Struttura alare geodetica per un modello di aliante leggero

L'obiettivo era realizzare un aliante da trasportare nello zaino, con struttura leggera e un carico alare di conseguenza ridotto. L'attenzione era quindi rivolta principalmente a una bassa velocità di discesa, mentre la quota di planata non era in primo piano. La struttura leggera è molto diffusa nelle classi attualmente molto popolari F3K, F3-RES, F3J e F5J, dove sono richiesti modelli in grado di sfruttare anche termiche deboli o ristrette.

Avevo in mente i seguenti parametri di riferimento:

Peso in volo: < 500 g

Apertura alare: circa 1,5 m

Comandi: elevatore, timone, aerofreno

Ala in 3 parti con doppia piega a V; impennaggio a V

Parte anteriore della fusoliera in vetroresina, tubo di coda in fibra di carbonio

Le mie prime riflessioni hanno riguardato la struttura delle ali e della coda. La classica struttura a centine rivestita in balsa non mi sembrava abbastanza leggera e, in base all’esperienza, senza rivestimento si sarebbero avute difficoltà con la rigidità torsionale. Attualmente sono molto diffuse le ali con longheroni tubolari in carbonio, ma non mi sembrava davvero interessante progettare un metodo di costruzione...

per cui sono già disponibili in commercio decine di kit e modelli già assemblati. Così mi sono ricordato di un principio costruttivo che, pur non essendo nuovo, negli ultimi decenni è caduto un po’ nell’oblio, ovvero la struttura a nervature geodetiche

. Le centine formano quindi una griglia ortogonale, disposta con un angolo di 45° rispetto al longherone, poiché le forze di torsione generano tensioni di trazione e compressione verso il rivestimento esterno dell’ala, che si sviluppano in direzione di 45° rispetto alla linea mediana dell’ala (Figura 1). Ciò è ben visibile quando si torce un’ala rivestita e flessibile alla torsione rispetto alle fusoliere in fase di realizzazione nel rivestimento. Uno schizzo di sintesi (Figura 2) mostra come immaginavo il modello.

In realtà, la struttura a centine geodetiche sarebbe ideale per la produzione CNC dei singoli componenti, sempre più diffusa. Purtroppo, però, non avevo a disposizione questa metodologia e così l’ala e l’impennaggio sono stati realizzati in modo tradizionale, come verrà descritto di seguito.

Per prima cosa si realizza una griglia di rinforzo, che deve essere abbastanza grande da consentire di ricavarne i pezzi di griglia per le singole ali

rispettivamente per le parti dell’impennaggio; è consigliabile fare prima uno schizzo! A tal fine si tagliano un numero sufficiente di listelli rettangolari di balsa, la cui larghezza sia leggermente superiore allo spessore del profilo e la cui lunghezza sia sufficiente per poter assemblare la griglia disegnata. Nel caso qui descritto, per l’ala si trattava di listelli larghi 20 mm e lunghi 0,5 m. È stato utilizzato balsa leggero da 1,5 mm. Questi listelli sono stati sovrapposti con precisione e fissati in un «pettine» realizzato, ad esempio, con listelli di pino. Questo «pettine» funge da dima per la sega per i tagli nelle listelline delle centine. La distanza tra i tagli corrisponde alla larghezza delle maglie della griglia da realizzare, nel mio caso: 40 mm dietro e 20 mm davanti al longherone. Questo per ridurre al minimo l’incavo del rivestimento nel terzo anteriore del profilo. Sul blocco di centine così realizzato è ora possibile praticare gli intagli fino al centro del

Le doghe devono essere segate. Il modo migliore per farlo è utilizzare una sega circolare con guida di profondità (figura 3).

La profondità degli intagli corrisponde alla metà della larghezza delle listelline; la distanza, a seconda dell’ampiezza della griglia, è quindi di 20 o 40 mm. Per motivi di resistenza, dato che in quel punto il profilo è piuttosto sottile, la coda è stata realizzata interamente con una griglia da 20 mm.

Le listelline di balsa così segate possono ora essere assemblate a formare una griglia e i punti di intersezione possono essere incollati con colla istantanea a bassa viscosità, preferibilmente sul tavolo da lavoro con una pellicola in PE interposto (figura 4). Già dopo aver staccato la griglia dal tavolo di lavoro si nota una resistenza alla torsione sorprendentemente elevata.

A questo punto è possibile segare i pezzi a griglia necessari per i singoli segmenti alari e per l’impennaggio, prestando attenzione a eseguire tagli perpendicolari (preferibilmente con una microsega) (figura 5).

Successivamente, le nervature terminali del profilo in compensato di betulla (che fungono anche da dima per la levigatura del profilo) vengono incollate lateralmente al corrispondente elemento a griglia (figura 6).

Successivamente, si incollano la listella di punta in balsa (segata o piallata in modo conico, ma non ancora levigata) e il bordo terminale (profilo in CFRP, 6×0,8 mm con balsa da 8×1 mm incollata, venatura perpendicolare alla listella in CFRP) devono essere incollate. Per la listella terminale, occorre prima levigare un gradino di 1 mm nella parte inferiore della griglia.

