Quota di tangenza

[Vega]

comunemente la quota massima di tangenza operativa di un aeromobile viene identificata con l'altitudine che l'aereo in questione può raggiungere e sostenere volando in volo livellato

 

mi sono sempre chiesto, tuttavia, quali parametri di riferimento corrispondano a tale quota.

 

esistono aerei, come il Phantom ad esempio, la cui quota massima viene stabilita a circa 19000

 

il Phantom in questione, ma vale per tutti

 

1) può volare a 19000m in crociera?.........

 

2) oppure deve accendere gli AB e raggiungere la sua velocità massima possibile per avere il coefficiente di lift necessario a mantenersi livellato?

 

3) vola armato e con pieno di carburante?....

 

4) oppure deve essere leggero e pulito?

 

5) e questa forse è la domanda che riassume tutto....... leggendo le schede tecniche originali si evince che gli aerei che raggiungono una velocità, per esempio, di mach 2.2 a 12k metri, non subiscono significative variazioni nella top speed fino a 17/18k. Mi chiedo, possibile che un aereo per sostenersi livellato a 19000m debba andare per forza a mach 2?

 

Mi viene da pensare che un caccia da alta quota come il Foxbat, pur avendo un enorme carico alare, riesca a sostentarsi grazie all'enorme velocità? sbaglio?.....un Mig25 non può volare a 24k a mach 1....almeno credo

 

Il contraltare dovrebbe essere costituito da aerei tipo l'U2 che, pur essendo estremamente lenti, hanno un carico alare bassissimo che gli consente di galleggiare a quote elevatissime

 

grazie in anticipo

[Gian Vito]

Vi sono vari tipi di quote di tangenza. Per un velivolo militare più che la tangenza “teorica” (mai raggiungibile) o quella “pratica” , raggiungibile in limitate condizioni, conta molto più la tangenza “operativa”.

 

A questa quota l’aereo mantiene ancora determinate capacità di salita e manovra, sia pur ridotte data la rarefazione dell’aria. Come suggerito nella domanda, sarebbe bene indicare la quota operativa con e senza l’impiego del postbruciatore, perchè varia notevolmente.

 

Veniamo alle domande. Un F-4 può volare a 19000 metri in crociera ? Si, col postbruciatore inserito (una crociera breve, si intende). Non raggiungerà la velocità massima, che l’F-4 ottiene a quote inferiori. Se ricordo bene dovrebbe arrivare a 1,7 Mach, ma è sufficiente per sostentarsi.

 

In questo sito trovate decine di tabelle dati. Eccone una sull’F-4J. Verso la fine potete vedere come varia la velocità massima secondo la quota, il carico, e con/senza postbruciatore:

 

http://www.alternatewars.com/SAC/F-4J_Phantom_II_SAC_-_August_1973.pdf

 

Armato e col pieno di carburante ? No, allora la quota massima operativa cala. Un esempio ? Un F-111 con 48 bombe Mk82 ha una quota di tangenza di 4900 metri.

 

Giusta l’osservazione a proposito del confronto MiG-25/U-2. Nel caso dell’U-2 la velocità minima e massima quasi coincidono, col rischio continuo di caduta in vite.

[Mustanghino]

gran bel link Gianvito: diagrammi interessantissimi!!!!

[Pigowallace]

Avevo scritto un bel post e poi mi è partito un aggiorna a caso ed ho perso tutto xD

 

Per rispondere alla domanda "Mi chiedo, possibile che un aereo per sostenersi livellato a 19,000m debba andare per forza a mach 2?" oltre a quanto detto sopra vorrei aggiungere un piccolo dettaglio.

 

La generazione di portanza è legata oltre alla velocità anche alla forma del profilo aerodinamico, alla forma dell'ala ed alla densità dell'aria.

Salendo di quota la densità dell'aria crolla. A 19.000 m di altitudine si ha che la densità dell'aria è di 0.10307 kg/m³ contro i 1.225 kg/m³ s.l.m. e la generazione di portanza non è così semplice come a quote inferiori.

 

La questione è complessa, ma cerco di riassumerla nel modo migliore possibile.

