L`anatomia di un velivolo "STOL"

L'anatomia di un velivolo "S.T.O.L."
Progettare un moderno aereo a decollo ed atterraggio corti
"La forma asseconda la funzione"
di Chris Heintz
Grazie particolarmente all'aviazione, il mondo sembra oggi essere davvero diventato più
piccolo. Questo ha creato in molti di noi un rinnovato interesse nel vedere cosa ci sta
attorno, piuttosto che fiondarsi il più velocemente possibile verso una nuova destinazione.
Ma se anche l'aviazione amatoriale certamente offre una scelta di aerei veloci e ad alte
prestazioni, ciò che continua a spingere la maggioranza di noi al volo è il puro piacere e la
libertà di poter pilotare il proprio aereo. Desideriamo pertanto un mezzo che possa offrire
una buona velocità crociera, ma vogliamo anche essere in grado di vedere e visitare i
luoghi che sorvoliamo.
La popolarità di aerei come il Piper Cub è durata e si è accresciuta negli anni, non solo per
motivi sentimentali, ma anche perché questi aerei sono davvero divertenti e semplici da
pilotare e sono adatti all'uso "fuori campo" (la maggioranza degli aerei classici è stata
progettata quando le piste preparate erano ancora rare). D'ogni modo, a causa della loro
età, molti di questi vecchi modelli non offrono quelle innovazioni che la maggioranza dei
piloti dà per scontata, come l'impianto elettrico, i sedili affiancati, la costruzione
completamente metallica, la ruota anteriore sterzante, ecc. Ed ovviamente gli aerei
d'epoca stanno diventando rari e necessitano di molta manutenzione, anche solo per
mantenerli in condizioni di volare.
Per la maggioranza dei piloti amatoriali, essere in volo già costituisce la massima
soddisfazione, pertanto il piacere sta nel disporre di un aereo che sia facile e divertente da
pilotare, che sia comodo ed offra una buona visibilità ed abbia dei bassi costi d'esercizio (a
chi interessano i chilometri per litro di carburante? Ciò che importa sono costi orari
veramente bassi!). Quando si fa della navigazione, il percorso è almeno importante quanto
l'arrivare a destinazione. Un aereo S.T.O.L. (short take-off and landing) può raggiungere
un maggior numero di destinazioni, specie in aree remote, dove qualsiasi parte di terreno
vagamente idonea può costituire la pista d'atterraggio (ma questa è anche un'importante
caratteristica di sicurezza). Inoltre, la possibilità di montare dei galleggianti anfibi può
aggiungere la capacità di operare dall'acqua. Ed ancora, solo con uno STOL è davvero
possibile (almeno per chi se lo può permettere) decollare dal giardino di casa! Così come i
fuoristrada (SUV - sport utility vehicles) sono diventati così popolari in campo
automobilistico, molti piloti amatoriali desiderano oggi un mezzo che offra un'ampia
gamma di utilizzo.
Gli ultraleggeri elementari (tubi-tela) costituiscono già una via semplice ed economica per
provare le prestazioni STOL e la stessa popolarità di questi mezzi e di altri aerei leggeri
realizzabili da kit ha dimostrato che esiste una richiesta per un tipo di volo "basso e lento".
Per la loro stessa definizione, gli ultraleggeri hanno purtroppo molte limitazioni, ad
esempio in termini di velocità di crociera, capacità di carico ed operatività con il vento al
traverso, per citarne solo alcune.
Al giorno d'oggi, basandosi sull'esperienza accumulata lungo un secolo riguardo
all'aerodinamica, alle resistenze strutturali ed alle loro relazioni con l'aero-elasticità
(flutter), all'ergonomia e con il costante sviluppo di motori moderni, efficienti, affidabili e
leggeri è relativamente semplice, per quasi chiunque si dimostri interessato alla materia,
progettare un aeroplano leggero in grado di trasportare due o quattro persone.
