Bilanciamento dell'aereo

[Joe81ita]

Dunque una domandina al volo....forse un po' stupida....

Quando un caccia deve eseguire un certo tipo di missione A-G...mettiamo caso la distruzione di un deposito di munizioni in una basa aerea.... Come gli viene installato il carico?? Mi spiego: non ho mai visto un caccia che porti una sola LGB o una sola JDAM.... In genere sono 2 per una questione di corretta distribuzione del carico(correggetemi in caso stia sparando cavolate).... Se peró per tale obiettivo non è necessario lo sgancio di entrambe le bombe per distruggerlo....com'è la faccenda??? Non penso che possano ne sprecare delle armi così costose ne rischiare un atterraggio con un carico bellico ancora installato sull'aereo giusto???

[Vultur]

Da quel che so, il bilanciamento dell'aereo è fondamentale sennò ti ci puoi ammazzare. In realtà però una certa "asimmetria" tra una semiala e un'altra è tollerata, specie negli aerei grandi o ad alte prestazioni. L'ala in volo porta, per cui tende verso l'alto e più è "asciutta" e priva di carburante (per svuotamento dei serbatoi al suo interno) e più la flessione delle ali in alto è un problema sentito. L'armamento e il carburante sono quindi fondamentali per l'aereo e ogni "stazione", cioè ogni pilone ha un suo carico massimo (anche di G).

Se guardi bene però di aerei con carichi singoli o "asimmetrici" se vedi di tutti i tipi.

Per alcuni armamenti però, come grandi missili guidati, come il Popeye per esempio, è previsto il bilanciamento controlaterale con un carico di peso "congruo".

Non dimenticare poi che oggi il bilanciamento lo fa anche il fly by wire.

[Joe81ita]

Quindi Vultur se non ho capito male mi stai dicendo che generalmente caricano anche ordigni singoli su un solo pilone??? Anche negli F-16???

[tornado4ever]

credo che sia necessario specificare queste due situazioni.Generalmente, come è facilmente deducibile, più il carico si trova vicino al centro dell'aereo più è difficile sbilanciarlo. Mi spiego: ad esempio un TorNado IDS può portare anche un solo Missile da crociera Storm Shadow su pilone centrale laterale ( mi dispiace per l'immagine che è un pò piccola ma se vuoi su Volare di qualche mese fa c'era una foto più grande e chiara).

 

 

 

 

o comunque carichi non perfettamente simmetrici

 

 

Per quanto riguarda i carichi su piloni subalari, allora lì lo sbilanciamento deve essere più ridotto, ad esempio è possibile per un TorNado lanciare solo uno dei due AIM-9, ma i pod ecm devono essere su entrambe le ali ed avere un peso circa equivalente.

 

Su caccia "più leggeri" come l'F16 bisogna essere più attenti al bilanciamento ma i carichi sono disposti in modo tale da non avere grossi problemi, e poi come suggerisce Vultur interviene il Fly By Wire.

 

In ogni caso è sempre possibile un certo margine di asimmetria, non è necessario lanciare due missili contemporaneamente o atterrare in poco tempo, eccetto casi di grande carico come serbatoi addizionali sganciabili o grandi quantità di bombe: ad esempio l'A6 intruder portava anche più di 6 bombe per ala ma doveva sganciarle tutte contemporaneamente o almeno " simmetricamente" appunto per non sbilanciarsi, ma si parla in questo caso di grandi pesi.

 

Modificato 14 Marzo 2012 da tornado4ever

[Vultur]

Quindi Vultur se non ho capito male mi stai dicendo che generalmente caricano anche ordigni singoli su un solo pilone??? Anche negli F-16???

 

Si.

Ma ci sono limiti precisi stabiliti dal manuale del costruttore. Adesso io non lo so, perchè addirittura mi pare che nell'F-16 il centro di pressione (dove agisce la portanza generata) cada davanti al baricentro per ragioni di agilità in combattimento manovrato, per cui sarebbe il contrario di un aereo "normale".

