Corso Progetto Generale Velivoli

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1 Corso Progetto Generale Velioli Equilibrio e Stabilità direzionale Docente Fabrizio Nicolosi di Uniersità i di Napoli Federico II e.mail : fabrnico@unina.it Corso Progetto Generale Velioli

2 Conenzione segni Imbardata Asse rollio β > 0 ψ = β < 0 Imbardata N = CN q S b Ala sx Imbardata >0 Ala dx C N > 0 Variazione portanza sul PV douta a β Ala sx Ala dx Visto da dietro

3 N = CN q S b C = C ( β, δ a, δ ) N C N ( r C δ r N = CN β + CN δ r + C β δ Nδ a a Stabilità direzionale > 0 Pot. Controllo Imbardata Inersa Rudder (Effetto incrociato) < 0 < 0 C N = CNψ ψ + CN δ r + CN δa = δ r δ a

4 N = C q S b = ψ δ N C C + C + C C N = C N ( r β, δ a, δ ) N = Nψ Nδ r r Nδ a δ a Asse rollio β > 0 ψ < 0 Ala sx Imbardata >0 Ala dx Per aere stabilità direzionale : Definito ψ come -β C N > 0 Per aere stabilità direzionale : C N < 0 β ψ

5 ANGOLO di IMBARDATA ed ANGOLO di Sideslip

6 Stabilità direzionale

7 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) C N ψ C Nψ = C N + C F N + ψ ψ W C N ψ V Douto a : - Contributo fusoliera - Contributo ala (freccia) - Contributo PIANO VERTICALE ψ < 0 Imbardata >0 Per aere stabilità direzionale : C N < 0 ψ C d tt l t bilità l it di l h l di i l Come detto per la stabilità longitudinale, anche nela caso direzionale NON DEVE PERO ESSERE TROPPO STABILE

8 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) C ψ C Contributo fusoliera N F Nψ E instabilizante (>0). E douto ai momenti liberi di un corpo fusiforme. E come il longitudinale, ma non c è upwash e downwwash. - β > 0 C N > 0 +

9 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo fusoliera CN ψ E instabilizante (>0). E douto ai momenti liberi di un corpo fusiforme. E come il longitudinale, ma non c è upwash e downwwash. F Come si ede il momento di Yaw deriante dalla distribuzione di pressione è <0, cioè instabilizzante - β > 0 C N > 0 +

10 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo fusoliera Dipende da : -Altezze della fusoliera (soprattutto quelle della zona anteriore) CN ψ F

11 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Interferenza ALA-FUSOLIERA CN ψ F

12 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Effetti del propulsore CN ψ prop Prop Windmilling

13 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo WING E douto all angolo di freccia. Per freccia positia i la portanza in caso di angolo beta, sarà maggiore per l ala sopraento (maggiore pressione dinamica i in direzione i perpendicolare alla corda) e questo produrrà anche un aumento di resistenza indotta. Il momento di YAW deriante è orario, cioè >0 (stabilizzante). NB: Dipende dall assetto assetto (dal CL) Con ang di freccia c/4 C N > 0 in deg ψ < 0 USAF DATCOM

14 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo PV CN ψ E il principale. E <0 (stabilizzante). Il progetto del PV iene fatto in modo che il totale abbia un alore positio (anche se non eccessio). C = a 1 Nψ 1 dσ dβ η S S l b dσ CN = a 1 η V β dβ Attenzione che il side-wash potrebbe essere anche negatio, cioè incrementare l angolo beta.

15 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo PV CN ψ E il principale. E <0 (stabilizzante). Il progetto del PV iene fatto in modo che il totale abbia un alore positio (anche se non eccessio). β > 0 C N > 0 dσ CN = a 1 η V β dβ Attenzione che il side-wash potrebbe essere anche negatio, cioè incrementare l angolo beta. β σ l AC piano Vert. CMA PV

16 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo PV CN ψ Attenzione che il side-wash può essere anche negatio, cioè incrementare l angolo beta. Si ede che l ala bassa comporta un alore negatio del sidewash che porta ad un contributo maggiormente stabilizzante.

