di breve durata e di lunga durata.
Come conseguenza di questo cambiamento di velocità, l'aeroplano effettuerà uno zoom di circa 45 piedi, secondo la legge dell' ottovolante: 9 piedi per nodo, per cento nodi. Questo è l'effetto a breve termine e di una sola volta.
Inoltre, possiamo vedere dalla curva di potenza che 100 nodi è una velocità relativa più efficiente. Meno potenza sarà consumata dalla resistenza, in modo che l'aeroplano salirà. (ricordate che abbiamo mantenuto la potenza del motore immutata.) L'aeroplano continuerà a salire per un tempo lungo ad un tasso costante.
Il cambiamento a breve termine della quota è governato dalla legge dell'Ottovolante, mentre il cambiamento termine della quota è governato dalla curva di potenza.
Finora tutto sembra abbastanza semplice, ma la seconda versione dell'esperimento è molto più interessante, come appare Figura 1.16. Configuriamo l'aereo per il volo dal lato posteriore della curva di potenza -- diciamo 58 nodi. Trimmiamo l'aereo per il volo diritto e livellato, quindi tiriamo un pò indietro la cloche e fermiamola.
La prima parte della storia è la stessa: rallenterete. Diciamo che la nuova velocità sarà di 53 nodi. Dovete sempre pensare a questo come all'effetto primario: se tirate indietro la cloche rallenterete.
La seconda parte della storia è anche la stessa: ci sarà un aumento della quota che avviene solo una volta. In questo caso sarà di circa 25 piedi. Lo zoom è di minore ampiezza rispetto al caso precedente, perché la velocità iniziale inferiore.
La parte finale della storia contiene la sorpresa: poiché la nuova velocità relativa rappresenta il punto di massima resistenza (quindi meno efficiente) della curva di potenza, l'aeroplano entrerà in una discesa costante. Alla nuova velocità relativa l'aereo continuerà a scendere
Come sempre, il cambiamento a breve termine della quota è governato dalla legge del Ottovolante, mentre il cambiamento a lungo termine è governato dalla curva di potenza.
Questo scenario (una salita di breve durata seguita da una discesa di lunga durata) è denominato zoom 18
Questo è la rovina degli allievi piloti quando cominciano
imparare a effettuare gli atterraggi. A partire da una velocità bassa a
pochi piedi sopra la pista, tirano indietro la cloche: l'aeroplano effettua
uno zoom verso l'alto per scendere successivamente con un tasso di discesa
elevato, causando un buco a forma di aereo sulla pista!!!
Gli allievi che non hanno appreso la distinzione fra gli effetti di
breve durata e di lunga durata avranno grossi problemi a gestire questa
situazione.
Nota: questo comportamento perfido (salita di breve durata seguita da discesa di lunga durata) non implica che l'aeroplano stalli o si avvicini allo stallo. Come accennato nella sezione 1.2.5 il regime di "mushing" non equivale al regime di stallo. Nel regime di mushing, il fattore causale è la resistenza indotta; lo stallo èuna situazione completamente differente, come discusso nel capitolo 5. A volte il regime di mushing è denominato regime dei controlli invertiti, ma questo non è un termine molto buono.
La seguente tabella ricapitola gli effetti che si ottengono tirando indietro la cloche:
| Effetti della parte frontale | Effetti del Mushing | Invertiti | |
| Velocità | Diminuzione | Diminuzione | no |
| Quota (a breve termine) | Aumento | Aumento | no 19 |
| Quota (a lungo termine) | Aumento | Diminuzione | si |
Da due voti su tre, concludiamo che il termine di "regime dei controlli invertiti" non è una buona descrizione del regime di mushing. 20
La seguente osservazione può essere di aiuto nel panorama delle grandezze delle varie riserve di energia. In primo luogo, consideriamo il normale volo di crociera: l'energia nel serbatoio di combustibile è abbastanza per "pagare l'affitto" (vincere la resistenza) per parecchie ore. In secondo luogo, consideri una planata a motore spento: a partire da una quota di crociera ragionevole, l'energia costituita dalla stessa quota può essere incassata per "pagare l'affitto" per parecchi minuti. Per concludere, consideriamo la "flare": è possibile arrestare una planata a motore spento ed mantenere il volo livellato, incassando dalla velocità, per alcuni secondi. Per ricapitolare:
| Potete pagare la resistenza incassando dal combustibile... | per poche ore |
| Potete pagare la resistenza incassando dalla quota... | per pochi minuti |
| Potete pagare la resistenza incassando dalla velocità... | per pochi secondi |
Così, vediamo che le riserve disponibili di energia hanno forme molto differenti. Questa differenza causa molte conseguenze, ma la più importante questa: non potete fare grandi correzioni di quota (soltanto piccole) attingendo dal serbatoio della velocità relativa.
Supponiamo di essere alcuni piedi sotto la vostra quota desiderata. Il modo più rapido per guadagnare quota è tirare indietro la cloche. In questo modo incassate una certa energia di velocità relativa per guadagnare quota, in accordo con legge dell'Ottovolante. D'altra parte, se provate ad andare salire di più sempre tirando indietro la cloche, molto presto esaurirete la velocità relativa.
In conclusione: dovreste ritenere colpevoli di attingere energia proveniente dalla riserva della velocità relativa. Non c'è molto energia e permettere che la velocità relativa diventi troppo bassa può avere conseguenze gravi. I pro ed il contro di effettuare il controllo della quota attingendo dalla velocità relativa sono discussi più dettagliatamente nel capitolo 7.
Il punto seguente è combinare le nostre conoscenze circa l'energia e sviluppare le regole generali per l'amministrazione dell'energia. Consideriamo le quattro situazioni rappresentate nella Figura 1.17.