 

Ma a parte baricentro e centro di pressione, è tutta la struttura del velivolo ad essere progettata per poter sopportare un certo fattore di carico massimo X, che l'aereo NON sovraccaricato deve essere in grado di poter sopportare bene. Cioè si "prende" l'aereo al MTOW (maximum take off weight) e in questa condizione esso deve essere in grado di poter sopportare il fattore di carico max scelto dal progettista, ma io bada bene: grazie al cielo NON faccio l'ingegnere, per cui....

 

Il che significherebbe che tutta la struttura, quindi NON solo l'ala, ma tutto quanto deve sopportare spostamenti di carico dovuti allo sgancio dell'armamento e al consumo di carburante.

 

Inoltre, trattandosi di roba volante, anche tutta l'aerodinamica va assolutamente curata e calibrata. L'aria in volo risulta dura come cemento, per cui anche una piccola "incongruenza" aerodinamica, per esempio tra piloni, armi e ala o fusoliera può spaccare tutto con vibrazioni elastiche, o con problemini del genere; quando un tuo serbatoio esterno sganciato ti finisce dritto nel tuo s...ere, so soddisfazioni :

 

 

Il costruttore specifica anche tutti i possibili armamenti e carichi agganciabili e non. In giro troverai molte foto di aerei con un carico diciamo asimmetrico, questo perchè è sottinteso che la cosa, nonostante tutto rientra nei limiti non dell'ala, ma della struttura complessiva che si muove, anche se non si vede sempre, ma le sollecitazioni ci sono eccome. Questa è una simulazione delle sollecitazioni cui può essere sottoposta la cellula di un F-16 con quei piloni subalari. Notare che si muove tutto quanto, da una semiala all'altra e dalla coda fino al muso:

 

 

L'aereo è tutto sempre soggetto a forze contrapposte: peso/portanza, spinta/resistenza ... Ognuna delle quali va controbilanciata (da cui per esempio la presenza degli equilibratori di coda). Ognuna di queste forze avrà un suo "braccio" di forza (ma ricorda che io NON faccio l'ingegnere, scrivo di ste robe solo perchè mi interessano) che genera un "momento".

Un carico asimmetrico sulle semiali, genererà (penso io) un momento che tenderà ad abbassare la semiala più appesantita e ad alzare la semiala più leggera (rollio). Inoltre, la semiala appesantita ha anche il carico, che ne aumenta la resistenza all'aria, per cui la semiala più carica tenderà a una maggior resistenza e ad arretrare, mentre la semiala opposta tenderà ad avanzare, causando (credo io) anche un momento di imbardata contemporaneo a quello di rollio , per cui il musetto dell'aereo tenderà a girare verso il lato della semiala più carica, mentre la coda del velivolo tenderà ad andare dalla parte opposta.

Come ha scritto sopra poi tornado4ever, più lo squilibrio è lontano dal baricentro e maggiore sarà il braccio di forza (perchè la distanza è maggiore) e maggiore sarà il momento.

Per cui il costruttore immagino che dà tutta una serie di grafici e tabelle con specificati i range di possibile spostamento del baricentro dell'aereo (in cm, o pollici).

Modificato 14 Marzo 2012 da Vultur

[Joe81ita]

Sei stato veramente molto chiaro..... Ma per chiudere... Parlando proprio di F-16... Puó capitare quindi di installare ad esempio una sola GBU su un pilone solo? E se sì....nell'altro verranno montati altri ordigni per bilanciare???

[Vultur]

Si.

Basta che rientri nelle specifiche. Il fly by wire poi solleva il pilota da continui aggiustamenti.

 

Questi sono F-18; portano solo due serbatoi di cui uno appeso al pilone subalare interno destro e uno sotto la centerline:

 

 

Attenzione poi anche a un'altra cosa molto più semplice. a volte, quelli che sembrano pesanti serbatoi subalari, non sono altro che portabagagli esterni con gli effetti personali del pilota, o serbatoi vuoti in volo di traferimento ferry dall'hangar A all'hangar B ...