 

Quando tu voli a quote elevate devi fare qualcosa per migliorare la generazione di portanza. La cosa più semplice è aumentare la velocità. Si possono adottare varie soluzioni tra cui l'aumento della superficie alare e cambiare la forma delle ali (restremazione, svergolamento, winglets, etc ma non scendo nei dettagli). Aumentare la superficie alare o l'allungamento alare comportano svantaggi non accettabili in un aereo da caccia. Inoltre, dato che è un aereo che può superare la velocità del suono sei obbligato ad usare le ali a delta che sono le migliori in campo supersonico (anche se fanno schifo in campo subsonico).

C'è anche da considerare che la velocità del suono diminuisce all'aumentare della quota (a 19,000 m è 295.07 m/s contro i 340.3 m/s s.l.m.). Questo ti fa entrare più facilmente in campo supersonico. La generazione di portanza in campo supersonico cambia radicalmente rispetto al campo subosonico ed è per questo che usi le ali a delta (un'ala a freccia od un'ala dritta non potrà mai portarti in campo supersonico).

Tutti gli aerei che devono volare a velocità supersoniche adottano le ali a delta infatti non ci sono caccia (con una velocità massima superiore a M=1) senza queste ali.

 

Aggiungo che in volo livellato la portanza deve essere uguale ed opposta al peso dell'aereo e quindi, maggiore è il peso, maggiore sarà la portanza necessaria per mantenere il volo livellato.

Se tu hai un aereo molto pesante devi aumentare la generazione di portanza e dato che all'aumentare della quota questo diventa più difficile, al quota massima di volo si abbassa. Questo perchè la velocità massima dell'aereo non cambia e, quindi, neanche la sua capacità di generare portanza.

 

In definitiva uno stesso aereo potrà raggiungere quote maggiori (entro certo limiti) se il suo peso sarà minore.

 

P.S. Ho divagato un casino e mi spiace xD

[Vega]

mi fila tutto ma non mi pare affatto che non esistano aerei supersonici senza ala a delta

 

ne cito solo alcuni: F-104, F-15, F-4, Mig-29, Su-27, Mirage F-1, Mig-19, F-100, Tu-128

[Gian Vito]

No, no, benvengano anche le divagazioni ! Aggiungono notizie per tutti gli appassionati.

 

Però...Concordo sul fatto che l’ala a delta sia ottimale. Ma chi ha detto che non esistono velivoli in grado di superare il muro del suono con ali diritte o a freccia ? Solo per citarne alcuni:

F-5, F-8, F-18, F-100, F-101, F104, F-105, MiG-19, Su-7, Mirage F-1 e si potrebbe continuare...

 

 

Vedo che Vega mi ha preceduto...

Modificato 1 Giugno 2012 da Gian Vito

[Pigowallace]

Rileggendo effettivamente mi sembra di non essere espresso molto bene. xD

 

Quello che volevo dire è che non ci sono caccia moderni supersonici che non utilizzino queste ali o una loro variante. Quasi tutti gli aerei supersonici che non usano ali a delta sono abbastanza "datati" F-104 e Mirage F-1 ad esempio hanno fatto il loro primo volo negli anni '50 e '60 rispettivamente (se non erro).

 

Per quanto riguarda il discorso sulle altri ali ho scritto pensando ad un'ala a freccia di un aereo civile (elevato allungamente etc) e non l'ho specificato.

Avrei dovuto dire che ali a freccia ed ali dritte non specificatamente adattate al volo supersonico non sono in grado di portarti oltre il muro del suono. Anche se hai la potenza necessaria per raggiungere velocità supersoniche, ti ritrovi con fenomeni molto fastidiosi.

 

È lo stesso discorso che si potrebbe fare per quanto riguarda gli aerei che per la prima volta risentivano degli effetti del volo transonico durante la seconda guerra mondiale; si trovavano davanti all'aumento di resistenza, vibrazioni delle superfici aerodinamiche e l'inversione dei comandi, durante le manovre per il bombardamento in picchiata.

Oltreutto siccome alcuni velivoli si distruggevano in aria come se avessero impattato contro un muro invisibile, divenne uso comune descrivere l'avvicinamento alla velocità del suono con le parole "muro del suono".

