Gli aerofreni sono il controllo di volo di un aereo per aumentare la resistenza aerodinamica al fine di ridurre la velocità , in particolare durante una rapida discesa e dopo l' atterraggio . Sugli alianti (e sullo space shuttle ), consentono anche di controllare l'angolo di avvicinamento , poiché non c'è l'acceleratore.
Gli aerofreni situati sull'ala alterano il flusso d'aria attorno ad esso, influenzando così la distribuzione della portanza del velivolo:
Nelle corse automobilistiche , questo sistema può essere trovato su alcune auto come la Mercedes SLR , la Bugatti Veyron , la McLaren F1 o anche la McLaren MP4-12C .
Questo tipo di frenata si trova soprattutto sugli aerei da combattimento. L' Eurofighter Typhoon , il Super-Étendard o l' F-15 Eagle ne sono equipaggiati.
Eurofighter Typhoon in atterraggio, airbrake rilasciato
F-15 STOL / MTD (versione sperimentale prodotta dalla NASA) visto dall'alto, airbrake rilasciato
I freni della velocità di coda si trovano spesso sulla fusoliera, attorno all'ugello per i jet da combattimento o intorno all'unità di alimentazione ausiliaria per gli aerei di linea. La posizione di questi freni di velocità limita i disturbi nel flusso d'aria intorno all'aereo. Sono utilizzati in particolare sul BAe 146 , sul Fokker F70 o sul Blackburn Buccaneer .
Sul Buccaneer, la loro collocazione ha consentito di mantenere un elevato regime del motore, necessario per alimentare il sistema di soffiaggio dei flap presente nelle ali dell'aereo, che ha aumentato la portanza creata in particolare durante i movimenti a bassa velocità. Essendo allora ancora alto il regime del motore, producevano una spinta significativa, che non consentiva di mantenere un regime basso. Questo spiega perché gli aerofreni erano stati collocati nel flusso dei turboreattori: per deviarlo e ridurre la spinta prodotta.
Freni ad aria sul cono di coda di un BAe 146-300 .
Freno ad aria di coda su un bucaniere .
Si trovano sulla superficie superiore, ma a volte anche sotto la superficie inferiore dell'ala. Sono i più comuni. Sono spesso forati per massimizzare la resistenza. Sugli aerei di linea, questi sono spesso spoiler , che forniscono anche una funzione di deformazione differenziale.
Gli aerofreni situati sull'ala alterano il flusso d'aria attorno ad esso, influenzando così la distribuzione della portanza del velivolo:
Airbrakes del C-160 Transall
Freni ad aria a doppio effetto su un Letov LF-107 Luňák
È stato impiegato dalla navetta spaziale all'aliante. Questo sistema frenante consente una decelerazione molto brusca a causa dell'ampia superficie dispiegata. È stato quindi utilizzato principalmente per aerei da combattimento (tra gli altri Mirage IV , Typhoon F2 ), che devono atterrare a velocità particolarmente elevate su piste a volte piuttosto brevi. Anche le navette spaziali usavano questo tipo di frenata quando atterravano.
Tra gli aerei di linea equipaggiati, possiamo citare il Caravelle o le versioni di prova del Concorde . Successivamente, la comparsa degli invertitori di spinta e i progressi compiuti sui freni delle ruote hanno gradualmente fatto scomparire i paracadute di coda, troppo restrittivi per l'uso.
Paracadute frenante di un caccia Typhoon F2
Paracadute frenante di una Caravelle
Atterraggio dello Space Shuttle Atlantis
Un aliante Schirm H301 con il suo paracadute di coda per l'atterraggio
Il carrello di atterraggio fornisce una superficie che genera una resistenza significativa. La sua uscita provoca quindi una perdita di velocità che può essere sfruttata dal pilota per regolare il suo angolo di avvicinamento.
Un aereo vola grazie ad una depressione che si forma sulla superficie superiore dell'ala (vedi aerodinamica ). Questa depressione genera una forza aerodinamica che può essere scomposta in due componenti:
Gli aerofreni agiscono principalmente sulla resistenza e hanno un'azione debole o addirittura nulla sulla portanza.
Un freno ad aria è una piastra orientata obliquamente o perpendicolare al flusso. Ciò si traduce in un aumento della pressione su un lato della piastra, ma non sull'altro (su questo lato la pressione tenderà addirittura a diminuire, i fili del fluido si staccano dalla parete). Questa pressione si traduce in una forza aerodinamica sull'aereo, la cui componente principale avrà lo stesso significato della resistenza.
