Eliche controrotanti: la colpa è dell'effetto P
 

Mi allaccio per un attimo alla domanda dell'amico Carlo sul post del 737MAX e ne prendo spunto per fare chiarezza su ste famose eliche controrotanti dei bimotori.

premessa:
Su aerei piccoli, in genere a pistoni a volte si trovano eliche che girano in senso inverso, e precisamente la sinistra destrorsa (oraria) e a destra sinistrorsa (antioraria) dando per scontato che il senso va guardato nella direzione di marcia, cioè da dentro l'aereo; questo viene ottenuto modificando alcuni elementi meccanici del motore. Sui pistoni, perchè sui turboprop l'inversione della rotazione comporterebbe una modifica più profonda a livello di tutto l'albero turbina/compressore, praticamente un nuovo motore.

ok, detto questo specifichiamo che questo viene fatto unicamente per diminuire la differenza di trazione asimmetrica in caso di piantata di un motore.

Solo diminuire? differenza di trazione? perchè?

perchè la fisica e l'aerodinamica ci insegnano che in un'elica che gira col suo asse non parallelo all'asse di traslazione il percorso della pala che scende dal top del disco di rotazione fino al punto più basso avanza nel flusso d'aria, e quindi il vento relativo risulterà maggiore, mentre la sua pala gemella che sale, al contrario retrocede nel flusso avendo così una risultante di vento relativo inferiore.
https://2.bp.blogspot.com/-W-HS4aO7c..._BHA_PAAoA.png

Vento relativo è uguale a portanza che si genera, quindi una pala che scende crea più portanza di una che sale. In un aereo in salita però, se l'aereo è livellato le 2 pale creano la stessa portanza.

Quando controrotanti, le pale sono controrotanti verso l'interno perchè in questo modo la pala che scende sta dalla parte della fusoliera, risparmiando così quel metro di braccio rispetto ad una posizione esterna all'asse di rotazione, lontano dalla fusoliera.

E credetemi, quando pianta motore su bimotori con poca potenza tutto fa, pure quegli 80/90 cm di braccio in meno, dal momento che la fusoliera imbardata od il timone tutto da una parte creano una resistenza mostruosa.
Con motori potenti invece l'esubero di potenza aiuta a mantenere una buona velocità anche con tutto il timone deflesso, quindi motore tutto dentro e pedale in fondo.

Per questo motivo su aerei che non hanno eliche controrotanti si parla di "motore critico":
Il motore critico è quello che piantando, usando un francesismo, ti mette più nella merda, cioè con motori tradizionali destrorsi è il destro. Unicamente per quel metro di braccio in più e quel poco di trazione in più della pala che scende che si trova appunto esternamente.

tutto qui, non c'entra nulla la coppia del motore, la resistenza dell'elica, il punto di applicazione della trazione od altro; il motore controrotante è solo un trucco per attenuare, o meglio uniformare l' "effetto P" tra i 2 motori ed eliminare il motore critico (o renderli critici entrambi, come volete :P).

E perchè a volte si sente dire (anche da me) che nei modelli i motori controrotanti lasciano il tempo che trovano?
Primo perchè la scelta di eliche sinistre è limitata, e poi perchè tanto il 90% delle volte se ti pianta 1 motore il modello entra in vite e casca, a prescindere da quei 7/8cm di braccio in più o in meno.
l'effetto P in un modello è abbastanza trascurabile rispetto all'effetto disastroso della imbardata, perdita di potenza e velocità ed azioni scorrette del pilota.

l'effetto P è anche il motivo per il quale in salita sugli aerei si dà piede destro e sui modelli bisognerebbe dare timone destro, ed anche uno dei motivi perchè sui modelli si tende a dare qualche grado a destra al motore. (in effetti in un modello bimotore questo disassamento avrebbe meno senso in quanto gli assi di rotazione non coincidono con quello dell'aereo).

Boh, stasera ci ripensavo, non avevo sonno e mi è venuto di scrivere questo.
Spero sia utile e sicuramente apprezzo ogni intervento di supporto aerodinamico da parte degli ingegneri del forum, con formule e schemi, io ho cercato di parlare semplice, "al popolo", che mi riesce meglio. :wink:
Un mio professore diceva che una buona spiegazione delle cose difficili è quella che faresti per spiegarle a tua nonna, con parole semplici.:lol:

scusate, mi correggo subito la svista, il motore critico normalmente è il sinistro, mi sono confuso da solo.

metto disegnino esplicativo sulla differenza di trazione con motori uguali destrorsi

Scusami Mach, faccio riferimento al disegnino esplicativo, in particolare al modello a sinistra, con il motore sinistro in funzione.

