Diedro (piano)

In aeronautica, il diedro è l'angolo formato dal piano di ciascuna ala e dal piano orizzontale.
La geometria del diedro così come altre caratteristiche dell'aereo come la posizione dell'ala sulla fusoliera e il suo angolo di deflessione determinano un diedro efficace.
Gli effetti combinati di un'efficace stabilità diedro e imbardata (direzionale) vengono esaminati per analizzare il comportamento laterale ( rollio e imbardata) del velivolo.

Geometria diedro

Il diedro può essere positivo (ali che vanno verso l'alto) o negativo (ali che vanno verso il basso). Il diedro può interessare solo una parte del profilo alare , come sulla tipica ala Jodel , o sull'F-4 Phantom II . Se l'ala ha sia un diedro positivo che uno negativo, si parla di un'ala di gabbiano (quando il punto in cui cambia il diedro è il punto più alto della chioma ) o anche di un'ala di gabbiano rovesciata (quando il punto in cui cambia il diedro è il punto più basso della chioma).

Stabilità al rotolamento

Il diedro di un'ala è spesso presentato come una condizione di stabilità al rollio.
Staticamente parlando, perché ci sia stabilità, deve esserci una condizione iniziale di equilibrio stabile. In aviazione, anche nel cosiddetto volo "bilanciato", la situazione iniziale di equilibrio di rollio è molto spesso un equilibrio instabile , controllato dal pilota o da un pilota automatico. Questa instabilità è bassa (la divergenza è lenta) e non impedisce il pilotaggio manuale; lo stesso vale per la guida di una due ruote, apprendimento che equivale a padroneggiare l'instabilità del rollio. In aerodinamica, ci sono simboli che quantificano la stabilità di beccheggio e imbardata , ma non esiste un coefficiente di stabilità al rollio . Poiché l'imbardata agisce fortemente sul rollio, il coefficiente di rollio indotto (dall'imbardata) interviene con la stabilità direzionale per definire la stabilità della spirale (vedi sotto), che non è una stabilità di rollio.

Controllo diedro e rollio

I movimenti di imbardata sono combinati con quelli in rollio: un movimento di imbardata produce un movimento più o meno forte in rollio.

È possibile effettuare una virata bilanciata (non sbandata) con un piano "a due assi", senza alettoni. Per fare questo, il timone viene azionato, l'aereo va di lato (in attacco obliquo), l'ala che avanza riceve più aria dell'ala che si allontana, ne trasporta di più, l'aereo si inclina. Questo si chiama rollio indotto . Ciò richiede un diedro medio di circa 8 °.

Per i cosiddetti velivoli "a tre assi" dotati di alettoni, il diedro è stabilito in modo che un attacco obliquo (in imbardata) generi un rollio indotto sufficiente per la stabilità della spirale (vedi sotto). Su un aereo acrobatico, senza un diedro, non c'è praticamente alcun rollio indotto dall'imbardata: si dice che i due assi sono "disaccoppiati".

Efficace diedro

L'effettivo diedro o “effetto diedro” indicato con Clb è la variazione del momento di rotolamento Cl in funzione dell'angolo di imbardata b.

Il valore dell'effetto diedro dipende da:

il diedro dell'ala,
la posizione dell'ala sulla fusoliera. La posizione alta dell'ala aumenta l'effetto diedro.
della freccia delle ali. La freccia indietro aumenta l'effetto diedro; 5 gradi di freccia indietro valgono circa 1 grado di diedro.
angolo di incidenza, soprattutto per aerei ad ala spazzata come il Rutan VariEze . L'effetto diedro aumenta con l'incidenza.
l'alzata trasversale della fusoliera e della pinna. Le forze laterali prodotte sopra il centro di gravità (deriva elevata) aumentano l'effetto diedro. L'assenza di una fusoliera (l'inizio dell'aviazione) riduce l'effetto diedro.