Modificato 14 Marzo 2012 da Vultur

[Gian Vito]

Ecco qualcosa di utile:

 

http://www.aereimilitari.org/forum/topic/1235-carichi-alari/

 

http://sites.google.com/site/golem101/pilot%27slounge-iltrimdellesuperficidicontrollo

Modificato 14 Marzo 2012 da Gian Vito

[Joe81ita]

Che dire...grazie ragazzi...mi avete dato delle risposte veramente al di là delle mie aspettative;) Davvero...è tutto chiaro...

[tornado4ever]

Attenzione poi anche a un'altra cosa molto più semplice. a volte, quelli che sembrano pesanti serbatoi subalari, non sono altro che portabagagli esterni con gli effetti personali del pilota. ( post di Vultur,ho sbagliato a replicare )

 

 

questa proprio non la sapevo... vuoi dire che i piloti si portano in un serbatoio le loro robe?, ma sempre o solo in casi di emergenza?

 

perdonate l'

Modificato 14 Marzo 2012 da tornado4ever

[vorthex]

in caso di trasferimento, in combattimento no

[Vultur]

Si esistono pods per i bagagli che possono essere scambiati per serbatoi o armi varie. In genere però più è grosso l'aereo, meno c'è necessità di alloggiare roba personale all'esterno nei trasferimenti.

 

F-105G wild weasel: due agm-45 sui piloni esterni, un serbatoio ventrale da 2200 litri, un pesante agm-78 Standard al pilone interno sn, bilanciato da un serbatoio subalare da 1700 litri al pilone interno dx. Non tutti gli aerei e non tutti i piloni subalari interni erano dotati della modifica con i cablaggi per portare l'agm-78. Notare l'antenna blister semiannegata nel fianco dx della fusoliera del sistema ecm an-alq 105, che contraddistingueva i 105G (che come si vede erano biposto).

 

 

Marine Nationale, Afghanistan, un Super Etendard con serbatoio subalare dx, gbu-49 a sn e pod (Damocles?) ventrale. Bella la scala d'alluminio per lampadari buttata là:

 

 

F-16C, Afghanistan: due gbu-12 a dx, stazione 7 e una probabile gbu-31 jdam a sn, stazione 3. Litening pod sulla stazione 5 destra:

 

 

F-18 Super Hornet, due F biposto e due E monoposto, tutti con serbatoi asimmetrici mentre salgono a rifornirsi da un KC-10:

 

 

Un F-18 C con serbatoio a dx e due gbu (12?) a sn. Pod Laser Spot Tracker-Strike Camera an/asq-173 sulla stazione a lato della presa d'aria dx:

 

 

Marina argentina: Super Etendard con Exocet e serbatoio subalare controlaterale:

 

Modificato 15 Marzo 2012 da Vultur

[tornado4ever]

 

 

Marine Nationale, Afghanistan, un Super Etendard con serbatoio subalare dx, gbu-49 a sn e pod (Damocles?) ventrale. Bella la scala d'alluminio per lampadari buttata là:

 

 

Un F-18 C con serbatoio a dx e due gbu (12?) a sn. Pod Laser Spot Tracker-Strike Camera an/asq-173 sulla stazione a lato della presa d'aria dx:

 

 

 

sì proprio bella la scaletta, credo l'abbiano presa all'IKEA

 

confermo pod damocles

 

per l'F18 direi che abbia GBU-16 guardando bene le alette nella parte anteriore della bomba...cmq belle foto !

 

ho trovato interessante questo F4 con da un lato una bomba a guida laser (gbu 16 pawewayII) e dall'altro due AIM-9.

 

Modificato 16 Marzo 2012 da tornado4ever

[Vultur]

Si, anche perchè credo che alla fine il Phantom non risente dello squilibrio con la GBU-16.

 

Sempre premesso che non faccio l’ingegnere, per cui tutto quanto segue potrebbe anche rivelarsi inesatto e comunque da verificare, provo a tirar fuori qualcosa in proposito al carico asimmetrico.