Forse non mi è chiara l'immagine, ma l'alettone destro dovrebbe essere abbassato, o sbaglio?

Mi pare che sia sollevato.

Grazie. :)

già, non ci avevo fatto caso, in effetti nei 2 disegni gli alettoni sono uguali...

chiaramente una svista del disegnatore, io gli alettoni li avrei fatti comunque a zero, per non indurre in strani ragionamenti.

Poi certo, la correzione del rollìo va insieme a quella dell'imbardata.

giusta osservazione, grazie :wink:

Non mi piace rompere i cotiglioni ma, visto che sei un professionista ne approfitto. :D

Nel tuo primo intervento spieghi con chiarezza l'effetto P, e citi che al decollo, se ne deve tener conto con il "piede"; orbene, mi e ti chiedo, si tiene anche conto dell'effetto dovuto alla precessione giroscopica dovuta alla rotazione dell'elica?

Inoltre, nel caso di piantata del bimotore, l'effetto che ho citato dovrebbe essere superiore rispetto ad un monomotore con trazione sull'asse longitudinale del velivolo?

Ovviamente nel caso in cui il pilota modifichi l'assetto del velivolo stesso.

Grazie ancora.

:)

Ottimo articolo, veramente esplicativo! Grazie Mach.

La questione giroscopica l'avevo immaginata anche io. Il verso di rotazione dei motori ha effetto sull'assetto verticale (cabrata o picchiata) in caso di imbardata violenta? Nel caso, avere due motori controrotanti potrebbe ridurne notevolmente l'impatto?

Carlo

ovviamente si, e come giustamente fai notare l'effetto della precessione giroscopica si ha nella transizione che ha il disco dell'elica da un assetto all'altro; una volta assunto l'assetto voluto la precessione non c'è più, mentre l'effetto P permane durante tutta la salita.

Durante la rotazione il piede destro è più marcato che rispetto alla salita.

In caso di bimotori in effetti la precessione viene applicata sull'asse del motore e non sull'asse dell'aereo, quindi crea uno sforzo al livello del castello motore ed i suoi attacchi sull'ala, ho dei dubbi che tale sforzo si possa applicare ad un asse dell'aereo.. Aspetto pareri competenti.
In tal caso si potrebbe dire che la precessione non influisca più di tanto sul comportamento in fase di piantata motore.

p.s.
Aggiungerei il terzo effetto collaterale dell'elica in decollo, che obbliga a dare ulteriore piede destro (sempre per motori tradizionali destrorsi) al momento dell'applicazione della potenza di decollo, e cioè la controcoppia applicabile sulla ruota sinistra che risulta così avere più resistenza della destra perchè più schiacciata al suolo.

sinceramente non saprei dirti...:unsure:

https://www.altrogiornale.org/wp-con...giroscopio.jpg

Ecco.

Immaginiamo il volano come l'elica che gira, vista da dietro e dall'alto, quindi in senso orario, il pesetto applicato all'asse e che lo tira verso il basso, come l'intenzione del pilota di mettere il muso in basso.

Il risultato della precessione è una rotazione verso destra dell'albero dell'elica e tutto quanto ad essa collegato.

Quindi immaginando di vedere il disegno da dietro a sinistra e dall'alto e, immaginando che si tratti del motore sinistro, questo effetto aumenta la tendenza ad imbardare del velivolo.

Ovviamente sempre che il suo pilota abbia deciso di abbassare il muso.

Il contrario se ha deciso di fare quota.

S.E.e.O ( a quest'ora sono leggermente rincoglionito) :D

:)

Non ho fatto in tempo a concludere.

Bisogna tener presente il braccio di leva tra il centro di bari :D del velivolo e l'asse dell'elica.

Scusatemi. Buona notte.

:)

Grazie Mach, non si finisce mai di imparare... :wink:

Mi viene da pensare a quella figura acrobatica, di cui non ricordo il nome, in cui sembra che l'aereo inciampi nel carrello ed esegua una capriola in avanti, ruotando attorno all'asse trasversale (le ali). Tempo fa se ne parlava quì sul barone e qualcuno diceva che si esegue sfruttando l'effetto giroscopico dell'elica, ma non ricordo di dettagli.

Carlo

E' la manovra conosciuta come " Lomcovak" tradotto in ubriaco.