Nella la figura, osserviamo che gli aumenti di energia cinetica vanno da sinistra a destra; similmente l'energia potenziale della situazione aumenta spostandoci dalla parte inferiore alla parte superiore.
Iniziamo considerando la situazione nell'angolo in alto a sinistra: la quota è un lievemente elevata e la velocità relativa è lievemente bassa. Se siamo fortunati, l'energia totale potrebbe essere abbastanza adeguata. Di conseguenza, la cosa ovvia da fare è di spingere in avanti la cloche: ciò eliminerà una certa quota convertendola in velocità, che è sostanzialmente quello che desideriamo.
Nell'angolo in basso a destra abbiamo lo scenario complementare: la quota è un pò bassa e la velocità è un pò elevata. Ancora una volta, se siamo fortunati l'energia totale potrebbe essere adeguata. Di conseguenza, la cosa evidente da fare è tirare la cloche (con moderazione). Questo convertirà una certa quantità di velocità in eccesso in quota, che è ciò che desideriamo.
La situazione nel angolo superiore destro è più interessante: sia la velocità che la quota sono troppo elevate. Diversamente rispetto ai due scenari precedenti, abbiamo chiaramente un problema energetico: l'energia totale è troppo alta. Non potete agire sulla cloche per migliorare la quota senza rendere critica la velocità 21 e viceversa, perciò dovremo trovare qualcos'altro da fare. Il primo punto è chiudere la manetta, prima lo facciamo meglio è; ogni minima quantità di potenza che il motore produce non fa altro che peggiorare il problema energetico. L'altra possibilità è quella di dissipare energia aumentando la resistenza. Ciò può essere fatto estendendo il carrello di atterraggio, estendendo i flap, effettuando una scivolata d'ala eccetera. Col tempo, la aumentata resistenza ridurrà l'energia dal sistema, che è quello che desiderate. Se la resistenza non dissipa l'energia dal sistema abbastanza velocemente, allora potete dover effettuare una virata di 360 gradi o qualche altra manovra per guadagnare un pò più di tempo.
Per concludere, consideriamo l'angolo basso a sinistra della Figura 1.17. In questo caso, sia la velocità che la quota sono troppo basse. Ciò è il proverbiale angolo della bara. Avete un problema energetico ed avere troppo poca energia è molto peggio che avere troppa energia. Dovrete aprire immediatamente la manetta; ciò convertirà (col tempo) una certa parte di energia del combustibile in nuova velocità e/o quota.
Se non c'è potenza disponibile, non provate a "allungare la planata". Non vi è nulla che possiate fare con la cloche che possa aggiunge nuova energia al sistema; tutto quello che potete fare è minimizzare il danno mantenendo il canonico la velocità di planata più efficiente. Dal momento che siete troppo lenti, spingete in avanti la cloche per ristabilire quella velocità. Poiché siete troppo bassi, trovatevi il campo più vicino per l'atterraggio. La discussione su come la cloche e la manetta sono utilizzati insieme per amministrare l'energia è continuata nel capitolo 7.
Domanda: Che cosa fa guadagnare quota all'aeroplano? Risposta: quattro cose:
Il modo più comune di ridurre la resistenza è scegliere una velocità relativa più vicino alla V Y, (naturalmente dopo aver eliminato tutta la resistenza estranea, ritraendo i flap, ritraendo il carrello di atterraggio e/o riducendo la quantità di scivolata).
Supponete di essere sul braccio finale per atterraggio. Notate che siete sotto l'angolo di planata. Che cosa dovreste fare? Aggiungere potenza?? Tirare indietro la cloche?? -- questo è fare una domanda non corretta. L'indicazione dell'angolo di planata da sola vi non fornisce abbastanza informazioni per decidere che cosa fare.
Dovete rendervi conto della velocità così come della quota. Pensate alla vostra energia: energia potenziale più energia cinetica. Essere bassi e lenti è molto differente da essere bassi e veloci.
Istruttori: sul finale, chiedete ai vostri allievi "siamo alti o bassi, veloci o lenti?" Assicurarsi che valutino continuamente e correttamente la situazione energetica.
La quota e la velocità indicano la vostra energia meccanica totale. A breve scadenza non vi è nulla che possa cambiare l'energia meccanica totale; tutto che potete è utilizzare la cloche per scambiare l'energia nei due sensi fra quota e velocità. Il fattore di conversione è di nove piedi per nodo, per cento nodi.
Sul lungo periodo, manetta (potenza del motore) e la curva di potenza (potenza della resistenza) controllano il rapporto in cui l'energia entra e esce dal sistema "velocità più quota". Per stabilire una salita di lunga durata, aumentate la potenza e/o trimmate per una velocità vicina alla V Y. Vincere la resistenza (in volo livellato senza accelerazione) richiede potenza. Per guadagnare quota (mantenendo costante la velocità) richiede un aumento di potenza. mantenendo costante la velocità verticale) richiede aumento di potenza.
La quantità di energia nella riserva rappresentata dalla velocità è molto piccolo in confronto all'energia nella riserva rappresentata dalla quota, che è a sua volta molto piccolo confrontato all'energia nella riserva del combustibile.
Se tenete alla vostra vita, guardate l'indicatore di velocità relativa prima di tirare la cloche. Guardare solo un indicatore (quota o velocità relativa) per prendere una decisione riguardante un singolo comando (cloche o manetta) è tecnica di pilotaggio insufficiente e potrebbe causare ad un incidente di stallo/vite. Dovete guardare entrambi gli indicatori, graduate la situazione energetica e solo allora potete decidete che cosa fare con entrambi i comandi.
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Figura 1.16: Tirando la cloche - dal volo lento 