 

Tornando al presente, le ali a freccia e dritte non sono indicate per il volo supersonico se questo non sono state pensate specificatamente per farlo. Quello che volevo dire è che un qualsiasi aereo di linea (ad esempio un Boeing-777) non lo porti di certo in campo supersonico

Modificato 1 Giugno 2012 da Pigowallace

[Vega]

Rileggendo effettivamente mi sembra di non essere espresso molto bene. xD

 

Quello che volevo dire è che non ci sono caccia moderni supersonici che non utilizzino queste ali o una loro variante. Quasi tutti gli aerei supersonici che non usano ali a delta sono abbastanza "datati" F-104 e Mirage F-1 ad esempio hanno fatto il loro primo volo negli anni '50 e '60 rispettivamente (se non erro).

 

Per quanto riguarda il discorso sulle altri ali ho scritto pensando ad un'ala a freccia di un aereo civile (elevato allungamente etc) e non l'ho specificato.

Avrei dovuto dire che ali a freccia ed ali dritte non specificatamente adattate al volo supersonico non sono in grado di portarti oltre il muro del suono. Anche se hai la potenza necessaria per raggiungere velocità supersoniche, ti ritrovi con fenomeni molto fastidiosi.

 

È lo stesso discorso che si potrebbe fare per quanto riguarda gli aerei che per la prima volta risentivano degli effetti del volo transonico durante la seconda guerra mondiale; si trovavano davanti all'aumento di resistenza, vibrazioni delle superfici aerodinamiche e l'inversione dei comandi, durante le manovre per il bombardamento in picchiata.

Oltreutto siccome alcuni velivoli si distruggevano in aria come se avessero impattato contro un muro invisibile, divenne uso comune descrivere l'avvicinamento alla velocità del suono con le parole "muro del suono".

 

Tornando al presente, le ali a freccia e dritte non sono indicate per il volo supersonico se questo non sono state pensate specificatamente per farlo. Quello che volevo dire è che un qualsiasi aereo di linea (ad esempio un Boeing-777) non lo porti di certo in campo supersonico

 

mmmm....l'ala del Raptor o dell'F-35 non mi pare molto derivata da un delta

[Pigowallace]

mmmm....l'ala del Raptor o dell'F-35 non mi pare molto derivata da un delta

 

 

A me sembra di si...

Ali non a delta non avrebbero una forma simile.

 

L'esempio perfetto è il tornado nelle due configurazioni...

 

http://www.modellversium.de/galerie/img/6/5/6/656/7489/panavia-tornado-ids-revell.jpg configurazione NON a delta per il volo subsonico (anche se è un modellino rende l'idea)

http://www.militaryfactory.com/aircraft/imgs/panavia-tornado-adv.jpg configurazione a delta per il volo supersonico

 

Se le ali dell'F-22 e dell'F-35 non fossero a delta sarebbero molto più simili a quelle del tornado per il volo subsonico

[Gian Vito]

Forse un 777 no. Ma qualcuno ci è riuscito:

 

http://www.dc-8jet.com/0-dc8-sst-flight.htm

 

Ad ogni modo, l'F-18 non lo definirei arcaico, ed è senz'altro ad ala diritta.

[Pigowallace]

Forse un 777 no. Ma qualcuno ci è riuscito:

 

http://www.dc-8jet.com/0-dc8-sst-flight.htm

 

Ad ogni modo, l'F-18 non lo definirei arcaico, ed è senz'altro ad ala diritta.

 

Questo non lo sapevo! Però hanno avuto un bel coraggio a spingerlo così in la... mi piacerebbe sapere cosa è successo durante il volo xD

 

L'F-18 è fine anni '70 se non erro... però non ricordo quando si sono diffuse le ali a delta. I primi prototipi dovrebbero essere anni 50-60, ma la vasta scala non saprei. Comunque per aerei da caccia moderni intendo quelli degli ultimi 15-20 anni.

 

In ogni caso le ali a delta sono le migliori in campo supersonico e sono largamente utilizzate. Il fatto che ci siano aerei da caccia con ali non a delta non lo nego affatto. Le ali saranno state pensate anche per il volo supersonico, ma restano comunque inferiori alle ali a delta; come quest'ultime sono le peggiori in campo subsonico ^^

 

Il succo del mio era ragionamento era questo xD

[Vultur]

[

comunemente la quota massima di tangenza operativa di un aeromobile viene identificata con l'altitudine che l'aereo in questione può raggiungere e sostenere volando in volo livellato

 

mi sono sempre chiesto, tuttavia, quali parametri di riferimento corrispondano a tale quota.

