Ipersostentatori: cosa sono? Come vengono utilizzati?

Quante volte avete prenotato un volo, decidendo magari il posto vicino al finestrino, in modo tale da poter vedere il panorama da 10.000 metri? Magari anche il finestrino proprio attaccato alle ali? Nel caso vi fosse capitato, avete mai notato che nelle ali dell’aereo vi sono connessi degli organi mobili? Ebbene, vi siete accorti degli ipersostentatori. Vi sarete accorti sicuramente della presenza in posizioni contrapposte nelle ali di due diversi organi. Nel caso in cui gli ipersostentatori sono posti sul bordo d’uscita, vengono denominati flap , oppure slat se posti sul bordo d’attacco.

Cosa sono e a cosa servono gli ipersostentatori?

Gli ipersostentatori rappresentano degli organi mobili collegati alle ali, i quali, modificando le caratteristiche aerodinamiche dell’ala, ne ottimizza la geometria in relazione ad una specifica condizione di volo, allo scopo di aumentare la portanza in fase di decollo e di atterraggio, fenomeno conosciuto con il nome di ipersostentazione. Tale fenomeno si ottiene deviando verso il basso la corrente fluida o accelerandola sul dorso del profilo alare. Nel primo caso, sull’ala si genera un incremento della reazione aerodinamica diretta verso l’alto; nel secondo, si ritarda il distacco della vena fluida dal dorso dell’ala.

Poiché, per valori assegnati del carico alare e della densità dell’aria, la velocità di un aereo è inversamente proporzionale alla radice quadrata del suo coefficiente di portanza, è evidente che qualsiasi aereo avente un elevato carico alare, come tipicamente si verifica su tutti i velivoli per alte velocità, può sostenersi in volo a velocità relativamente ridotte solamente se è possibile incrementarne notevolmente, quando necessario, il massimo coefficiente di portanza,  utilizzando gli ipersostentatori.

Un importante caratteristica degli ipersostentatori, oltre ad aumentare la portanza, è la sostanziale riduzione del fenomeno di stallo aerodinamico. Lo stallo rappresenta una riduzione (critica) del coefficiente di portanza dell’aeromobile, dovuto ad un aumento dell’angolo di attacco di un profilo alare. Gli ipersostentatori più usati sono di due tipi fondamentali: quelli costituiti da elementi del bordo d’uscita alare (ipersostentatori posteriori o flap) e quelli costituiti, invece, da elementi del bordo d’attacco (ipersostentatori anteriori o slat).

FLAP

I flap, con la loro rotazione verso il basso, esplicano un’azione ipersostentatrice, essenzialmente basata sull’incremento di curvatura della linea media dei profili alari, di cui, risultano considerevolmente variati, sia l’incidenza di portanza nulla, sia il momento aerodinamico. Descriviamone alcune tipologie:

Plain flap o Ipersostentatore semplice 

Rappresenta l’ipersostentatore più semplice, incernierato sul retro dell’ala. Esso ruota verso il basso quando si estende, con un’escursione massima di 40°/50°. Vediamo la variazione nella curvatura del profilo alare in un concavo convesso, che rende l’ala ideale per un volo lento, quindi in situazione di decollo e di atterraggio, causando un aumento di portanza fino ad un massimo del 50%. Mentre, in volo, il plain flap viene fatto rientrare in modo tale da avere il profilo alare ideale per un volo veloce.

Split flap o Ipersostentatori di intradosso

Sono costituiti da una superficie piana, incernierata all’ala nella superficie ventrale. Gli split flap, comportano un aumento del coefficiente di portanza di circa il 60%, con un incremento del 10% del coefficiente rispetto ai plain flap, a parità di angolazioni. Ottenuto grazie all’aumento della curvatura del profilo, differente, a causa del fatto che la superficie alare dorsale non viene modificata.

Slotted flap o Ipersostentatori a fessura 

Apparentemente uguali ai plain flap, gli slotted flap rappresentano gli ipersostentatori più utilizzati al giorno d’oggi. Quando sono estesi creano tra il bordo d’uscita dell’ala e il bordo d’attacco dell’ipersostentatore, una fessura di forma ben determinata, che consente un passaggio di flusso ventrale, dotato di maggior energia, sul dorso dell’ipersostentatore. Tale deviazione di flusso, aggiunge energia allo strato limite sulla superficie dorsale dell’ipersostentatore, ritardando la separazione del flusso d’aria e riducendo in maniera sostanziale la resistenza, aumentando il coefficiente di portanza di circa il 70%.

Fowler flap o Ipersostentatore a scorrimento

Questo tipo di ipersostentatori hanno la particolarità che il loro movimento non impiega un solo grado di libertà, bensì due, rotazione e traslazione. Tale privilegio, determina dapprima la traslazione verso l’indietro, incrementando così la superficie alare, e solo successivamente l’abbassamento, comportando così, una maggiore efficienza in termini di controllabilità del velivolo in particolari configurazioni di volo.

Slat

Gli slat, o alette, grazie all’effetto prodotto dalla fessura che si forma tra essi e l’ala, incrementano l’incidenza di stallo della medesima, e quindi anche il valore del massimo coefficiente di portanza ottenibile, senza che peraltro si determinino apprezzabili variazioni dell’incidenza di portanza nulla. Lo fanno aumentando sia la superficie che la curvatura dell’ala, schierandosi verso l’esterno e abbassandosi verso il basso dal bordo d’attacco. Al contrario, i flap Krueger aumentano la curvatura dell’ala estendendo i pannelli in avanti dalla superficie inferiore dell’ala.

Gli slat, vengono spesso estesi e retratti utilizzando attuatori azionati idraulicamente o elettricamente. In alcuni modelli più semplicistici, tuttavia, sono tenuti in posizione retratta da forze aerodinamiche e utilizzano molle o contrappesi per l’estensione automatica a basse velocità.

Oltre gli ipersostentatori, sicuramente, durante la vostra vita, vi sarà capitato di vedere aerei con e senza winglet! Leggete il nostro articolo a riguardo per capire la differenza da un punto di vista aerodinamico!

A cura di Alessandro Limer.