 

Il discorso come molti altri rientrerebbe nella fondamentale fase “Pianificazione del Volo”, nell’ambito della quale è necessario tenere conto anche delle "Prestazioni" dell’aereo, cioè di come si prevede che si comporterà il velivolo nelle fasi di volo (decollo, salita, crociera o missione, discesa, atterraggio).

 

Come detto sopra, è la casa costruttrice del velivolo a fornire tutti i dati necessari, i grafici e le tabelle. Il costruttore “prende” il suo aereo, lo carica al peso massimo di decollo, tiene conto del massimo delle sollecitazioni cui è previsto che vada in contro quell’aereo (o fattore di carico), lo moltiplica per un certo fattore di sicurezza (maggiore anche del doppio, o del triplo del fattore di carico massimo) e da questo calcolo ottiene il “fattore di carico di robustezza” di quell’aereo. In base a questo, il costruttore decide l’entità e la qualità delle strutture che andranno a comporre la cellula del suo velivolo, cioè decide quanto fare robusto l’aereo.

Schematizzando, da che so io il peso max al decollo (MTOW) può essere scomposto in almeno due fattori:

 

1) il carico utile dell’aereo

2) il peso-a vuoto-equipaggiato

 

Carico utile = Combustibile + Carico Pagante (in ambito militare lo si potremmo chiamare anche “Armi”)

 

Peso a vuoto equipaggiato: è dato dal peso standard (o peso-a vuoto-base) dell’aereo con il motore, una volta che vi siano stati montati anche tutti gli equipaggiamenti avionici, di emergenza, ecc…; cioè è il peso della macchina vuota e pronta ad essere rifornita di carburante e a decollare e quindi dotata di tutti gli impianti (che possono contenere anche svariati chili di liquidi come olio e acqua per lubrificazione, raffreddamento, per attuatori vari, ecc …), allestimenti ed equipaggiamenti, elettronici e non.

 

Ora abbiamo un F-16C block-42, con motore Pratt & Whitney F-100-220E, fermo parcheggiato sulla pista.

 

 

Così, in configurazione pulita e fermo sulla pista, da che so io un F-16 lo danno con un peso a vuoto equipaggiato di 8.570 kg.

 

Chiamiamo la cisterna e riforniamo i serbatoi interni dell’aereo con 3.175 kg di carburante.

 

A questo punto, l’aereo pesa in tutto 11.745 kg.

 

Chiamiamo gli avieri e ci facciamo montare il carico pagante: due Sidewinder AIM9L (85 kg l’uno) alle estremità alari e una singola Mk-83 da 460 kg al pilone ventrale sotto la centerline.

 

Il peso complessivo arriva a 12.375 kg.

 

Cambio di missione: bisogna arrivare più lontano, per cui gli avieri ritornano, smontano la Mk83 da sotto la centerline e al suo posto ci agganciano il serbatoio ventrale esterno da 1.133 kg.

Quanto alla Mk-83 decidiamo di agganciarla alla stazione subalare numero 3 (pilone centrale, semiala sinistra).

 

Il peso complessivo, con carburante, serbatoio esterno ventrale, la Mk-83 e i due Sidewinter ora mi va a 13.508 kg: sarà questo il nostro MTOW per questa missione. Andiamo a vedere il grafico del costruttore e si vede che 13.508 kg è un MTOW che (chiaramente) rientra nelle specifiche di costruzione, per cui possiamo decollare senza temere di essere in sovraccarico.

 

Ora, ammettendo che si possano usare i criteri usati per il centraggio degli aerei da turismo (cosa che non sono sicuro sia possibile), dovrebbe essere:

 

Momento = Forza X Lunghezza del suo Braccio (di forza)

 

Quanto dista il pilone subalare centrale dall’asse longitudinale dell’F-16? Secondo una mia stima, dista 2,823 m.

Dato che la Mk-83 sotto la semiala sn pesa 460 kg, il momento da essa generato sarebbe:

 

460 X 2,823 = 1298,6 chilogrammi x metro (o 12.734,07 newton x metri [Nm])

 

Cioè secondo i miei calcoli ci sono 1298,6 kgfm (o 12734,07 Nm) che lavorano per abbassare la semiala sinistra (e ad alzare quella dx).