In qualità di ingegnere e progettista professionale di aerei leggeri, io ho fatto proprio
questo, diciamo ... già un bel po' di volte. A metà degli anni '80 ho deciso di progettare un
aereo leggero realizzabile da kit che combinasse i vantaggi di un ultraleggero con le
caratteristiche di un "vero" aeroplano moderno. Pertanto ho ideato il CH-701, un mezzo
che doveva essere in grado di offrire prestazioni eccezionali su campi corti e non
preparati, un'accettabile velocità in crociera, buona tolleranza al vento al traverso,
eccellente visibilità, una comoda cabina a sedili affiancati ed una durevole struttura
completamente metallica, facile da costruire e mantenere. Il progetto del CH-701ha
ottenuto un buon successo (ne volano più di 400 esemplari) ed in seguito ho anche
realizzato una versione a 4 posti, il CH-801 (presentato nel 1998).
I miei velivoli STOL sono stati spesso considerati "brutti" per il loro aspetto poco
convenzionale. D'ogni modo, se è vero che la forma asseconda la funzione, la
particolarità delle linee esprime l'intrinseca bellezza di questi aerei, con le loro
caratteristiche progettuali ed aerodinamiche interessanti, singolari ed altamente efficaci.
Si fornisce di seguito una sintetica spiegazione dei concetti progettuali di base su cui mi
sono basato nella realizzazione dei miei aerei STOL.
POTENZA
Sovra-potenziare un aereo esistente è il modo più semplice per ottenere delle prestazioni
di decollo corto (con una potenza sufficiente, qualsiasi oggetto può staccarsi velocemente
da terra!). Ma un motore potente richiede molto carburante per una autonomia
soddisfacente. Inoltre questo è il modo più costoso, pesante ed inefficiente di ottenere
delle prestazioni STOL ed ancora non è in grado di assicurare buone prestazioni di volo
lento o di carico, a causa appunto del motore più pesante e/o della maggior quantità di
carburante che è necessario imbarcare. L'esperienza mi dice che sono necessari da 60 a
100 cavalli per un biposto e 150-200 per un quadriposto che possa caricare 400 Kg.
Essendo un progettista e costruttore di aerei, ma non di motori, i miei modelli sono
realizzati attorno a motori esistenti e di facile reperimento. Per maggiore flessibilità e per
mantenere i costi bassi, un aereo in kit deve essere progettato per accogliere differenti tipi
di motore, in modo che i proprietari possano scegliere fra i vari propulsori disponibili sul
mercato.
ALA
In pratica, un aereo S.T.O.L. deve essere in grado di poter volare a velocità molto basse,
ma al tempo stesso deve offrire prestazioni di crociera accettabili. La grande sfida
successiva è dunque quella di progettare un'ala con un elevato coefficiente di portanza, in
modo che la superficie alare sia ridotta, mentre le velocità di decollo ed atterraggio siano
le più basse possibili. Ali relativamente corte rendono l'aereo più maneggevole in rullaggio,
specie quando si opera da superfici non preparate ed in presenza di ostacoli, inoltre
richiedono minor spazio per l'hangaraggio, pur essendo più facili da costruire e più robuste
(meno peso ed apertura alare da sostenere).
Lo stallo dell'ala avviene al valore massimo del coefficiente di portanza di un profilo,
quando il flusso dell'aria non può più fluire attorno al bordo d'attacco e si sèpara quindi
dalla superficie superiore dell'ala.
Figura 1 - Profilo alare allo stallo
Per ritardare lo stallo ad un coefficiente di portanza più elevato, molti aerei sono muniti di
flaps (sul bordo d'uscita dell'ala) ma pochi modelli utilizzano gli "slats" (od ipersostentatori)
sul bordo d'attacco per diminuire ulteriormente la velocità di stallo. Il seguente diagramma
illustra come l'uso dei flaps e degli slats incrementi il coefficiente di portanza di un'ala.
Figura 2 - Coefficiente di portanza vs angolo d'attacco del profilo alare
Il coefficiente di portanza può pertanto essere efficacemente raddoppiato con mezzi
relativamente semplici (flaps e slats) se utilizzati su tutta l'apertura dell'ala.
