6
7
1.1 IL CAMPO DI INDAGINE
Tra tutte le fasi che caratterizzano la missione di un aereo, sicuramente una delle più critiche è quella di atterraggio. Il pilota deve portare l’aereo ad una certa distanza dalla pista trovandosi ad una determinata quota e velocità. A questo punto egli deve mantenere l’allineamento con la pista e scendere fino alla quota di flare (rotazione) con inclinazione della traiettoria stabilita. Questa prima fase è denominata approach (avvicinamento); a questa segue la fase di flare, in cui il pilota fa ruotare l’aereo in modo da toccare la pista con basse velocità verticali. In realtà al momento del Touch down si verificano sempre urti più o meno forti dei pneumatici sulla pista, con conseguenti forti sollecitazioni.
I primi ad entrare in contatto con la pista sono i carrelli principali; si innesca a questo punto il meccanismo dello spin-up: i pneumatici hanno velocità di rotazione nulla, toccano l’asfalto che, per attrito, agisce su di loro con una notevole forza tangenziale che li mette in rotazione e le forze inflettono il carrello di modo che si sviluppano sollecitazioni molto significative nel dimensionamento dei carrelli.
In seguito a questo, si verificano oscillazioni flessionali del carrello, che si smorzano nel tempo. A causa di queste oscillazioni, i pneumatici hanno alternate accelerazioni e decelerazioni angolari.
Dopo alcuni istanti tocca la pista anche il carrello anteriore e si ripete anche per esso lo stesso fenomeno.
Dopo che l’aereo ha toccato terra, inizia la frenata, aiutata dall’azionamento degli aerofreni. Questi sono dispositivi che aumentano la resistenza aerodinamica del velivolo e contemporaneamente abbattono la portanza, distribuendo così sui carrelli l’intero peso dell’aereo e aumentando in questo modo l’efficacia della frenata.
La frenata è normalmente realizzata con freni a disco. Questi devono dissipare tutta l’energia cinetica dell’aereo, che si trasforma in calore. E’ quindi ovvio che i freni subiscono forti sollecitazioni e alte temperature e che quindi necessitano di una cura particolare nella loro progettazione.
Normalmente tutti gli aerei usano per la frenata meccanismi antislittamento, ovvero congegni che servono a impedire il bloccaggio della ruota e a diminuire gli spazi di frenata. In generale, la forza di attrito dei pneumatici dipende da una variabile chiamata “scorrimento”, meglio definita nel prossimo capitolo, attraverso una funzione che presenta un valore di picco per piccoli valori dello scorrimento. L’obiettivo dei congegni antislittamento è quello di mantenere lo “scorrimento” in frenata intorno al valore che rende massimo il coefficiente di attrito, regolando opportunamente la pressione dei freni. Se si superano questi valori, infatti si ha una brusca diminuizione della capacità frenante, e si raggiunge il bloccaggio del pneumatico.
Risulta quindi di fondamentale importanza conoscere bene la dinamica della frenata per poter migliorare le prestazioni degli apparati frenanti.
8
Fig. 1.1 Schematizzazione della manovra di atterraggio
Il modello di simulazione al centro di questo lavoro è relativo alla fase di frenata successiva al touch-down. Il maggior interesse è concentrato sulla dinamica dei carrelli e l’analisi della frenata viene effettuato a partire da una condizione iniziale nella quale il velivolo è posto in equilibrio al suolo a velocità costante.
60% pista
lunghezza pista flare
H ostacolo
approach distance ground roll Hf
v = va
R
9
1.2 BREVE DESCRIZIONE DEL VELIVOLO
L’aereo che è stato preso come modello per le simulazioni è un bimotore turboelica da trasporto passeggeri con caratteristiche STOL (Short Take-Off and Landing), adatto cioè ad operare anche in piste corte, e quindi utilizzabile negli aeroporti meno importanti.
In Tab. 1.2 si riportano i valori principali
Lunghezza [m] 27.17
Apertura alare [m] 27.05
Superficie alare [m2] 61
Allungamento alare 12
N° passeggeri 68
Massa massima al decollo [kg] 21500
Massa a vuoto [kg] 9550
Velocità di crociera [Km/h] 485