17 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo PV CN ψ L allungamento effettio (o efficace) è maggiore di quello geometrico. E una stima media. Con piano di coda orizzontale sopra (piano a T) può essere anche maggiore.

18 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo PV ROSKAM CN ψ dσ CN = a ( k ) η V ψ 1 d β a Funzione dell allungamento effettio

19 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo PV CN ψ

20 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo PV CN ψ

21 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Contributo PV CN ψ

22 CN ψ Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Per quanto detto, essendo tipicamente il contributo della freccia piccolo, il contributo del PV sere per rendere la deriata totale >0 (cioè il eliolo stabile). La fusoliera fornisce un contributo instabilizzante. Quindi il piano erticale a fatto in modo tale che il suo contributo renda il totale leggermente (diciamo quanto basta) positio, cioè stabile. Nota: Se faccio un eliolo tutt ala (NO FUSOLIERA) e con ala a freccia positia, posso aere stabilità direzionale anche senza piano erticale. Come detto a riguardo della stabilità longitudinale, la freccia garantisce anche che Xn > Xcg YB 49 Northrop N9M

23 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Al posto del PV posso anche usare 2 winglet con ala a freccia (le winglet serono a ridurre la resistenza indotta, ma fungono anche da 2 piccoli piani erticali. Burt Rutan VariEze Burt Rutan VariEze

24 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) In 1/deg

25 Contributo douto a beta (STABILITA DIREZIONALE) Effetti non lineari alla stabilità

26 Controllo direzionale (contributo douto al timone) CN δ β > 0 r Ala sx Imbardata >0 Ala dx C N δ r < 0 Variazione portanza sul PV Rudder (timone) δ r > 0 Ala sx Ala dx Visto da dietro

27 Controllo direzionale (contributo douto al timone) C Nδ r C N ( δ r ) = a ( τ δ ) r η S S l b C Nδ r = a τ r η S S l b Potenza controllo timone E come le deriate CM Mδ e C lδ l a Potenza controllo eleator Potenza controllo alettoni

28 C Nδ r Controllo direzionale (contributo douto al timone) C Nδ r = a τ r η S S l b Potenza controllo timone Necessità di controllo direzionale: a) Imbardata aersa (aderse yaw) douto ad alettoni e elocità p in irata b) Slipstream rotation (douta al prop) c) Cross-wind in take-off and landing (alti beta) d) Spinning (VITE) e) SPINTA ASIMMETRICA (Piantata motore, Vmc)

29 C Nδ r Controllo direzionale (contributo douto al timone) C Nδ r = a τ r η S S l b Potenza controllo timone Effetti NON-LINEARI

30 Controllo direzionale (contributo douto al timone) Imbardata aersa (necessità del timone) Effetti NON-LINEARI

31 Controllo direzionale (contributo douto al timone) Imbardata aersa (necessità del timone)

32 Deflessione alettoni (contributo douto agli alettoni) IMBARDATA INVERSA o AVVERSA C Nδ δ a Gli alettoni producono una differenza di portanza e quindi anche di resistenza indotta sulle due semiali N.B. Su Roskam (edi figura) il segno della deflessione degli alettoni è OPPOSTA a quella assunta da noi. Qui sotto è riportata t una deflessione NEGATIVA Come segno Deflessione alettoni (+) Produce momento di imbardata Positio C Nδ < 0 a

33 Deflessione alettoni (contributo douto agli alettoni) IMBARDATA INVERSA o AVVERSA C N δ a E un effetto indesiderato. Infatti se defletto gli alettoni in modo positio (per rollare a sx) si crea un momento di imbardata che mi porta (per fortuna solo inizialmente) la punta del eliolo a dx. Si può cercare di alleiarlo (o eliminarlo). Basta compensare la differenza di resistenza indotta con una differenza di resistenza parassita. Metodi : - Rotazione differenziata - Alettoni FRISE IN EFFETTI SI PARLA DI IMBARDATA AVVERSA (O INVERSA) ANCHE IN RELAZIONE AL MOMENTO DI IMBARDATA PRODOTTO DA VELOCITA ANGOLARE DI ROLLIO p (douta a manora di rollio da parte di alettoni)