L'effetto diedro si combina con la stabilità direzionale per dare stabilità a spirale . Questo porta ai seguenti valori diedri:

ala alta

senza freccia indietro: debolmente positivo o diedro nullo con freccia posteriore: diedro negativo dell'ordine da 4 a 6 gradi. ( B-52 , Galaxy C-5 , Antonov An-225 , Airbus A400M ), AV-8B Harrier II .

ala bassa,

senza freccia indietro: diedro positivo, valore frequente da 4 a 5 gradi con freccia indietro: diedro nullo o debolmente positivo

Effetto del diedro su rollio e imbardata

A seconda che il disturbo della traiettoria riguardi il rollio o l'imbardata, un diedro positivo contribuisce ad allontanare o viceversa l'aereo dal suo angolo di rollio iniziale.

Disturbo del rollio : se l'aereo rotola in rollio, la somma del suo peso e della forza di portanza delle ali lo fa muovere lateralmente (attacco obliquo, angolo di imbardata diverso da zero). Quando l'aereo è inclinato, l'angolo di attacco dell'ala inferiore è maggiore; si consuma di più, questo crea un momento di rotolamento nella direzione opposta all'inclinazione iniziale del rotolo. A causa del diedro e della freccia, l'ala bassa ha un'apertura alare effettiva maggiore di quella dell'ala alta; la sua resistenza indotta dal sollevamento è inferiore a quella dell'ala alta. Questa differenza di resistenza si traduce in una coppia di imbardata che genera un rollio indotto nella direzione opposta all'inclinazione di rollio iniziale.
Disturbo di imbardata : se l'aereo sbadiglia (attacco obliquo), l'effetto diedro genererà un rollio indotto , tanto più che il diedro (e la freccia) sono importanti. In questo caso, il rollio indotto allontana l'aereo dal suo angolo di rollio iniziale. È l'aereo che ha l'effetto diedro più debole (aeroplano acrobatico: ala mediana, nessun diedro o freccia) che sarà quindi il meno deviato dal suo angolo di rollio iniziale. Potremmo dire "il più stabile in roll" per semplicità, anzi il meno instabile, ma abbiamo appena visto che questa nozione di stabilità "in roll" non può essere applicata.

Effetto del diedro sull'inclinazione in virata

L'aereo reagirà a un guasto o ad un eccesso di virata in virata:

Se l'aereo è troppo inclinato scivolerà lateralmente verso l'interno della virata,
Se l'aereo non è abbastanza inclinato , sbanderà lateralmente fuori dalla virata.

Nel caso della ricevuta:

se l'effetto diedro supera la stabilità di imbardata, l'aereo si raddrizzerà (la sua inclinazione di rollio diminuirà); Abbiamo una cosiddetta stabilità a spirale .
se l'effetto diedro è insufficiente, l'aereo virerà verso l'interno della virata per effetto della deriva; sotto l'effetto del rollio indotto dall'imbardata, inclinerà maggiormente il rollio e il muso verso il basso: questa è la "virata impegnata" caratteristica dell'instabilità della spirale.

Rotolo olandese

Per facilitare il pilotaggio in condizioni di scarsa visibilità (perdita di riferimenti visivi che potrebbe portare alla virata impegnata), gli aerei di viaggio hanno sempre una stabilità a spirale positiva (il diedro effettivo supera la stabilità di imbardata). Ciò si traduce in volo in condizioni turbolente da oscillazioni accoppiate e spostato nel tempo in imbardata e rollio: questo è il " rollio olandese ".

Note e riferimenti

Stabilità di beccheggio (dCL / da o CLa) e imbardata (dCn / db o Cnb), dove a è l'angolo di beccheggio di attacco e l'angolo di imbardata b
... usuale aumento dell'effetto diedro all'aumentare dell'angolo di incidenza. Stabilità e controllo degli aeroplani, pagina 171 Abzug-Larrabee
"Per VariEze ... L'effetto diedro (Clb) è aumentato di un fattore 4 nell'intervallo AOA da 0 a 20 °." NASA TM 88354 - Uno sguardo alle qualità di gestione delle configurazioni Canard
Stabilità direzionale rilevata Cnb (variazione del momento di imbardata Cn in funzione dell'angolo di imbardata b) dipendente in particolare dalla superficie e dal braccio di leva dello stabilizzatore verticale
"Highwing. L'effetto diedro è aumentato di circa 5 gradi", Stabilità e controllo degli aerei, pagina 93 Abzug-Larrabee