SLATS DEL BORDO D'ATTACCO
Gli ipersostentatori prevengono lo stallo fino a circa 30 gradi di incidenza (angolo
d'attacco) raccogliendo molta aria da sotto, dove la fessura è ampia (Figura 3),
accelerandola nella fessura a forma di camino (effetto Venturi) e soffiando quest'aria
tangenzialmente sulla superficie superiore dell'ala attraverso la fessura superiore che è
molto più stretta. Questo "tira" l'aria attorno al bordo d'attacco, in modo da prevenire lo
stallo fino ad un angolo di incidenza ed un coefficiente di portanza maggiori. Lo svantaggio
dell'ipersostentatore del bordo d'attacco è che per accelerare l'aria nella fessura richiede
energia, il che significa una maggiore resistenza. Siccome la portanza elevata è
necessaria solo nel volo lento (decollo, salita iniziale, avvicinamento finale ed atterraggio)
la tentazione per il progettista è di utilizzare un sistema retrattile che si chiuda a velocità
più elevate per ridurre appunto la resistenza.
Figura 3 - Ipersostentatori (slats) del bordo d'attacco dell'ala
Questo può essere ottenuto in modi differenti: gli slats possono essere montati su guide
scorrevoli, in modo che, ad elevati angoli d'incidenza, vengano automaticamente estratti
dal flusso dell'aria attorno al bordo d'attacco, mentre in crociera (ad incidenze inferiori)
siano automaticamente retratti. Questo è un sistema relativamente semplice e non
impegnativo da progettare, ma possiede un grosso svantaggio: in aria turbolenta potrebbe
estendersi lo slat di un'ala soltanto, mentre l'altro rimane chiuso, creando così un
potenziale serio problema per il pilota, che dovrà applicare tutto l'alettone per mantenere
l'aereo livellato ... !
In effetti, il sistema sicuro è quello di connettere meccanicamente lo slat destro con il
sinistro, per prevenire l'estensione asimmetrica. D'ogni modo, creare questa installazione
è gravoso ed assai più complesso. Il guadagno di efficienza deve essere molto
significativo per compensare l'incremento di peso del sistema, per non parlare del peso e
della complessità dell'impianto.
Figura 4 - Portanza dell'ipersostentatore (slat) fisso del bordo d'attacco vs resistenza
Ma c'è una semplice soluzione: l'entità dell'aumento di resistenza indotto dalle fessure
dipende dalla quantità d'aria che le attraversa in tutto l'inviluppo del volo. Nella
configurazione di decollo ed atterraggio si desidera ottenere il massimo della portanza e
durante la crociera il minimo della resistenza. Durante la crociera, equilibrando la
pressione sull'intradosso e l'estradosso dell'ala al bordo d'attacco (dove si trova lo slat),
non vi è alcun flusso d'aria attraverso la fessura, pertanto nessuna perdita di energia o
incremento di resistenza. Questo equilibrio delle pressioni è facilmente ottenuto in
configurazione di crociera con una leggera deflessione in alto del flap al bordo d'uscita. La
Figura 4 illustra il coefficiente di portanza e di resistenza di questo progetto d'ala.
L'illustrazione mostra chiaramente quanto l'ala con flaps e slats sia la soluzione ideale per
il volo lento, dove c'è bisogno di molta portanza e sia anche meno penalizzata dalla
resistenza in crociera. E' un'ala leggera, senza parti meccaniche in movimento associate
con gli ipersostentatori del bordo d'attacco. Un inconveniente di rilievo è la scarsa
escursione di velocità con bassa resistenza, che significa una ristretta gamma di velocità
di crociera economica, ma la configurazione globale costituisce la migliore ala per un
velivolo S.T.O.L.
Pertanto, ho scelto questa configurazione a slat fisso per il biposto CH-701 e per il nuovo
quadriposto CH-801. L'ala è leggera, ma ciononostante assicura un coefficiente di
portanza molto elevato, rendendola una soluzione molto affidabile, semplice ed economica
per questi due modelli.
Ho anche utilizzato una corda alare relativamente spessa su questi modelli, sempre per
ottenere una maggiore portanza. La corda alare spessa, associata ad un'apertura
relativamente corta, fornisce anche una notevole robustezza con basso peso. Con la
corda costante (invece che rastremata), l'ala è anche facile da costruire ed assemblare.
Estremità dell'ala
Da molto tempo sono convinto che la maggioranza degli aerei leggeri dovrebbe utilizzare
le estremità alari tipo Hoerner, in quanto incrementano l'apertura alare efficace da 20 a
più di 30 cm, senza alcun ulteriore aumento di peso. Come tutti sappiamo, la pressione è
inferiore sull'estradosso dell'ala e maggiore sull'intradosso ed e questa differenza di
pressione a creare la portanza che permette il volo. Verso l'estremità esterna dell'ala,
l'elevata pressione dell'intradosso "percepisce" che la pressione sull'estradosso è inferiore,
appena sopra la tip e "vuole" quindi risalire per equilibrare il sistema, creando pertanto un
flusso secondario verso l'esterno. Quest'ultimo genera un vortice oltre l'ala, come qui sotto
illustrato.