Oltre alle tre forze aerodinamiche, si sfrutta anche la precessione giroscopica.

Ovviamente con aerei ad elica ma, a quanto pare, la si può fare anche con aerei jet, che prima di eseguire la manovra, effettuano diversi tonneau per acquisire l'inerzia necessaria.

https://www.youtube.com/watch?v=yEkIkRlRN_c


:)

Esattamente quello!

Grazie

Carlo

..nei full scale lo può fare solo quello specifico modello di aereo jet..

Scusate se intervengo alla fine ma nel post iniziale, se non capito male, Mach ha parlato di "volo livellato in salita "....

....ma per volo livellato non si intende il volo orizzontale senza variazioni di quota ?

Boh, l'ho riletto e non mi pare di aver scritto volo livellato in salita.
Un aereo o é livellato o é in salita.
Può essere livellato con un assetto positivo, ed allora per quanto riguarda gli effetti dell'elica tutto vale come se fosse in salita.

Cito :

"Vento relativo è uguale a portanza che si genera, quindi una pala che scende crea più portanza di una che sale. In un aereo in salita però, se l'aereo è livellato le 2 pale creano la stessa portanza."

Credo di aver capito....è quel "però" che mi ha mandato fuori strada in quanto è riferito al paragrafo precedente e non al volo livellato.

Ah si, in effetti é come dici, ma si presta a fraintendimenti. :wink:

Si, anche perchè (volendo fare i pignoli), si può salire in due modi: alzando la prua o aumentando la portanza. Se alzo la prua allora il vento apparente è in asse con l'asse dell'elica e non ho problemi. Se invece aumento la portanza, magari semplicemente aumentando la velocità, l'aereo sale mantenendo l'asse dell'elica orizzontale e quindi si genera un leggero "effetto P".
Almeno in teoria... :)

Carlo

concordo in pieno :wink:

Animazione interattiva:

One Engine Inoperative Aerodynamics

Ma la portanza in salita non è meno della portanza in volo rettilieo uniforme? :mumble:

Semmai il contrario.
Nel momento che l'aereo sale, indipendentemente dal motivo, accumula energia potenziale (la quota).

L'energia accumulata è pari alla maggior forza esercitata dalle ali per la variazione di quota. Aumentando la quota, per avere più energia la forza deve necessariamente essere di segno positivo.

Carlo

E' molto interessante la tua teoria

Quella sull'energia potenziale? Il libro di fisica di mio figlio, al primo liceo scientifico.

Comunque mi correggo: l'energia potenziale è uguale alla massa per la variazione di quota.

Carlo

No no, quella sulla portanza che aumenta in salita.

Semmai c'è salita se aumenta la portanza, non il contrario.

Se la portanza è uguale al peso dell'aereo, abbiamo un equilibrio di forze (ovvero il vettore risultante dalla somma delle forze peso e portanza è nullo) ed il volo avviene in orizzontale a quota costante. Se la portanza aumenta, magari perchè hai estratto i flap o hai aumentato la velocità, il vettore risultante non sarà nullo e quindi ci sarà una accelerazione della massa dell'aereo, accelerazione che avevrrà nel verso del vettore risultante (ovvero verso l'alto) e proseguirà fino a quando il vettore risultante non si annullerà.
E' da notare che quando l'aereo, sempre con l'asse longitudinale perfettamente orizzontale, inizia a salire per effetto di un aumento della portanza (o, analogamente, per una diminuzione della sua massa, come in conseguenza del consumo di carburante), l'angolo di attacco delle ali diminuisce per effetto del movimento verso l'alto. Questa variazione comporta una diminuzione della portanza dell'ala, diminuzione che poterà a ridurre il vettore risultante. In pratica, ci sarà un rateo di salita per il quale la diminuzione della portanza dovuta al diminuito angolo di attacco sarà uguale all'aumento della portanza dovuto all'aumento della velocità. Quando l'aereo avrà raggiunto quel rateo, l'accelerazione verso l'alto si annullerà e l'aereo salirà a velocità verticale costante.
Analogo discorso, ovviamente con i segni invertiti, se diminuisci la portanza.

Carlo

EDIT: ovviamente non viene citato un aereo, ma anche questa spiegazione la trovi sul libro di fisica di mio figlio

Divertente.
Salutami il libro di fisica di tuo figlio

Francamente non capisco questo sarcasmo.
Spiegaci la tua verità e confuta il famoso libro.
Sempre se ne hai voglia, capisco che fare battue e deridere gli altri sia più immediato.