 

Di quanto mi si sposta ora sul piano frontale il centro di gravità, o baricentro, dell’F-16 a causa della Mk-83 appesa lì?

 

Tenendo conto che ogni variazione di un singolo momento è uguale alla variazione da essa apportata sul momento complessivo, si potrebbe fare che:

 

MTOW = 13508 kg

 

Mk-83 = 460 kg

 

Distanza della bomba dall’asse longitudinale dell’aereo = 2,823 m

 

Allora:

 

460 kg x 2,823 = MTOW x spostamento del baricentro

 

Da cui:

 

spostamento del baricentro = 460 x 2,823 / MTOW = 1298,6 / 13508 = 0,096 m = 9,6 cm (a sinistra)

 

E si va a vedere nei grafici dove ci sono i limiti del baricentro se 9,6 cm è un valore che rientra nelle specifiche di spostamento del baricentro (e penso proprio di sì, se si pensa che il baricentro degli aerei civili "leggeri", da quel che so, può arrivare a spostarsi senza danno anche di 30 cm), perchè sennò:

 

 

Per quanto riguarda i piani (frontale, longitudinale ...) su cui il baricentro si muove, anche quelli sono specificati dal costruttore.

Modificato 16 Marzo 2012 da Vultur

[Flaggy]

Il costruttore “prende” il suo aereo, lo carica al peso massimo di decollo, tiene conto del massimo delle sollecitazioni cui è previsto che vada in contro quell’aereo (o fattore di carico), lo moltiplica per un certo fattore di sicurezza (maggiore anche del doppio, o del triplo del fattore di carico massimo) e da questo calcolo ottiene il “fattore di carico di robustezza” di quell’aereo. In base a questo, il costruttore decide l’entità e la qualità delle strutture che andranno a comporre la cellula del suo velivolo, cioè decide quanto fare robusto l’aereo.

Si, ma il rapporto tra carichi di robustezza e di contingenza per le strutture aeronautiche è tipicamente solo 1.5 per ragioni di contenimento del peso. Valori maggiori sono raggiungibili solo per specifici componenti critici di basso impatto in termini di peso strutturale.

Fino ai carichi di contingenza (i massimi consentiti nel normale utilizzo definito dalla specifica di progetto) la struttura si deforma in campo elastico, oltre e fino ai carichi di robustezza può deformarsi in modo permanente, mentre oltrepassando questi si può avere il collasso strutturale per rottura o instabilità (in sostanza l’aereo si sfascia).

Un aereo come l’F-16, in una tipica configurazione di carico dimensionante come una cabrata al massimo numero di g ammesso dalla specifica, avrà quindi un fattore di carico a contingenza pari all’ormai noto 9 e potrà reggere fino a 13.5 a robustezza senza distruggersi, ma riportando danni strutturali permanenti .

Il peso complessivo, con carburante, serbatoio esterno ventrale, la Mk-83 e i due Sidewinter ora mi va a 13.508 kg: sarà questo il nostro MTOW per questa missione.

Quello da te indicato è il peso del velivolo al decollo (TOW) per quella specifica missione e non l’MTOW (Maximum TakeOff Weight) che è proprio il valore di peso al decollo da non superarsi mai.

Modificato 16 Marzo 2012 da Flaggy

[Vultur]

Si.

Togliete la M dal MTOW di sopra: mi riferivo al peso di decollo per la missione ipotetica specificata (serbatoio ventrale, due aim-9l e la Mk-83).

[cama81]

sempre in tema di bilanciamento un ruolo importantissimo la svolgono i serbatoi di carburante all'interno della fusoliera , nel efa il computer di bordo travasa il carburate ba un serbatoio all' altro per mantenere l assetto .

 

anche a terra i peso del carburante ha un ruolo importante , i serbatoi vanno riempiti in un ordine preciso : girano in rete foto e video di md-11 letteralmente seduti sulla coda a causa dell errata gestioni dei pesi

, md-11 è tra l' altro noto per essere un aereo dal ''sedere'' pesante anche in volo .