Figura 5 - Vortici dell'estremità alare
Con una tip alare arrotondata o squadrata, il vortice è centrato attorno all'estremità dell'ala,
come mostrato sopra.
Con tips alari ripiegate in alto od in basso, il vortice è ulteriormente sospinto verso
l'esterno. Tips ripiegate in basso sono spesso presenti sui velivoli STOL, ma creano una
penalizzazione di peso, in quando devono essere materialmente aggiunte alla struttura
dell'ala.
Figura 6 - Estremità alari rialzate od abbassate
Se l'estremità dell'ala è tagliata ad un angolo di 45°, con un piccolo raggio inferiormente ed
un angolo superiore relativamente affilato, l'aria del flusso secondario segue lo spigolo
inferiore arrotondato, ma non può circondare lo spigolo superiore affilato ed è pertanto
spinta verso l'esterno.
Figura 7 - Estremità alari di tipo Hoerner
Le prestazioni dell'aereo dipendono dalla distanza fra il centro dei vortici delle due
estremità alari (l'apertura alare efficace), e non dalla attuale apertura geometrica. Le
estremità di tipo Hoerner assicurano la più ampia apertura efficace per una data apertura
geometrica od un dato peso dell'ala.
CONTROLLI
Siccome un velivolo S.T.O.L. può volare a velocità molto basse ed è progettato per
operare da aree non preparate (spesso con ostacoli), il controllo dell'aereo a basse
velocità risulta essenziale. Questo è un aspetto che ho rilevato essere carente in molti
progetti di velivoli ad elevata portanza. Mentre molti di questi aerei dispongono di una
bassa velocità di stallo, i piloti devono farli volare a velocità molto più elevate per
mantenerne il controllo.
Flaps, Alettoni e Flaperoni
Per questa ragione si utilizzano alettoni "full span" che fungono anche da flaps "full span",
detti "flaperoni". L'estensione "full span" assicura ai flaps la massima portanza su tutta l'ala
ed agli alettoni il controllo sull'asse di rollio con un peso ridotto, in quanto entrambe le
funzioni sono condivise dalla stessa superficie di controllo, appunto il flaperone, dotato di
un semplice controllo di "mixer".
Tutti sappiamo che, in prossimità della superficie dell'ala, l'aria viene rallentata dall'attrito.
Questo strato d'aria rallentata viene definito "strato limite" e diviene più spesso man mano
che ci si sposta dal bordo d'attacco verso quello d'uscita. Un altro fattore è detto "effetto
Reynolds", ovvero, più si vola lenti, più spesso diventa lo strato limite. L'attrito e l'effetto
Reynolds concorrono a formare uno strato limite spesso poco meno di 1,5 cm verso la
parte posteriore di un'ala con corda di 1,2 - 1,5 m, progettata per volare a basse velocità.
Un flap od un alettone convenzionale avrebbero pertanto una deflessione iniziale di 1 o 2
gradi con efficacia di controllo molto bassa, poiché avviene all'interno dello strato limite,
aerodinamicamente non molto attivo. Per evitare questa perdita di controllabilità, il
flaperone può essere progettato come una piccola ala separata che si muove al di fuori
dello strato limite e della scia dell'ala. Inoltre, questo sistema di flaperoni (spesso definito
di tipo "Junker") risulta efficace anche ad elevati angoli d'attacco, poiché è posizionato
sotto l'ala, pertanto continua ad essere investito da aria "fresca" e non disturbata anche
quando l'ala si trova ad angoli d'attacco estremi (vedi Figura 8).
Figura 8 - Lo strato limite
Piani di coda orizzontali
Inoltre, siccome un'ala ad alta portanza è progettata per volare ad angoli d'attacco
insolitamente elevati (30 gradi, a confronto dei 15-17 gradi di un'ala convenzionale), per
raggiungere quest'angolo così alto è necessario spingere in basso la coda molto di più che
con un'ala convenzionale. A meno di costruire dei piani di coda orizzontali molto grandi, la
coda deve disporre di una considerevole deportanza (coefficiente negativo di portanza).