Supponiamo che l'aereo sia in equilibrio, cioè senza accelerazione. Questa situazione corrisponde a una salita o una discesa a velocità costante o ad un volo livellato. Il velivolo è sottoposto a due forze bilanciate:
Notare l'angolo formato dal flusso relativo rispetto al suolo.
Sapendo ciò , la legge di Newton ci fornisce quindi una proiezione secondo la direzione dell'aria relativa: dove dipende solo dalla velocità e dal coefficiente di resistenza .
Caso di variazione della velocità di discesaMettiamoci nella situazione in cui il pilota vuole modificare la sua quota senza modificare la sua velocità (caso dell'avvicinamento). Supponiamo che l'acceleratore sia al massimo ridotto ( ). L'equazione di equilibrio viene riscritta:
dove è costante.
Se il pilota aumenta la sua velocità di discesa, aumenta . Per rimanere in equilibrio, il coefficiente di resistenza aerodinamica deve quindi aumentare, che si ottiene con il rilascio degli aerofreni.
Caso di cambio marciaMettiamoci nella situazione in cui il pilota vuole rallentare il suo aereo senza modificare la sua quota. Abbiamo quindi una costante, che consente di riscrivere l'equazione con una costante :
.
Se diminuisce, il pilota deve estendere parzialmente i suoi speedbrakes per aumentare e rimanere in equilibrio. Al contrario, se vuole aumentare la sua velocità, deve ritrarli.
La Eiffel polare mostra il rilevamento in base alla resistenza. Quando gli speedbrakes vengono rilasciati, la resistenza aumenta bruscamente. La curva subisce quindi un'unica traslazione verso destra. Su alcuni modelli, questo grande aumento della resistenza è accompagnato da una leggera diminuzione della portanza.
La scorrevolezza è la pendenza di discesa che consente al velivolo di percorrere la distanza più lunga rispetto al suolo da una data altitudine. Sul polo di Eiffel, è la tangente alla curva, di pendenza crescente, passante per l'origine. La finezza quindi diminuisce quando gli aerofreni sono estesi poiché la polare viene traslata a destra.
Troviamo il fenomeno fisico utilizzato dal pilota: uscendo dagli aerofreni la resistenza aumenta, percorre quindi meno distanze a parità di quota con gli aerofreni estesi. Nel caso di un aliante, questo principio consente al pilota di gestire la sua altitudine prima dell'atterraggio.
Le tecniche utilizzate variano a seconda del dispositivo, il criterio dominante sono le sollecitazioni che la struttura dovrà sopportare.
L'uscita degli speedbrakes aumenta notevolmente la resistenza (moltiplicazione da 8 a 10 su una vela). Questo violento aumento di forza si riflette sulla struttura da:
Gli sforzi a cui deve resistere la struttura sono inquadrati da standard. Per gli alianti, JAR 22 afferma che:
Il materiale utilizzato per gli aerofreni è spesso lo stesso del resto della struttura. Deve essere sia leggero che resistente agli urti. Troviamo strutture a nido d'ape , metallo ...
Esistono principalmente due sistemi di attuatori per aerofreni: sistemi di tubi e leveraggi per piccoli aeroplani e alianti, o sistemi elettroidraulici per aerei da combattimento e aerei commerciali.
Sistemi di collegamentoI freni di velocità vengono estesi o retratti dalla forza muscolare del pilota. Il joystick nell'abitacolo è spesso un'asta, collegata a un'asta, che trasmette il movimento lungo la fusoliera tramite cavo o tubo. A seconda del tipo di aerofreno montato sull'aereo (monolama, doppia lama, ecc.), Il movimento si trasforma poi in ala per consentire un'uscita collegata direttamente alla leva del cockpit.
Impianto elettroidraulicoIn questo caso il circuito di controllo è elettrico e il circuito di potenza idraulico. Il joystick, nella cabina di pilotaggio, invia le informazioni al computer del velivolo. Questo può confrontarlo con molti altri dati, come velocità, altitudine o velocità del motore. Quindi trasmette al circuito idraulico l'istruzione di iniettare o prelevare la quantità di olio necessaria a garantire il corretto posizionamento del cilindro di uscita, che è collegato tramite un sistema di bielle agli aerofreni.