Brevetti ali artificiali

Sono  molteplici  i  brevetti che si posso trovare riguardati tantissimi aspetti delle ali artificiali  ne riporto alcuni:

• Joined wing aircraft  US 4365773 A
• Aircraft Internal wing  US 6840478 B2
• Ornithopter with independently  controlled wings US 0050269447 A1

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Glossario

ITALIANO	INGLESE	FRANCESE
Portanza	Lift	Sustentation
Resistenza	Drag	Rèsistance
Ipersostentatori	Flap	Volets
Strutture	Structures	Structures
Sicurezza	Security	Sécurité
Longherone	Spar	Longeron
Centine	Ribs	Cintres
Campata	Span	Travée
Apertura Alare	Wingspan	Envergure
Corda	Chord	Corde
Aeronavigabilità	Airwhorthiness	Navigabilité
Materiali	Materials	Matériels
Freccia alare	Sweepback	Fléche
Incidenza	Incidence	Impact

Tecnologie e scienza delle ali artificiali

 La progettazione e la successiva costruzione  delle ali , tocca diversi campi e scienze  , infatti si spazia dal punto di vista aerodinamico della  struttura ,al sistema strutturale dell'ala ma anche  fondamentale e la parte di materiali che molte volte sembra andare in secondo piano rispetto le due macro scienze precedenti, ma che risulta fondamentale per permettere nuove soluzioni .Tra le nuove tecnologie infatti esistono recenti studi e ricerche, che mirano a materiali che permetterebbero al profilo alare di deformarsi automaticamente in base alla azione richiesta, o adattarsi in modo da formine un miglioramento nelle prestazioni .Un esempio di ciò è il progetto  MADCAT (Mission Adaptive  Digital Composite Aerostructure Technologies) portato in avanti dalla NASA e altri team.
Essi  sono riusciti a mettere a punto un prototipo di ala flessibile ,costituito da mattoncini in fibra di carbonio tenuti insieme da reticoli flessibili,che  vengono modellati tramite impulsi elettrici determinando  una deformazione in modo da ottenere la forma desiderata.

Rischi ali artificiali

Le ali come componenti del mezzo aereo sono sottoposte ai principi della Security ,che si riferisce alla sicurezza e affidabilità dei componenti in modo da riuscire a svolgere il proprio compito, in maniera sicura in qualsiasi circostanza di progetto . A tal scopo vengono create delle tabelle di rischio a cui il componente o la struttura può andare incontro durante la sua vita operativa ,come per esempio Raffiche , Ghiaccio ,Fuoco , Fulmini ,impatti con volatili ecc..  .
Ogni rischio viene valutato in base al danno e alla probabilità che esso accada, e in base al risultato finale dell' analisi vengono adottate diverse soluzione per far diminuire il coefficiente di rischio, per esempio nel caso dei rischi elencati:

•    Raffiche:  le ali dal punto di vista di struttura vengono dimensionate tramite dei coefficienti imposti dalla normativa che rendono il sistema sicuro. 
• Impatti con volatili :vengono fatti test sperimentali e no in modo da verificare  che tali impatti non danneggino la struttura.
•   Ghiaccio ,fuoco ,fulmini: Vengono inseriti determinati sistemi di prevenzione che posso essere Passivi o Attivi in  modo da ridurre il rischio un esempio è il sistema de-icing o         Anti- icing  alare .

Statistiche ali artificiali

Dal punto di vista strutturale le ali di un aeromobile vengono costruite e prodotte, in modo diverso dai principali enti costruttivi per soddisfare diverse caratteristiche e specifiche di progetto.
Cerchiamo di analizzare le varie applicazioni strutturali di alcuni componenti alari  utilizzate in campo civile ,  nei vari modelli utilizzando un approccio statistico .
 Tra le strutture principali, troviamo sicuramente i

(Tutte le immagini sono state estratte dal materiale didattico
del corso di : Costruzioni aeronautiche (02euclz)
tenuta dal prof. Enrico Cestino al Politecnico di torino)

longheroni , come possiamo vedere in figura la soluzione adottata dai due principali costruttori aeronautici, Airbus e Boeing, è quella di inserire due longheroni principali,  in alcuni aeromobili sopratutto Airbus  viene inserito un terzo longherone vicino la fusoliera,  la parte più sollecitata ,in modo da aumentare le caratteristiche di risposta della struttura .In generale questo longherone viene interrotto ad una certa distanza dell'incastro alare
per questioni di alleggerimento e di carichi strutturali.