Questo scopo si raggiunge in primo luogo con uno stabilizzatore a profilo invertito e
secondariamente con un "Venturi virtuale". Lasciatemi spiegare: dal punto di vista
aerodinamico sappiamo che un tubo Venturi fornisce bassa pressione ed alta velocità alla
sua sezione più ristretta, come illustrato nella Figura 9.
Figura 9, 10 ed 11 - Effetto Venturi
La maggiore velocità farà superare la tendenza alla separazione quando il flusso viene
deflesso. Sappiamo anche che quando abbiamo un "mezzo Venturi" (Figura 10) il flusso
dell'aria crea un'immagine a specchio e segue il principio di un Venturi completo (Figura
11), pertanto la velocità incrementata dall'effetto Venturi segue il piano di coda orizzontale
anche quando deflesso nella posizione abbassata del bordo d'attacco (ovvero l'effetto
Venturi virtuale).
Timone
Nei miei progetti S.T.O.L., ho utilizzato lo stesso piano di coda verticale integrale che
avevo già usato in alcuni modelli precedenti, poiché in grado di offrire delle eccezionali
prestazioni con il vento al traverso. In un modello STOL, quando il vento al traverso ha
una velocità maggiore di quella di stallo dell'aereo (cosa che può realmente accadere) è
possibile puntare l'aereo verso il vento e letteralmente decollare in verticale (anche
utilizzando la pista nella sua larghezza)! Un altro vantaggio del timone integrale è costituito
dalle minori dimensioni rispetto alla struttura convenzionale di deriva e timone separati.
Pertanto è più leggero ed essendo costituito da un pezzo unico, è più facile da costruire.
Inoltre garantisce eccellenti capacità di ripresa dalla vite in quanto la parte mobile (timone)
è ha una superficie maggiore. Il timone stesso è costituito da un profilo simmetrico (e non
solo una superficie piatta), il che aiuta a a renderlo efficace e responsivo anche alle
velocità più basse.
Le ali dei modelli S.T.O.L. diventano più sottili alla radice per lasciare che aria non
disturbata possa fluire dall'elica verso i piani di coda. La posizione della coda al di sopra
della fusoliera, che riceve aria direttamente dall'elica, garantisce un controllo efficiente e
responsivo degli impennaggi, a confronto della risposta pigra fornita da una configurazione
convenzionale nel volo lento.
Decollo ed atterraggio corti
Per ottenere al meglio le prestazioni di decollo corto, l'elevato angolo d'attacco dell'ala
deve essere raggiunto già a terra o d'ogni modo molto vicino al suolo, pertanto anche la
configurazione generale dell'aereo deve permettere questi elevati angoli d'attacco. Questo
lo si può ottenere tenendo il muso alto se si utilizza un carrello principale con gambe molto
lunghe in una configurazione a biciclo, oppure alzando la parte posteriore della fusoliera,
in una configurazione a triciclo.
Figura 12 - Configurazioni del carrello d'atterraggio
Nella configurazione a biciclo, a terra tutta la cabina risulta goffamente inclinata all'indietro
e le lunghe gambe del carrello stanno a significare quanto la struttura possa risultare
debole o pesante. La cabina inclinata ed il carrello alto rendono difficile l'accesso alla
cabina, specialmente per i passeggeri o per il carico di materiali e possono limitare
severamente a terra la visibilità del pilota verso l'avanti, sia nel decollo che nell'atterraggio.
Figura 13 - Inclinazione del pavimento della cabina
La maggioranza dei piloti si trova oggi a maggior agio (e sicurezza) con una
configurazione a triciclo, in quanto pressoché tutti i velivoli da addestramento sono tricicli.
Un carrello triciclo è molto stabile al suolo, dove invece un biciclo non lo è, necessitando
continue correzioni nel controllo, specialmente con il vento al traverso. I premi delle
assicurazioni riflettono bene queste differenze.
In una configurazione a carrello triciclo, l'ala si trova ad un angolo d'attacco neutro mentre
l'aereo si trova a terra, contrariamente ad un biciclo che invece a terra si trova al maggior
angolo d'incidenza (vedi Figura 12). I velivoli bicicli sono pertanto molto più suscettibili al
vento durante il rullaggio, od anche quando sono parcheggiati all'esterno, luogo dove
l'aereo passa la maggior parte della sua vita, se non viene hangarato.
