Capitolo 7
I carichi concentrati sulle ali
7.1 IntroduzioneSull'ala sono presenti forze concentrate introdotte, per esempio, dai motori, che determinano un variazione delle caratteristiche della sollecitazione nella struttura alare.
La figura 7.1 illustra la configurazione del velivolo con i motori montati sull'ala, che introducono una forza peso e una spinta; queste forze non sono applicate sull'asse elastico, ma sono eccentriche, per cui ad ognuna di esse è associato un momento torcente.
67 Fig. 7.1
Il programma consente all'utente si inserire le forze sull'ala anteriore e posteriore; è possibile inserire fino ad un massimo di tre carichi concentrati per ogni semi-ala.
La potenzialità del programma è quella di poter inserire la posizione della forza contemplando anche un eventuale eccentricità rispetto all'asse elastico, e quindi di poter valutare eventuali effetti torsionali che si sommano al momento di trasporto calcolato nel capitolo 6. Inoltre l'orientazione e l'intensità del vettore può essere scelta in modo del tutto arbitrario, e per agevolare l'utente si utilizza il sistema locale per definire il punto di applicazione della forza, mentre quello globale per definire l'orientazione del vettore.
Il programma richiede durante l'esecuzione se sono presenti forze concentrate sull'ala anteriore o posteriore mediante l'interfaccia grafica di fig. 7.2 e nel successivo menu si chiede di specificarne il numero, così come riportato in fig. 7.3.
7.2 Scelta del punto di applicazione della forza
Per definire la posizione di una forza sull'ala non è sufficiente inserire solo la posizione lungo l'apertura, perché il carico può essere eccentrico rispetto all'asse elastico.
Il sistema di riferimento utilizzato per definire il punto di applicazione della forza è quello locale dell'ala, definito nel capitolo 4.
Le coordinate del punto di applicazione della forza devono essere espresse: • per la coordinata x locale in percentuale della semi-apertura alare;
• per la coordinata y locale in percentuale della corda media aerodinamica; • per la coordinata z locale in percentuale della corda media aerodinamica.
69 O x z y Fig. 7.4
7.3 Scelta del modulo e dell'intensità della forza
Dopo aver definito il punto di applicazione è possibile inserire l'intensità e l'orientazione del vettore forza, definito nel sistema di riferimento globale del velivolo, il più intuitivo e invariante per ogni ala (fig. 7.5).
L'utente inserisce le 3 componenti della forza direttamente nella “Command Window”; le grandezze sono espresse in [N], e la loro composizione vettoriale permette di definire l'orientazione tridimensionale della forza.
O X
Y
Z
7.4 Calcolo del momento torcente prodotto da una forza eccentrica
Con riferimento alla figura 7.6, il momento torcente è definito come segue: Mtorcente=
∑
FZd+FXhL'asse elastico è assunto coincidente con il baricentro della sezione, le distanze sono espresse in percentuale della corda media aerodinamica.
Se la forza è applicata sull'asse elastico le coordinate y e z locale del punto di applicazione della forza sono nulle.
A titolo di esempio, in fig. 7.7 viene plottato il momento di trasporto relativo alle forze aerodinamiche, lungo l'apertura alare per l'ala anteriore e posteriore: sull'ala anteriore agiscono 3 carichi concentrati, mentre sull'ala posteriore non sono presenti carichi, ma vi è solo il momento di trasporto dovuto alla portanza.
71 Fz è la componente della forza lungo l'asse Z globale;
FX è la componente delle forza lungo l'asse X globale;
y è la distanza lungo l'asse y locale del punto di applicazione della forza; z è la distanza lungo l'asse z locale del punto di applicazione della forza; dove:
z
y
O C.G.
C.A.
longherone anteriore longherone posteriore
Fig. 7.6 d FX FZ h corda
In figura sono stati evidenziati nei cerchi rossi i picchi di carico in corrispondenza dei punti di applicazione delle forze concentrate.
7.5 Calcolo del momento torcente totale del profilo
Il momento torcente complessivo del profilo è dato dalla somma del momento torcente dovuto ai carichi aerodinamici calcolato nel capitolo precedente, e al momento torcente prodotto dalla forza eccentrica. Si ha dunque:
MtorcenteTOT=Mtorcente AERODINAMICO+Mtorcente FORZE
Sempre in riferimento alla fig 7.7 si nota che il grafico relativo all'ala anteriore è ottenuto sommando il contributo aerodinamico e dei carichi concentrati.