 

esistono aerei, come il Phantom ad esempio, la cui quota massima viene stabilita a circa 19000

 

il Phantom in questione, ma vale per tutti

 

1) può volare a 19000m in crociera?.........

 

2) oppure deve accendere gli AB e raggiungere la sua velocità massima possibile per avere il coefficiente di lift necessario a mantenersi livellato?

 

3) vola armato e con pieno di carburante?....

 

4) oppure deve essere leggero e pulito?

 

Il carico influisce ovviamente sulla quota, ma nella fattispecie non so in che misura.

 

5) e questa forse è la domanda che riassume tutto....... leggendo le schede tecniche originali si evince che gli aerei che raggiungono una velocità, per esempio, di mach 2.2 a 12k metri, non subiscono significative variazioni nella top speed fino a 17/18k. Mi chiedo, possibile che un aereo per sostenersi livellato a 19000m debba andare per forza a mach 2?

 

Mi viene da pensare che un caccia da alta quota come il Foxbat, pur avendo un enorme carico alare, riesca a sostentarsi grazie all'enorme velocità? sbaglio?.....un Mig25 non può volare a 24k a mach 1....almeno credo

 

Il contraltare dovrebbe essere costituito da aerei tipo l'U2 che, pur essendo estremamente lenti, hanno un carico alare bassissimo che gli consente di galleggiare a quote elevatissime

 

grazie in anticipo

 

 

Tutto ciò che segue è solo quello che conosco io. Per i grafici della polare delle velocità e della potenza necessaria e disponibile prego cercare in rete perchè mo vado al mare chiudo.

 

Le prestazioni di salita in quota da quel che so forse possono dipendere dalla velocità nel senso che tali prestazioni grossomodo dipendono da almeno tre cose:

 

1) Spinta (del motore), oppure trazione (motori a elica).

 

2) Potenza del motore (che tende sempre a scendere man mano che aumenta l'altitudine di densità).

 

3) Portanza.

 

Il volo nella stratosfera io credo che comporti regole che sono un po' differenti dal volo ad altitudini inferiori. Per esempio perchè è quasi un volo nel vuoto (quasi, sennò non ci si volerebbe, ma le bassissime pressioni e temperature impongono aerei fatti apposta). Comunque, sempre da quel che so e ammesso che valga anche per un caccia trisonico che vola normalmente (cioè normalmente nel senso che mantiene le caratteristiche per le quali è stato progettato) a 20.000 metri ed oltre, la quota di tangenza teorica è la quota alla quale non c'è più supero di potenza che permetta di salire.

 

Un aereo sale solo finchè la potenza necessaria (a volare e salire) è inferiore a quella disponibile (disponibile, cioè data dai motori). Bisognerebbe parlare di grafici, ma dopo dicono che faccio la maestrina.

Il più interessante sarebbe il grafico della polare delle velocità.

La velocità con cui si vola lungo una certa "rampa" in salita, che ti permette di fare quota, può essere ovviamente scomposta in due componenti che sono la V di volo orizzontale e la V di volo verticale o ascensionale (con cui sali). Se la velocità di volo lungo la traiettoria in salita è la diagonale di un rettangolo, diciamo che la V di volo orizzontale può essere il lato maggiore di quel rettangolo e la V di volo ascensionale è il lato minore di quel rettangolo.

Conosco almeno quattro valori di V "caratteristiche" in un velivolo, tra esse ci sono la Vy e la Vx.

 

Vy= V di salita RAPIDA. Il termine "rapida" fa subito pensare a una relazione con il tempo e infatti la Vy è la V alla quale l'aereo sale (fa quota) nel minor tempo possibile. Questa velocità va tenuta ogni qual volta bisogna salire il prima possibile.

 

La Vx invece è la V di salita RIPIDA. Qui il termine ripido, al contrario di quel che si può pensare non richiama il tempo, ma la distanza dall'aeroporto di partenza. La Vx infatti è la V alla quale si fa quota entro la minore distanza possibile dalla pista di partenza. Mi pare utile se dopo la pista c'è una montagna.

 

Da che so io Vx è sempre minore di Vy ed entrambe sono specificate dal costruttore.

 

Guardando la Polare delle V (che si trova in rete), si vede che Vy corrisponde alla massima V ascensionale (con la quale si sale), mentre Vx corrisponde a una V ascensionale inferiore a quella di Vy, ma corrisponde al maggior angolo di rampa, cioè salita ripida.

