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Comprendere la velocità di manovra
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Non e' quello che pensi.
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Che cos'è la velocità di manovra e perché dovrebbe interessarti?
Forse la cosa più importante, cosa si dovrebbe sapere per massimizzare la sicurezza di volo?
La definizione ampiamente accettata di velocità di manovra (Va) è la velocità alla quale un aereo si ferma prima di superare il limite massimo di carico.
Ma aspetta! C'e' dell'altro..... alla storia.
La velocità di manovra è stata mascherata come la velocità magica per proteggerti dai danni strutturali in turbolenza. E' importante, ma non e' la panacea della protezione per cui siamo stati addestrati a credere. Prima di spiegare, tuttavia, esaminiamo la velocità di manovra, e come e perché cambia con il peso.
Gli aeroplani sono progettati per resistere a carichi di sollecitazione variabili in base alla loro destinazione d'uso. La FAA certifica gli aeromobili in una delle tre categorie: normali, di servizio e acrobatici. I limiti massimi di carico per ogni categoria sono:
Normale - +3.8Gs e -1.52Gs;
Utilità - +4.4Gs e -1.76Gs;
Acrobatico - +6Gs e -3Gs.
Un aeromobile che vola dritto e livellato a velocità costante si trova in uno stato stazionario in cui la portanza dell'aeromobile è uguale al suo peso. Poiché la forza G è calcolata dividendo l'ascensore per peso, il carico, o forza G, in questa condizione è pari a uno (2.500 lbs. lift/2.500 lbs. weight = 1G). Esattamente la stessa forza di gravità che si trova nell'hangar.
Se, tuttavia, l'ascensore dell'aereo raddoppia, a causa di una raffica turbolenta o del pilota che tira indietro sull'ascensore, il carico sull'aereo raddoppia (5.000 lbs. lift/2500 lbs. weight = 2Gs).
Se il sollevamento continua ad aumentare, il carico o la forza G continua ad aumentare proporzionalmente; cioè, 7.500 libbre di sollevamento metterebbero un carico 3G sull'aereo (7.500 libbre di sollevamento/2.500 libbre di peso = 3Gs), e 10.000 libbre di sollevamento produrrebbero 4Gs di carico (10.000 libbre di sollevamento/2.500 libbre di peso = 4Gs di carico).
Il sollevamento aumenta quando l'angolo di attacco (AOA) aumenta.
L'AOA è l'angolo tra la linea della corda e la direzione del volo. Per gli aerei dell'aviazione generale, c'è un rapporto diretto, quasi uno a uno, tra l'ascensore e l'AOA fino a raggiungere l'angolo critico di attacco.
L'angolo critico di attacco, tipicamente tra i 15 e i 20 gradi nei velivoli dell'aviazione generale, è l'AOA che produce la massima portanza. Qualsiasi aumento oltre l'angolo critico di attacco provoca uno stallo.
Ai fini del calcolo della velocità di manovra negli esempi che seguono, useremo un angolo critico di attacco di 18 gradi. I nostri esempi presuppongono un rapporto lineare o uno-a-uno tra l'ascensore e l'angolo di attacco, come mostra il grafico sottostante, mentre un raddoppio dell'AOA produrrebbe un raddoppio dell'ascensore.
Supponiamo che un aeroplano al peso lordo vola dritto e livellato a 140 nodi. A quel peso e velocità, questo aereo richiede una AOA di 3 gradi per produrre una portanza sufficiente a mantenere un volo livellato.
Se la turbolenza o l'input manuale aumenta l'AOA da 3 gradi a 6 gradi, l'ascensore raddoppia e il fattore di carico raddoppia a 2Gs. Il carico continua ad aumentare all'aumentare dell'AOA, fino a raggiungere il suo angolo critico di attacco di 18 gradi.
In queste condizioni, il carico massimo di questo aereo sarebbe di 6Gs perché l'AOA era di 3 gradi in volo livellato e poteva aumentare solo sei volte prima di raggiungere il suo angolo critico di attacco di 18 gradi (18 gradi è sei volte il suo livello di crociera AOA di 3 gradi).
Come detto in precedenza, il carico massimo (G-force) viene raggiunto all'angolo critico di attacco di 18 gradi perché un ulteriore aumento della AOA comporterebbe uno stallo, eliminando così completamente il carico.
Se l'aereo in questo esempio fosse certificato nella categoria normale con un carico massimo di +3.8Gs, potrebbe subire danni strutturali a questa velocità in forte turbolenza.
In questo caso, si dovrebbe rallentare perché un volo più lento richiederà un AOA più alto per mantenere un volo livellato. Un AOA più alto in volo di livello ti avvicinerebbe al tuo angolo critico di attacco. Per esempio, se una velocità più bassa richiede una AOA di 5 gradi per mantenere un volo livellato, il carico massimo sarebbe di 3.6Gs (18 diviso 5 = 3.6Gs).