Nonostante i molti vantaggi di un carrello triciclo, molti vecchi modelli, come anche molti
moderni velivoli S.T.O.L., utilizzano una configurazione a biciclo. Le ragioni di questo sono
che un tempo non esisteva la tecnologia e l'esperienza per costruire un carrello anteriore
leggero e robusto. Oggi invece molti progettisti hanno scarsa dimestichezza, od interesse,
nella struttura dei carrelli d'atterraggio.
Le operazioni "fuori-campo" impongono che un velivolo S.T.O.L. debba avere un carrello
robusto e dal facile perdono. I carrelli sembrano costituire un vero "tallone d'Achille" per
molti modelli di aeroplano leggero, fatto che ne consiglia l'utilizzo solo da piste preparate,
nonostante la loro capacità di decollare ed atterrare in spazi brevi.
Figura 14 - Carrello d'atterraggio
Nei miei modelli S.T.O.L., ho utilizzato per il carrello principale una balestra a doppio
sbalzo in un pezzo unico. Anche se non è il sistema di carrello più leggero che si possa
immaginare, garantisce delle eccellenti prestazioni "fuori campo", quando combinato con
pneumatici di larga sezione. Inoltre è molto durevole, semplice e non necessita
virtualmente di alcuna manutenzione. La gamba del carrello anteriore è sterzante, con
collegamento diretto ai pedali del timone ed utilizza un unico elastico robusto come
ammortizzatore. Il CH-801 utilizza il carrello anteriore dello Zenith CH-2000, il mio modello
di addestratore certificato. Le ruote principali sono inoltre munite di freni a disco idraulici
separati, azionati a pedale, che garantiscono una eccezionale manovrabilità a terra.
L'esperienza ha mostrato che questo tipo di carrello ben si adatta alle operazioni da campi
in erba, anche per i piloti meno esperti. Il lavoro del carrello anteriore viene minimizzato,
alleggerendo il carico con opportune azioni sull'elevatore, che sono particolarmente
efficaci sui miei modelli S.T.O.L.
FUSOLIERA
La cabina rettangolare offre il massimo dello spazio utile per gli occupanti e l'eventuale
carico. La cabina del quadriposto CH-801 è abbastanza lunga da ospitare una barella
lungo il lato destro dell'aereo, sopra al sedile del co-pilota ripiegato, lasciando ancora
spazio adeguato per il pilota e per un passeggero. Alternativamente, due fusti da 200 litri
possono essere ospitati nella parte posteriore della cabina. Ovviamente, per chi utilizza il
CH-801 come aereo "fuori-strada" c'è all'interno spazio sufficiente per campeggiare in due
ed ulteriore spazio per un bagaglio sufficiente anche per lunghe tratte. Il biposto CH-701 è
sorprendentemente ampio per un aereo delle sue dimensioni e peso.
Le ampie porte consentono un facile accesso alla cabina per i passeggeri od i carichi
voluminosi e l'aereo può essere utilizzato senza porte per il massimo della visibilità e la
sensazione di aria aperta.
Anche se non è il massimo dell'estetica, la fusoliera squadrata è molto facile da costruire
ed aiuta a fornire una buona stabilità sull'asse di imbardata e resistenza all'ingresso in vite,
a causa delle fiancate piatte con spigoli netti.
CABINA / VISIBILITA'
La visibilità del pilota e dei passeggeri costituisce un elemento importante nell'ideazione di
un aereo e viene sovente sottovalutata dai progettisti. La buona visibilità è particolarmente
importante in un velivolo S.T.O.L., in cui il pilota deve essere in grado di individuare gli
ostacoli nelle operazioni "fuori-campo". Anche i passeggeri hanno bisogno di una buona
visibilità, per approfittare del volo "basso e lento", non si accontentano di un piccolo oblò
come quello di un aereo di linea.
Mentre una cabina aperta offre una visibilità illimitata, insetti, vento ed aria fredda
impongono che la cabina di un aereo moderno sia chiusa, per mantenere quel minimo di
comodità a cui siamo abituati. Una cabina chiusa permette anche una buona ventilazione
o riscaldamento, proteggendo gli strumenti ed il bagaglio. Le ampie porte permettono un
facile accesso alla cabina e possono comunque essere rimosse per una migliore visibilità
e "ventilazione".