34 Deflessione alettoni (contributo douto agli alettoni) IMBARDATA INVERSA o AVVERSA CN p

35 Deflessione alettoni (contributo douto agli alettoni) IMBARDATA INVERSA o AVVERSA CN CN p δ a a CL=1 arria a circa Complessiamente Che si riesce a produrre con circa gradi di rudder

36 Deflessione alettoni (contributo douto agli alettoni) IMBARDATA INVERSA o AVVERSA Come contenerla

37 Valori deriate : Stabilità direzionale

38 Valori deriate : Potenza controllo timone

39 Valori deriate : Imbardata inersa N.B. Su Roskam (edi figura) il segno della deflessione degli alettoni è OPPOSTA a quella assunta da noi. La deriata a cambiata di segno. -

40 PROGETTO PV Caso della Piantata motore (Vmc) Il coefficiente a come 1/V^3 Vmc < 1.2 Vs_to Bisogna aggiungere anche la Bisogna aggiungere anche la resistenza dell elica ferma (in bandiera)

41 PROGETTO PV Caso della Piantata motore (Vmc) S Vmc < 1.2 Vs_to C N = a τ r η S S l b δ r Con deflessione max = circa 25

42 PROGETTO PV Caso della Piantata motore (Vmc) NT a come la spinta Del motore in funzione di V (in prima approx come 1/V) per l elica. N Momento douto al motore (elica) Momento douto al motore (TFAN) S Momento douto al rudder (quadratico con V, press dinamica) Vmc < 1.2 Vs_to Vmc V N = a τ r η S S l b δ r ( qsb ) Con deflessione max = circa 25

43 PROGETTO PV Caso della Piantata motore (Vmc) E tipicamente accettato un beta residuo di 5. In fase progetto si può assumere inizialmente =0 E conseratio, in quanto con beta =5 arei un N aggiuntio douto alla stab direzionale che mi aiuta Fy (bank) L aeroplano dee aere anche un certo bank Per aere Fy=0 L Fy (bank)

44 STAB e CONTR DIREZIONALE (Com. liberi)

45 STAB e CONTR DIREZIONALE (Com. liberi) SFORZO PEDALIERA

46 STAB e CONTR DIREZIONALE (Com. liberi) SFORZO PEDALIERA FENOMENO RUDDER LOCK

47 STAB e CONTR DIREZIONALE (Com. liberi) FENOMENO RUDDER LOCK SFORZO PEDALIERA Da un certo angolo In poi la deriata dello Sforzo con psi cambia segno. Non è accettabile Andare ad angoli maggiori di A PF A

48 STAB e CONTR DIREZIONALE (Com. liberi) SFORZO PEDALIERA FENOMENO RUDDER LOCK => La DORSAL FIN Incrementa la stabilità della fusoliera ad alti angoli beta. Quindi si richiede + dr Nello stesso tempo riduce la tendenza Del PV a stallare.

49 STAB e CONTR DIREZIONALE (Com. liberi) FENOMENO RUDDER LOCK => La DORSAL FIN SFORZO PEDALIERA Da un certo angolo In poi la deriata dello Sforzo con psi cambia segno. Non è accettabile Andare ad angoli maggiori di A

50 STAB e CONTR DIREZIONALE (Com. liberi) FENOMENO RUDDER LOCK => La DORSAL FIN Incrementa la stabilità bilià della dll fusoliera ad alti angoli beta. Quindi si richiede + dr (anche perché la pendenza di portanza a del PV si riduce) Riduce l allungamento ll del PV (alfa di stallo maggiori) i) (riduce la tendenza del PV a stallare) Ulteriore effetto del ortice locale che si distacca dal kink SFORZO PEDALIERA Rudder lock Con dorsal fin