Le patte aeronautiche sono tra i componenti più critici e spesso sottovalutate di un'ala. Queste superfici mobili e incernierate montate sul bordo del trailing trasformano fondamentalmente un comportamento aerodinamico dell'aereo durante le due fasi più impegnative del volo: decollo e sbarco. Aumentando la lunghezza del camma dell'ala, l'area superficiale, e in alcuni casi l'angolo efficace di attacco, le patte consentono un aereo di generare sostanzialmente più elevatore ala

Cosa sono le Flaps?

I flauti sono dispositivi ad alto livello situati sul bordo trainante dell’ala dell’aereo, tipicamente tra la fusoliera e i corridoi. Sono incernierati in modo che il pilota o un sistema di controllo automatico del volo possano estenderli verso il basso e, in alcuni disegni, verso il basso.

La struttura fisica delle patte è progettata per resistere a carichi aerodinamici significativi. Le patte moderne sono tipicamente costruite con leghe leggere di alluminio o compositi, con i quadri interni costi espar. Sono collegate all'ala tramite cerniere multiple o binari, e attuate da sistemi elettrici, idraulici o meccanici. Nei grandi getti commerciali, le patte sono spesso dispiegate utilizzando una combinazione di attuatori idraulici e di bocconi a vite, evitando la posizione di feedback.

Le flauti sono distinte da altri dispositivi ad alto livello come slats di prima generazione o le patte Krueger, che aumentano l'ascensore ritardando la separazione del flusso sul bordo principale. Tuttavia, molti aerei moderni combinano sia le patte di traino e i dispositivi di punta per raggiungere i coefficienti di sollevamento elevati necessari per il volo a bassa velocità sicuro.

Come funzionano le flaps durante il decollo

Il decollo è una fase in cui l'aereo deve passare da uno stato statico, a terra a volare, tutto all'interno della lunghezza di una pista. L'obiettivo primario di distribuzione delle patte durante il decollo è quello di ridurre la velocità di decollo richiesta e quindi accorciare la distanza del rotolo di terra.

Per il decollo, viene scelto un'impostazione parziale delle patte che massimizza il rapporto tra ascensore e drag durante la salita iniziale. Se le patte sono schierate troppo, l'aumento di resistenza può superare il guadagno dell'ascensore, con conseguente maggiore interruzione o insufficiente prestazione di salita, soprattutto quando gli ostacoli devono essere chiariti immediatamente dopo il passaggio.

Una volta aeronauticati e accelerati ad una velocità di salita sicura, le patte vengono progressivamente ritrattate. Il pilota segue una procedura standard: dopo il decollo e raggiungendo un'altezza di almeno 400 piedi sopra il livello del suolo (AGL), le patte vengono ritratte dall'impostazione di decollo alla posizione "up" nelle fasi, evitando una riduzione improvvisa dell'ascensore e assicurando che l'aereo rimanga al di sopra della velocità dello stallo.

Come Assistere le Fiamme durante l'atterraggio

L'atterraggio è probabilmente la fase più impegnativa del volo, che richiede un controllo preciso della velocità, dell'angolo di discesa e del punto di touchdown. Le flauti svolgono un ruolo indispensabile per consentire all'aereo di avvicinarsi ad una velocità bassa sicura, mantenendo la capacità di ripiccare il percorso di discesa senza accelerare.

L'aumento dell'ascensore abbassa la velocità dello stallo, dando al pilota un margine comodo sopra di esso durante l'approccio. Questo margine è fondamentale per la sicurezza, soprattutto se l'aereo incontra la tracolla del vento, turbolenza, o ha bisogno di interrompere un atterraggio e andare in giro. L'aumento di trascinamento, nel frattempo, permette all'aereo di scendere a una pendenza più ripida (tipicamente 3° negli approcci dello strumento) senza costruire la velocità del motore.

In genere, il pilota attiva la leva del pattino alla regolazione selezionata dell'atterraggio ben prima dell'approccio, spesso al marcatore esterno o dopo aver inserito la gamba del vento. L'estensione deve essere eseguita a velocità inferiori ai rispettivi limiti di velocità di estensione del pattino (VFE]) per evitare danni strutturali.

Tipi di Fiammiferi

Nel corso di decenni di sviluppo dell'aviazione, gli ingegneri hanno ideato diversi progetti a patta, ciascuno con caratteristiche aerodinamiche distinte, complessità e applicazioni. Capire questi tipi aiuta a spiegare perché un aereo utilizza un particolare sistema a patta su un altro.

Fiamme di Plain

Il tipo più semplice, le patte piane si nascondono direttamente dal bordo di traino e ruotano verso il basso. Quando vengono impiegate, aumentano il camber, sollevando il coefficiente massimo di sollevamento. Le patte plain sono semplici, leggere e comuni su aerei aviazione generali leggeri come il Cessna 172. Tuttavia, la loro ammodernamento è limitato rispetto ai disegni più complessi, e producono un aumento relativamente grande della resistenza anche ad angoli moderati.

Fiamme fessura

Le patte a fessura incorporano un divario tra il patta e l'ala. Quando l'aria estesa e ad alta energia dalla superficie inferiore dell'ala scorre attraverso questa fessura e sopra la superficie superiore del pattino. Questo ri-energizza lo strato di confine, ritardando la separazione del flusso e permettendo che le patte siano distribuite a angoli più grandi prima di bloccaggio. Il risultato è un coefficiente di sollevamento più alto con una penalità più piccola rispetto alle patte normali.