Un altro elemento strutturale che consideriamo solo le centine, come possiamo vedere in figura tali elementi strutturali, vengono disposti con spaziatura diversa a seconda del veicolo , in campo civile tale spaziatura varia  a causa dei requisiti strutturali e requisiti diversi quali accessibilità per manutenzione e altro.

Dimensioni , grandezze fisiche delle ali artificiali

Le ali sono delle strutture notevolmente complesse ,che vengono univocamente definite da precise dimensioni e grandezze fisiche, le quali distinguono un profilo alare da un altro profilo differenziandoli e caratterizzandoli in prestazioni ed impieghi diversi .
Esistono migliaia e migliaia di tipi di profili che variano a seconda dell'ente che li ha creati o studiati, tra i vari tipi di profilo esistono i così detti profili NACA .Questi profili sono dei profili studiati dalla  National Advisory Committee for Aeronautics, e vengono classificati tramiteun codice alfa-numerico composto  dalla scritta "NACA" e 4 cifre che se inseriti in apposite equazioni permettono la determinazione dei parametri geometrici.
tra le grandezze geometriche  principali troviamo :

• la corda 
• angolo di incidenza
• spessore  del profilo
• curvatura del profilo
• linea media del profilo
•  apertura alare o semi apertura alare 
• allungamento alare 
• angolo diedro
• freccia alare

e molti altri.
Oltre alle grandezze geometriche naturalmente abbiamo grandezze fisiche importanti che variano da ala ad ala quali Portanza ,Resistenza con i relativi coefficienti cp e cr generati dal profilo,  senza dimenticarsi dei vari Momenti torcenti e non a cui è soggetta la struttura .
La portanza rappresenta quella forza aerodinamica sviluppata dal profilo che permetta la sostentazione del volo , mentre la resistenza e sempre una forza aerodinamica sviluppata dal profilo che si oppone al moto , ed è composta da diversi tipi di resistenza quali : Resistenza viscosa ( dovuta ai fenomeni viscosi causati dal moto del fluido sul profilo ), Resistenza di forma(dovuta alla forma del profilo che induce questo tipo di resistenza a causa di gradienti di pressione ) , Resistenza d'onda ( dovuta alla transizione supersonica che causa degli urti e vibrazioni che causano fenomeni dissipativi).

Elementi e Materiali

Le ali  di un aeromobile sono delle strutture estremamente complicate e importanti.
Nel corso del tempo tali elementi strutturali hanno subito un'evoluzione impressionante sia dal punto di vista della forma e di conseguenza dell'aerodinamica ma  soprattutto dal punto di vista dei materiali. Tralasciando per questo momento i primi tipi di costruzione alare  , oggi  un ala è costituita  principalmente da : Longheroni (Spars), Centine (Ribs),Rivestimenti (Skin) , Correnti (Stringers).

longherone

• I longheroni sono delle travi che attraversano  tutta l'ala è permettono la resistenza a carichi di tipo flessionale , comunemente sono creati in acciaio (lega costituita da ferro e carbonio)  o in dural( lega di alluminio temprata   ).

Centine

• Le Centine  sono degli elementi che vengono posti trasversalmente all'ala  . Tra le funzioni principali abbiamo quello di mantenere la forma del profilo aerodinamico nella sezione alare considerata e non solo, permettono lo scarico delle sollecitazioni subite dai pannelli lungo i  longheroni. Solitamente tali elementi vengono costruiti in dural.

• I Correnti  sono  dei traversini  che attraversano longitudinalmente l'ala , il loro compito è quello di irrigidire la struttura  sopratutto la parte del rivestimento per evitare fenomeni strutturali quali instabilità , anche essi come i precedenti sono costituiti in materiali metallici .

• I Rivestimenti  sono quella parte della struttura che come dice la stessa parola hanno una funzione ricoprente , infatti servono a separare la corrente che scorre sul dorso da quella sul ventre in modo da creare un gradiente di pressione che genera la forza aerodinamica ma non solo , nel caso riusciamo ad ottenere un continuità meccanica tra correnti e rivestimenti essi rispondo anche in maniera importante ai carichi  a cui è sottoposta la struttura . I materiali usati sono i più svariati tra cui troviamo anche materiali compositi .