Con una lunga barra abrasiva, leggermente più lunga del segmento più lungo da levigare (un profilo angolare in alluminio con carta abrasiva incollata è particolarmente adatto a questo scopo), è ora possibile levigare il profilo dell’ala facendo riferimento alle nervature terminali dei segmenti (figura 7). Queste ultime dovrebbero essere colorate sui bordi di taglio con un pennarello, in modo che sia immediatamente visibile quando la barra di levigatura tocca una dima delle nervature e la griglia è stata levigata fino a raggiungere la forma del profilo. Ovviamente le dime non devono essere levigate. La lama levigatrice deve essere spostata solo lateralmente nella direzione dell’apertura alare, nella zona dei bordi d’attacco e di uscita il più possibile parallelamente a questi.

Il lavoro di levigatura può essere ridotto al minimo se si utilizza legno di balsa leggero e se prima si rimuove (con cautela!) una parte del legno in eccesso delle centine con una levigatrice orbitale. Chi, come me, tollera male la polvere di balsa, dovrebbe lavorare con un sistema di aspirazione e indossare inoltre una mascherina antipolvere

; le maschere FFP2 si sono dimostrate molto efficaci a questo scopo!

Successivamente si levigano le scanalature per le centine. Una centina è obbligatoria, poiché la rete geodetica è «responsabile» solo della rigidità torsionale, ma non di quella flessionale dell’ala. La levigatura si esegue al meglio con un semplice utensile abrasivo che riproduca la larghezza e lo spessore delle centine, sia maneggevole e possa essere guidato lungo una guida in alluminio fissata alla profondità del profilo corrispondente (la barra abrasiva è particolarmente adatta a questo scopo) (Figura 8).

Naturalmente, per il completamento dell’ala e della coda sono necessari ulteriori passaggi, sui quali però non ci soffermeremo in questo articolo, poiché non sono specifici della costruzione geodetica. Tra questi figurano l’installazione delle centine inferiori, della traversa centrale (costituita da singoli pezzi di balsa, con venatura verticale e smussata lateralmente a 45° in corrispondenza dell’andamento delle centine), dei tubicini di incastro (in alluminio, con resistenza

La realizzazione dello scafo in vetroresina/fibra di carbonio non è l'argomento di questo articolo, pertanto rinuncio a fornirne una descrizione.

Per concludere questa relazione, vorrei comunque fornire alcune informazioni sul modello finito. L’ala pronta al volo pesa 166 g, compreso il servocomando da 8 g. Ciò corrispondeva all’incirca a

Secondo la mia valutazione in fase di progettazione andava bene, tanto più che al tatto sembrava piuttosto robusto. L’impennaggio pesa 30 g; si potrebbe sicuramente alleggerirlo con una struttura a listelli, ma ciò costituirebbe una rottura stilistica dal punto di vista estetico. L’intero modello pronto al volo pesa 460 g, il che corrisponde a un carico alare di 17 g/dm². Naturalmente, gli aliante DLG odierni in carbonio sono ancora nettamente più leggeri. Tuttavia,

giocano in un’altra categoria, e io ero molto soddisfatto di questi valori, avendo così raggiunto pienamente gli obiettivi che mi ero prefissato inizialmente. Inoltre, durante i test di volo è emerso che, semplicemente regolando la posizione della batteria, era possibile impostare il baricentro che, a mio avviso, era ottimale (54 mm, corrispondente a un indice di stabilità del 16%¹). Come profilo alare avevo scelto l’AG 36n di Mark Drela, che presenta il vantaggio costruttivo di avere la parte inferiore in gran parte diritta. Purtroppo questa comodità ha un costo. Cioè, il massimo raggiungibile

Il coefficiente di portanza è leggermente inferiore rispetto a profili simili con una curvatura leggermente più accentuata, come dimostra un confronto con l’AG 24, di spessore quasi identico, utilizzando un numero di Re realistico per questo modello (Figura 10)².

Un calcolo FLZ-Vortex con il baricentro indicato e l’EWD costruito di 2,5° ha fornito il risultato illustrato nella figura 11.

Il sistema di trasmissione comprende un rotore esterno con 980 giri/min*V e un diametro di 28 mm, un Aeronaut CamCar-

Elica bonZ 9x5', una batteria Li-Po 3S da 500 mAh e un regolatore di velocità leggero con BEC.

I primi voli sono stati poco spettacolari, con correzioni di trim quasi superflue. Il modello è piacevole da pilotare e mostra un buon comportamento in volo circolare durante le virate strette nelle termiche. Il fenomeno spesso osservato di «caduta» all’interno del cerchio è qui quasi impercettibile. Naturalmente, un modello di questo tipo vola in modo molto più piacevole con vento leggero che in presenza di aria turbolenta. In condizioni di assenza di vento e di termiche, sono possibili voli con un’autonomia fino a 30 minuti.

I dati Excel ricavati da due voli di misurazione, ciascuno con sette fasi di salita e planata (Figura 12), in assenza di vento e in aria ancora priva di termiche in una mattina di primavera, raccolti

e misurati con variometro/altimetro, hanno fornito i seguenti valori medi: velocità di salita 7,4 m/s, velocità di discesa 0,49 m/s. Il calcolo FLZ-Vortex ha indicato una discesa minima di 0,37

m/s. Se si tiene conto del fatto che non ho potuto volare sempre in linea retta, i valori misurati sono del tutto plausibili.

Nel complesso posso dire che il progetto ha

aspettative (e speranze) e ne sono molto soddisfatto.