Aerotecnica - premessa

L'Aerotecnica

L'aerotecnica, come la matematica, può essere vista come una materia "generica" al cui interno si possono individuare a sua volta altre materie "specifiche"; così, se all'interno della matematica si individuano ad esempio la geometria, l'algebra, la trigonometria ed altre, all'interno dell'aerotecnica si possono individuare diverse materie quali, ad esempio, l'aerodinamica, l'elettrotecnica, la meccanica del volo, gli impianti di bordo, le costruzioni aeronautiche, le tecnologie aeronautiche, la propulsione ed altre. Queste materie sono tra loro profondamente collegate e interconnesse; per questo, l'approfondimento di una qualsiasi di queste richiede la conoscenza, almeno per sommi capi, di tutte le altre, ovvero dell'aerotecnica.
L'aerodinamica: è la scienza che studia la dinamica del fluido nel quale si muovono la maggioranza dei mezzi di trasporto costruiti dall'uomo. L'aria ( che si presenta come un gas trasparente difficile da osservare con semplici strumenti, tanto da rendere necessaria la costruzione di costosissimi impianti quali le gallerie del vento ) acquista moltissima importanza quando un corpo si muove relativamente ad essa, condizionandone pesantemente il moto a causa della resistenza che il fluido esercita sul corpo e delle interazioni reciproche che si vengono a creare.
L'elettrotecnica: è la disciplina che studia, le tecniche e tecnologie applicate ai principi fisici elettrici ed elettromagnetici. E' assai frequente nella pratica tecnica l'uso di apparecchi destinati ad attuare particolari comandi, oppure tradurre una qualsiasi grandezza fisica in segnale elettrico: i primi prendono il nome di attuatori, i secondi sono definiti trasduttori. Tra gli attuatori, i più comuni sono l'elettromagnete e il relè. L'elettromagnete è una calamita a comando, cioè che si accende e si spegne a seconda che sia attraversata o meno dalla corrente elettrica. L'elettromagnete ha numerosissime applicazioni, sia a livello industriale che nel campo scientifico. Il relè è un elettromagnete che sotto l'azione della corrente elettrica attira un ancora che, a sua volta, provoca una determinata azione, che può essere la commutazione di un circuito elettrico, lo spostamento del cassetto di una elettrovalvola. I trasduttori sono dispositivi idonei a trasformare in tensione elettrica, o più in generale in una grandezza elettrica, una grandezza di natura diversa. Quest'ultima è detta entrata del trasduttore, la prima, invece, uscita.
Impianti di bordo: gli aeromobili moderni sono costituiti dai seguenti impianti di bordo; impianto antincendio che comprende sistemi di protezione contro il fuoco, sono, inoltre, previste numerose precauzioni atte a scongiurare il pericolo d'incendi, come la costruzione di varie paratie parafiamma, costruite in materiale metallico resistente alle elevate temperature o come nel caso di precise norme di sicurezza nell'utilizzazione del carburante a bordo; impianto antighiaccio che ha lo scopo di prevenire o rimuovere le formazioni di ghiaccio; impianto carburante che ha lo scopo di alimentare i propulsori del velivolo ed i gruppi ausiliari, generatori di energia elettrica e/o pneumatica, eventualmente imbarcati nel velivolo; impianto dei comandi di volo, i movimenti di un aereo durante il volo vengono riferiti ad un sistema di assi, ortogonali tra loro e passanti per il suo baricentro, denominati rispettivamente, asse y, asse x, asse z; impianto di condizionamento che ha la funzione di riprodurre in cabina condizioni atmosferiche che siano il più possibile simili a quelle in cui le persone solitamente vivono; impianto elettrico, l'energia elettrica viene fornita da generatori, trascinati generalmente da motori, che forniscono dei valori standardizzati di corrente continua e/o alternativa; impianto idraulico; impianto ossigeno che è composto per l'equipaggio da una bombola contenente ossigeno puro 99,51% allo stato gassoso, un riduttore di pressione, una rete di distribuzione, un regolatore di flusso, una maschera oronasale per ogni membro dell'equipaggio stesso, l'impianto destinato ai passeggeri, di contro, deve consentire l'erogazione di ossigeno a flusso continuo ed è costituito da più bombole identiche a quelle dell'impianto per l'equipaggio, una rete di distribuzione, corredata da riduttore - regolatore, maschere onorassi; impianto pneumatico che ha lo scopo di prelevare aria calda in pressione dai compressori dei motori e trasferirla, regolata in pressione e temperatura, a vari utilizzatori;l'impianto di pressurizzazione, infine, ha lo scopo di mantenere la pressione di cabina il più vicino possibile al valore esistente al livello del mare, in modo da garantire la sicurezza ed il comfort dei passeggeri ed equipaggio.