La configurazione ad ala alta fornisce una migliore visibilità verso il basso, per apprezzare
la vista offerta dal volo basso e lento ed offre al pilota la visibilità necessaria per operare in
sicurezza da zone non preparate, consentendo di individuare ed evitare gli ostacoli. Sui
miei modelli S.T.O.L., ho utilizzato una posizione dell'ala al di sopra della cabina. Questa
configurazione rende massima la visibilità per un velivolo ad ala alta. La visibilità
orizzontale viene aumentata nel portare l'ala al di sopra della testa del pilota e la visibilità
verso l'alto si ottiene diminuendo lo spessore dell'ala alla radice, nel punto in cui si
congiunge con la cabina. In questo modo il soffitto della cabina può essere completamente
finestrato. La visione del cielo incrementa ulteriormente la visibilità del pilota di un aereo
ad elevata manovrabilità.
Figura 15 - Visibilità
La radice alare rastremata e la finestratura superiore ofrono una buona visibilità in virata. Il disegno dell'ala
riduce l'area frontale nel flusso dell'elica per aumentare le prestazioni ed inoltre fornisce il flusso dell'elica ai
piani di coda per migliorare il controllo nel volo lento.
I benefici aggiunti di quest'ala rastremata sopra la cabina sono la visibilità e la riduzione
dell'area frontale, che significa minor resistenza (un aereo più veloce con lo stessa
quantità di potenza) ed un eccellente controllo alle basse velocità, poiché l'aria può fluire
indisturbata dall'elica verso la coda.
Come nella maggioranza degli aerei moderni, ho scelto la configurazione a posti affiancati,
per migliorare la comodità del pilota e del passeggero. Inoltre, la cabina è progettata
ergonomicamente in funzione della produttività, del comfort e della flessibilità del
pilotaggio. L'interno della cabina deI CH-801 è progettata per ospitare comodamente
quattro adulti di taglia generosa ed al tempo stesso essere facilmente convertibile per le
applicazioni "cargo". Le ampie porte permettono un agevole accesso alla cabina da
entrambe i lati. I sedili anteriori regolabili si piegano per facilitare l'accesso ai sedili
posteriori od al piano di carico. Prevedendo i vari tipo di utilizzo, la zona dei sedili
posteriori può essere convertita per l'utilizzo "cargo" (ad esempio fusti da 200 litri), oppure
la cabina può essere configurata come cuccetta (paziente su una barella) al di sopra dei
sedili di destra, con il pilota al suo posto abituale ed un medico od un'infermiera sul sedile
posteriore sinistro. I piloti amatoriali possono letteralmente usare il CH-801 alla stregua di
un camper.
Resistenza della struttura completamente metallica
Gli aerei da "fuori-campo" devono essere robusti, affidabili e semplici da mantenere. La
manutenzione sul campo assume un nuovo significato, se è il pilota stesso che deve
essere in grado di effettuarla nei suoi aspetti di base, oltre a far fronte ad eventuali piccole
riparazioni.
Sia il CH-701 che il CH-801 sono costruiti completamente in metallo. Personalmente ho
più di 30 anni di esperienza nella progettazione e costruzione di aerei metallici e si
dispone oggi di un'esperienza di più di 60 anni nell'industria delle costruzioni a "semiscocca" lavorante. Lungi dall'essere obsolete, le costruzioni metalliche (in lega d'alluminio)
continuano a dominare le scelte dei costruttori. Le leghe d'alluminio garantiscono i
seguenti vantaggi:
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Concordanza fra basso peso ed elevata alta resistenza;
Resistenza alla corrosione, particolarmente con le nuove leghe ed i moderni
impregnanti (primers);
Basso costo e facile reperimento;
Resistenza ben conosciuta, anche all'esposizione al sole ed all'umidità;
Disponibilità di una grande quantità di dati empirici sulle loro proprietà;
Facilità nella lavorazione: procedure produttive e necessità di attrezzi semplici; non
indispensabile la lavorazione in ambienti a temperatura controllata e privi di polvere,
come accade con i compositi. I moderni rivetti ciechi hanno notevolmente
semplificato la costruzione di aerei metallici in kit;
Sono malleabili e possono essere foggiate in molte forme, quasi senza alcun limite;
Non pericolose per l'ambiente, nessun problema di tossicità nella lavorazione;
riciclabili;
Facili da ispezionare: i difetti di costruzione e dei materiali sono facilmente rilevati,
come le parti difettose o danneggiate:
Semplici da riparare: i rivetti possono essere facilmente rimossi per sostituire parti o
sezioni danneggiate. Le parti individuali possono essere cambiate senza dover
sostituire o ricostruire parti intere della struttura.