 

 

anche il tornado ha questo problema ,pare che un tornado della RAF sia ''scattato sul attenti '' durante un rifornimento , forse complice il fatto che le versioni UK's avevano un serbatoio aggiuntivo nella deriva verticale

[Joe81ita]

Parlando di taniche subalari....il loro sgancio avviene sempre in missione di attacco?? o capita anche che i caccia rientrino che ce l'hanno ancora??

[Vultur]

Mah, non saprei. Entrambe le cose credo.

Puoi selezionare il tuo consumo di combustibile in modo che, mentre voli, i serbatoi interni dell'aereo, che via via si svuotano, richiamino il combustibile da quelli esterni, in modo che siano proprio questi, quelli esterni, a svuotarsi per primi.

In certi casi, non è bene avere combustibile appeso fuori: fa da bersaglio ed è un bersaglio altamente infiammabile se un proiettile o una scheggia vaganti decidono di centrarli. Inoltre non puoi affrontare un duello aereo manovrato con serbatoi o carichi appesi sotto, ma devi darti una "ripulita" generale sganciando tutto.

Se giudichi che una volta sull'obbiettivo (che può essere un colonna nemica da bombardare, ma anche un caccia nemico da intercettare) non sia bene per te avere serbatoi esterni appesi, prima li svuoti durante l'avvicinamento, poi prima di attaccare li sganci. Al ritorno magari ti rifornisci in volo (se puoi).

Modificato 18 Marzo 2012 da Vultur

[tornado4ever]

dipende poi dal tipo di attacco che bisogna effettuare.Se si tratta di bombardamento di precisione da quota medio-alta i serbatoi possono benissimo stare a farti compagnia. Se invece bisogna fare CAS è meglio scaricarli,si rovinano se vengono colpiti da AAA e si rovina anche l'aereo oltre ad essere più agile e meno pesante.Ad esempio in missioni "soft" come la ricognizione è meno rischioso portarsi dietro un pò di serbatoi piuttosto che avventurarsi nel rifornimento in volo. ( come forse avrete capito mi piacciono i Tornado e quindi metto questa foto di T. inglese con tre serbatoi e soliti pods)

 

Modificato 19 Marzo 2012 da tornado4ever

[Vultur]

Bella foto.

 

In realtà da quel che so io i serbatoi esterni, come ogni altro carico esterno, sono qualcosa che giustifica la sua presenza a bordo solo se hanno motivo di starci, perchè in realtà non fanno che aumentare peso e resistenza all'aria.

Per cui: se un serbatoio si svuota e non ci sono altri motivi per tenerselo addosso, va sganciato perchè comunque oltre a dare resistenza, possono anche pesare quintali anche da vuoti. Inutile tenersi qualcosa che aumenta la resistenza all'aria senza dare nessun beneficio. Sotto questo punto di vista, perfino i tanti decantati serbatoi conformi dell'F-15, una volta svuotati, non fanno che aumentare la sezione frontale dell'aereo e in volo non sono sganciabili (o almeno, da quel che so non lo sono).

Modificato 19 Marzo 2012 da Vultur

[Joe81ita]

È tutto molto chiaro ieri cmq ho provato nel mio simulatore Falcon 4 BMS ad installare carichi asimmetrici sull'F-16.... Niente da fare....il Fly by wire non riesce a tenerlo dritto...probabilmente non è implementato del tutto...mi tocca trimmare manualmente l'aereo..... Fa niente

[Vultur]

Il simulatore non lo so.

 

Guarda questi qui, con il Tu-16 un Kingfish sotto l'ala sinistra:

 

 

Osservazione:

 

se: spostamento del baricentro = 460 x 2,823 / TOW , allora questo dovrebbe anche significare che lo spostamento del baricentro è inversamente prop. al TOW.

 

Ribadisco comunque che non faccio l'istruttore di volo e non sono certo che sia tutto giusto, per cui quello che ho scritto è da verificare.

Modificato 20 Marzo 2012 da Vultur