Costruzioni aeronautiche: la disciplina fornisce gli elementi per il progetto delle strutture aeronautiche: scelta delle strutture, determinazione dei carichi, verifiche di resistenza statica, verifiche di fatica, scelta dei materiali, determinazione degli elementi strutturali del velivolo.
Tecnologie delle costruzioni aeronautiche: la disciplina ha lo scopo di analizzare i problemi fondamentali e particolari riguardanti le costruzioni aeronautiche dal punto di vista della fabbricazione. Affronta, quindi, la particolare problematica relativa alla produzione aeronautica, materiali impiegati, tecniche per la fabbricazione dei pezzi staccati, dei pezzi in lamiera, tecniche di collegamento ecc. Nel settore aerospaziale assumono particolare importanza alcuni criteri che hanno lo scopo di garantire la tenuta a fatica di un elemento strutturale. I principi su cui vengono sviluppate le tecniche di simulazione sono i seguenti; Struttura Safe - Life: è una struttura che deve essere in grado di rimanere integra per un certo numero di ore di volo al termine delle quali viene ritirata dal servizio anche se non ha subito alcun danneggiamento. E' necessario, quindi, effettuare preventivamente, tramite simulazione di carichi, delle prove per verificare che la struttura sia in grado di resistere senza alcun danno per un tempo fino a 4 volte superiore a seconda del periodo di vita operativa. Questo criterio presenta delle gravi insufficienze; infatti impone coefficienti di sicurezza estremamente elevati ( generalmente superiori a 4 ) e dunque economicamente molto penalizzati. Struttura Fail - Safe: è una tipica struttura di diffuso impiego aeronautico che deve essere in grado di possedere una certa resistenza residua anche dopo la rottura di un componente. Deve cioè essere in grado di tollerare il cedimento di uno o più componenti principali del velivolo, disponendo di una riserva di resistenza. A tale criterio deve anche essere abbinato quello di ispezionabilità per il rilevamento della rottura del componente e la sua facile sostituzione. Una struttura "Fail- Safe" è quindi iperstatica in modo che altri elementi possano assolvere il compito di quello in cui avviene la rottura, oppure è disegnata in modo tale che la propagazione della fessura possa essere bloccata in tempo utile. Tale esigenza, stabilita dalla norma militare statunitense MILA- 83444, da la possibilità alla struttura danneggiata di sopportare determinati carichi senza compromettere sensibilmente l'efficienza del velivolo in modo che possa concludere la propria missione con un grado di sicurezza ancora molto elevato. Tolleranza al danno ( Damage Tolerance ): questo criterio ammette la possibilità di esistenza di difetti ( iniziali, di fatica, di tensocorrosione ) nelle strutture senza però che venga messa in causa la sicurezza dell'aereo nel corso della missione prevista. Debbono quindi essere soddisfatte le seguenti condizioni: a) se si generano dei difetti, la struttura deve essere capace di sopportarli senza conseguenze catastrofiche; b) l'individuazione del difetto dovrà avvenire in un tempo sufficiente e la velocità di propagazione del medesimo essere assai lenta in modo tale che lo si possa individuare in tempo utile.Questo criterio richiede controlli periodici, il che impone, nelle parti meno accessibili del velivolo, la progettazione a vita sicura ( safe- life ). Per lo sviluppo e la certificazione del velivolo è importante poter riprodurre ed analizzare preventivamente i carichi di fatica cui è sottoposto il velivolo durante il servizio. Questi carichi costituiscono un processo aleatorio e non stazionario, a questo bisogna poi aggiungere altri effetti come la turbolenza dello strato limite e le vibrazioni dovute all'impianto di propulsione: effetti legati alle caratteristiche di smorzamento dei materiali che, in genere, sono molto basse. Lo studio di questo settore è normalmente indicato come "fatica acustica". Completa il quadro un altro tipo di sollecitazione periodica " la fatica termica" indotta da variazioni di temperatura. E' caratterizzata da sollecitazioni di frequenze basse, ma ampiezze elevate tali da rasentare il campo plastico. Anche la verifica sperimentale presenta notevoli difficoltà soprattutto quando vengono studiate strutture complesse come l'intera cellula del velivolo.
Meccanica del volo: studia il moto del velivolo, attraverso la ricerca dei parametri dinamici caratterizzanti le diverse condizioni del volo. Studia le prestazioni puntuali ed integrali, l'equilibrio, la stabilità statica e quella dinamica, unitamente ai procedimenti di calcolo preliminare che consentono la predizione delle caratteristiche di volo e delle qualità di volo.
Propulsione: negli aeromobili è assicurata, come principio fisico, dalla generazione di un aumento di quantità di moto di una massa nella direzione opposta al moto del velivolo. All'azione che si esercita sulla massa, corrisponde una reazione nella direzione del moto del velivolo che rappresenta la forza propulsiva.