Pertanto, le costruzioni in lega d'alluminio offrono la miglior struttura per un aereo da
"fuori-campo": 1) Adatte ad essere tenuto all'aperto; 2) Durevoli e robuste e 3) Agevoli da
ispezionare, facile manutenzione anche in condizioni disagiate. Ad esempio, una qualsiasi
"pezza" metallica può essere facilmente rivettata su di un'area danneggiata in modo da
poter riportare l'aereo in volo alla base.
Un aereo ben progettato costituito da fogli metallici offre inoltre una superiore resistenza
agli urti, in quanto l'energia dinamica viene assorbita dal progressivo collassamento
(deformazione) della struttura, invece di scheggiarsi e frantumarsi nell'impatto. Il carrello
dei miei velivoli S.T.O.L. assorbe una notevole quantità d'energia, quindi necessita di
altrettanta energia per restituire quella immagazzinata. Pertanto la struttura inizia a
piegarsi, affossarsi o torcersi solo con l'applicazione di forze ben superiori. La robusta
struttura della cabina protegge gli occupanti anche in caso di capottamento, peraltro
improbabile in un triciclo, in cui le ali, posizionate un po' più in alto della testa degli
occupanti, assorbono l'energia dell'impatto. Un altro importante vantaggio, spesso
sottostimato, è l'intrinseca protezione dai fulmini offerta dalla struttura metallica.
In qualità di ingegnere aeronautico, è facile per me progettare un aereo complesso, ma
molto più avvincente idearne uno semplice. Un aereo in kit di successo deve essere
relativamente semplice nella costruzione, nell'assemblaggio e nelle installazioni. Un
modello semplice non solo è più facile ed affidabile da costruire, ma può essere costruito
al meglio anche dal costruttore amatoriale, essendovi minore possibilità di errori o scarsa
manualità. Con un progetto semplice, il tempo di costruzione sarà inferiore e sarà
necessaria una minor quantità di attrezzi e di capacità per assemblare l'insieme. Questo
porta ad un maggior numero di modelli completati, rispetto ad aerei più complessi. Inoltre,
una volta terminati, questi aerei saranno più facili sia nell'utilizzo che nella manutenzione.
La semplicità dei sistemi aumenta l'affidabilità e riduce l'impegno per il pilota. Con
un'esperienza di 24 anni nella progettazione e nella realizzazione degli aerei in kit per i
costruttori amatoriali, abbiamo imparato a sviluppare velivoli specificatamente dedicati a
questa clientela, offrendo kits completi che siano veloci e facili da costruire, con il minimo
di capacità ed attrezzatura.
Se dunque la forma asseconda la funzione, i miei due modelli S.TO.L. possiedono
un'intrinseca bellezza, più che meramente estetica, una volta comprese le caratteristiche
aerodinamiche e costruttive tipiche di questi progetti e che li rende aeroplani altamente
efficienti nel decollo ed atterraggio corti, semplici da costruire e mantenere e dotati di
eccellente durevolezza e flessibilità.
Il CH-701 offre delle ottime prestazioni nell'utilizzo "fuori-campo" come biposto leggero e
molto economico, dal pilotaggio facile e divertente, mentre il nuovo CH-801 è un vero
fuoristrada dell'aria, con il suoi 400 Kg di carico utile.
Ripresa reale di un decollo corto
In qualità di progettista, è per me veramente appagante vedere come i miei progetti siano
stati realizzati in tutto il mondo ed utilizzati per missioni o lavoro di soccorso in aree
remote. D'altro canto è altrettanto piacevole sentirmi dire, come mi scritto un pilota
amatoriale, che l'aereo "decolla come un tappo da una bottiglia di champagne!"