Flap di Fowler

Le patte Fowler sono un importante progresso nella tecnologia di sollevamento elevatore. Si estendono sia verso il basso che verso il posteriore su binari o collegamenti, aumentando non solo il camber ma anche la superficie totale dell'ala. L'aumento della lunghezza del corda aumenta significativamente l'ascensore senza un aumento proporzionale di resistenza, rendendo le pattuglie Fowler estremamente efficienti per i grandi aerei di trasporto.

Fiamme divisi

Le patte divise sono costituite da un pannello sul lato inferiore dell'ala che si blocca verso il basso mentre la superficie superiore rimane invariata. Questo crea un aumento di trascinamento molto alto con un aumento moderato dell'ascensore. Le patte divise sono comuni su aerei più vecchi come Douglas DC-3 e i getti iniziali perché erano semplici da produrre e hanno fornito una buona resistenza agli sbarchi ripidi.

Krueger Flaps e altri dispositivi di protezione

Mentre non le patte trainate, le patte Krueger valgono la pena menzionare come dispositivi complementari di sollevamento ad alta velocità, che si dispiegano dal bordo principale dell'ala, aumentando il camber e ritardando lo stallo sulla superficie superiore. Spesso utilizzate in combinazione con le patte trainate per ottenere coefficienti di sollevamento molto elevati.

Importanza delle Fiamme in Sicurezza del Volo

L'uso corretto delle patte non è solo una questione di prestazioni, ma è un punto di riferimento per la sicurezza dei voli. Le impostazioni delle patte improprie sono state un fattore di contributo in numerosi incidenti e incidenti. Le conseguenze vanno dall'eccessiva distanza di decollo (permettendo di eseguire le overruns) alla perdita di controllo a bassa quota durante l'approccio e l'atterraggio.

Asimmetria e malfunzionamenti

Gli aerei sono dotati di sistemi per rilevare e prevenire l'implementazione delle patte asimmetriche, dove un lato si estende o si ripercorre più velocemente dell'altro. Le patte asimmetriche possono indurre un movimento di rotolamento che è difficile da contrastare, in particolare a basse velocità in cui l'efficacia di ailero è ridotta.

Limitazioni di velocità

Ogni regolazione delle alette ha un limite di velocità massimo (VFE]) perché superando tale velocità può causare carichi aerodinamici che danneggiano la struttura delle alette o i suoi attacchi.

Configurazione di decollo Avvertenze

La maggior parte degli aerei commerciali hanno avvertimenti di configurazione di decollo che avvisano l'equipaggio di volo se le patte non sono impostate correttamente per il decollo. Ad esempio, se un pilota dimentica accidentalmente di impostare le patte alla posizione di decollo, un suono di avviso di corno o di voce quando i tredici sono avanzati. Questo semplice sistema ha impedito molti incidenti.

Prestazioni di atterraggio e approcci non stabilizzati

Nell'ambito di un approccio stabilizzato, l'aereo deve essere nella configurazione di atterraggio, con lembi e l'equipaggiamento di atterraggio esteso, a una quota definita (tipicamente 1000 piedi AGL in IMC, 500 piedi in VMC). Un approccio non stabilizzato a causa di impostazioni scorrette delle patte è una causa principale di sbarco sovracorrenti e sbarchi duri. I piloti sono addestrati a muoversi e a riavvicinarsi se la configurazione non è corretta.

Sistemi avanzati di Flap e tendenze future

L'aeromobile moderno utilizza spesso la programmazione automatizzata delle patte che regola l'implementazione in base alla velocità dell'aria, al peso e alla fase di volo utilizzando gli input del computer di gestione del volo. Ad esempio, l'Airbus A380 utilizza un sistema a patta completamente automatico che imposta le patte di decollo e di atterraggio in base al peso dell'aeromobile, alla posizione delle leve e alla fase di volo senza richiedere l'ingresso manuale oltre la selezione iniziale.

Un'altra innovazione è l'uso di controllo attivo camber], dove le patte possono essere continuamente regolate in volo per mantenere un rapporto ottimale tra ascensore e dragaggio su tutta la busta di volo, non solo durante il decollo e l'atterraggio.

Nel campo dei voli di decollo e di atterraggio (STOL) brevi, i sistemi speciali delle patte come le patte soffiate (dove l'aria sanguinante del motore è diretta sulle patte per stimolare il flusso) possono raggiungere coefficienti di sollevamento estremamente elevati, consentendo operazioni da passerelle molto corte.

In vista di un futuro, la ricerca sulle strutture ali morfologiche può eventualmente sostituire le tradizionali superfici a patta discreta con bordi senza soluzione di continuità e deformabili, eliminando le lacune che producono trascinamenti e permettendo una precisa sagomatura del parabrezza per qualsiasi condizione di volo.

Conclusioni

I flauti sono una soluzione elegante e semplice per la sfida fondamentale del volo a bassa velocità: generando abbastanza ascensore mentre gestiscono la discesa trascinata e controllante. Dai semplici pattini di una Cessna 152 ai complessi multi-slotted Fowler di un Boeing 787, questi dispositivi consentono agli aerei di operare in modo sicuro ed efficiente da passerelle di tutte le lunghezze, in un'ampia gamma di condizioni ambientali.

Per ulteriori informazioni, consultare il FAA Airplane Flying Handbook[, ]Boeing Aero Magazine on Flaps[, e NASA Active Aeroelastic Wing research[]]. Queste risorse forniscono immersioni più profonde nella teoria aerodinamica e applicazioni pratiche di applicazioni.