 

Salendo in alto, la curva della polare delle velocità si appiattisce gradualmente e si disloca verso sinistra. I vettori di velocità di volo lungo la rampa in salita diminuiscono con la quota (si sale più lenti), la Vy diminuisce con la quota, la Vx invece aumenta con la quota, fino a che si arriva in un punto in cui la curva della polare delle velocità è del tutto "appiattita", sparita, e coincide con l'asse delle ascisse.

In questo punto sperimentalmente si vede che, coincidendo con l'asse delle ascisse, la V ascensionale (in ordinata) è zero (l'aereo non sale piu!) e la Vy e la Vx coincidono, sono uguali (a un cero valore di V orizzontale sull'asse delle ascisse).

Il punto in cui Vy e Vx coincidono è detto "Quota di tangenza"; nel grafico della polare delle velocità tale punto è situato sull'asse delle ascisse e corrisponde a un certo valore di V orizzontale, cioè l'aereo vola in volo livellato e orizzontale e non sale più di un millimetro (quota di tangenza).

 

Allo stesso tempo, guardando il grafico delle curve della potenza necessaria e della potenza disponibile si vede che con l'aumentare della quota, la potenza necessaria sale, la potenza disponibile tende a scendere (per aumento dell'altitudine di densità), fino a che il gap che separava le curve di queste due potenze (supero di potenza che permetteva di fare quota) non solo scompare (non si sale più), ma la curva della potenza necessaria si disloca al di sopra di quella della potenza disponibile e le due si "toccano" in un sol punto. Questo punto è unico e sull'asse delle ascisse corrisponde ad un unico valore di V di volo orizzontale.

 

Questo valore è molto importante perchè corrisponde a una V caratteristica dell'aereo, detta "V di potenza necessaria minima" (V Pmin, corrispondente ad un certo angolo d'attacco) che è il solo valore di V di volo orizzontale al quale è possibile mantenere l'aereo in volo livellato. In questa situazione, sia per V di volo orizzontale più piccole della V Pmin, ma sia anche per V di volo orizzontale più grandi della V Pmin, l'aereo non potrà fare altro che scendere di quota! Abbiamo raggiunto la Quota di Tangenza massima.

 

Quindi, quando i due grafici della potenza disponibile e di quella necessaria sono arrivati a toccarsi in un sol punto (V P min) ad alta quota, significa che siamo alla quota di tangenza: se rallento scendo, se accelero scendo lo stesso (perchè anche per valori di V orizzontale superiori, il supero di potenza sarà zero)!

 

E' molto importante sapere anche che sperimentalmente si dimostra che, guarda caso, V Pmin è = Vy. Cioè fino a che c'è ancora supero di potenza (P disponibile > P necessaria), V Pmin = Vy, cioè alla massima V ascensionale! E la massima V ascensionale si ha dove il supero di potenza (P disponibile - P necessaria) è massimo.

 

Inoltre (importante), la V P min, finchè c'è supero di potenza e siamo ancora al di sotto della quota di tangenza massima, corrisponde anche all'Endurance, cioè alla V di volo orizzontale (corrispondente a un certo valore di angolo d'attacco dell'ala) a livello del quale si ottiene la autonomia oraria massima (Endurance), perchè per volare a quella V orizzontale in volo livellato e con quel certo angolo d'attacco (tutti specificati dal costruttore), i motori mi devono fornire la minima potenza, perciò hanno il minor consumo di combustibile nell'unità di tempo. Per cui credo che quando ci si ritrova a corto di carburante sul mare per esempio, sia molto meglio cominciare a scartabellare il manuale di volo e andare a vedere qualè la V P min e qual'è il suo angolo d'attacco corrispondente, o seriamente si finisce in acqua ...

 

Riassumendo quindi, da quel che so, alla quota di tangenza succede che:

 

1) Supero di potenza = zero.

 

2) Prestazioni di salita del velivolo = zero.

 

3) Vy - Vx = zero.

 

 

Per la quota di tangenza pratica invece io so solo per ora che essa corrisponde convenzionalmente alla quota dove la velocità ascensionale è = 100 fpm (piedi/minuto).

Modificato 2 Giugno 2012 da Vultur