Un altro fattore determinante è il peso dell'aeromobile. Il Manuale operativo del pilota (POH) specifica la velocità di manovra dell'aeromobile al peso lordo. Se si vola al di sotto del peso lordo, la velocità di manovra è ridotta perché è necessario un AOA più basso per produrre la portanza necessaria a mantenere un volo livellato.
Ad esempio, un aereo a 2.500 libbre può richiedere un AOA di 4,5 gradi a 110 nodi per generare 2.500 libbre di portanza per il volo livellato, mentre lo stesso aereo alla stessa velocità che pesa solo 2.200 libbre può essere in grado di mantenere il volo livellato con un AOA di soli 3 gradi.
Ancora una volta, con un AOA ridotto di 3 gradi, un carico di 6G potrebbe essere generato da una forte raffica di turbolenza prima di arrestarsi all'angolo critico di attacco di 18 gradi.
In turbolenza, si desidera un elevato AOA in volo livellato per ridurre il moltiplicatore prima di raggiungere l'angolo critico di attacco. Non è possibile modificare l'angolo critico di attacco, ma è possibile aumentare l'AOA di crociera rallentando.
Ora il resto della storia.
Tradizionalmente, ci è stato insegnato che volare a o sotto la velocità di manovra ci avrebbe protetto dai danni strutturali durante la turbolenza o da una deviazione rapida del controllo da un estremo all'altro.
Ora sappiamo che ci sono delle eccezioni.
Un'eccezione pratica è rappresentata dal fatto che due o più forze sono in gioco contemporaneamente.
Per capire meglio, può essere utile sapere come vengono condotte le prove in volo sulle nuove velocità di manovra dei velivoli.
In aria calma, il pilota collaudatore sposta rapidamente un comando di volo al suo limite di progetto positivo e poi lo riporta nella sua posizione neutra. Dopo la pausa, ripete il processo fino al limite negativo del controllo prima di tornare alla posizione neutrale. Questo test viene ripetuto per ogni asse separatamente; passo, rollio, rollio, imbardata.
Quindi la velocità di manovra può proteggere le ali da cedimenti strutturali se i carichi sono verticali come aria choppata; tuttavia, le raffiche introducono spesso sollecitazioni in più di un asse contemporaneamente. Il pitching, il banking e lo yawing che si verificano contemporaneamente sollecitano l'aereo in più direzioni.
Un'altra eccezione è la deviazione rapida e ripetuta del controllo di un asse.
Ciò si è rivelato fatale nell'incidente del 2001 del volo American Airlines 587, in cui 260 persone hanno perso la vita. Partendo dal JFK, l'Airbus A300-605R ha incontrato una turbolenza di scia, e in risposta il pilota ha applicato l'input del timone quasi completamente deflessione a destra, poi completamente a sinistra, poi di nuovo a destra, poi di nuovo a sinistra e poi di nuovo a destra, il tutto in meno di sette secondi. Il rapido e completo input di deflessione ha creato una forza tale che ha tosato la pinna verticale, causando la caduta dell'Airbus. La cosa importante da capire, ai fini di questa discussione, comunque, è che tutto ciò che è accaduto al di sotto della velocità di manovra dell'aereo.
E' importante capire che la velocità di manovra è un numero approssimativo che non protegge l'aereo da cedimenti strutturali in tutte le situazioni.
Nel 2010, la Federal Aviation Administration ha modificato gli standard di aeronavigabilità applicabili agli aeroplani di categoria di trasporto (non acrobatici) per chiarire che volare a velocità di manovra non consente a un pilota di effettuare più ingressi di controllo di grandi dimensioni in un asse aereo o singoli ingressi di controllo completi in più di un asse aereo alla volta senza mettere in pericolo la struttura dell'aeroplano. La FAA ha emanato questa regola finale per evitare che i piloti fraintendano il significato della velocità di manovra di un aereo, che potrebbe causare o contribuire ad un incidente futuro.
Docket No. FAA-2009-0810
Emendamento n. 25-130, in vigore dal 15 ottobre 2010
Se non puoi contare di volare a velocità di manovra o al di sotto della velocità di manovra per proteggere l'integrità strutturale del tuo aereo, cosa devi fare in caso di turbolenza?
Chiaramente, l'opzione migliore è quella di evitare le turbolenze quando possibile. Familiarizzare con le fonti di turbolenza vi aiuterà a evitarle. Fare riferimento a Turbulence per imparare, tra le altre cose, a:
Vola dietro di te e non davanti alle tempeste.
Volare sopra le onde della montagna, se possibile. In caso contrario, volare perpendicolare alle onde di montagna o parallelo sul lato del vento.
Rimanere sopra e/o sopravento rispetto alla traiettoria di volo di un altro aeromobile per evitare la turbolenza della scia.
Quando la turbolenza non può essere evitata, rallentare per manovrare la velocità e volare senza intoppi.
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