I subacquei della Marina brasiliana recuperano una parte enorme del timone dell'Airbus A330 dell'Air France dall'Oceano Atlantico, circa 745 miglia (1, 200 chilometri) a nord-est di Recife. L'incidente era avvenuto otto giorni prima, il 1 giugno, 2009. Guarda altre foto di volo. © Aeronautica brasiliana/Dispensa/Xinhua Press/Corbis Il 1 giugno, 2009, Il volo Air France 447 è sceso inaspettatamente, centinaia di piedi al secondo, prima che sbattesse il ventre nell'Oceano Atlantico, facendo a pezzi l'aereo e uccidendo tutti i 228 passeggeri e membri dell'equipaggio. Col tempo, gli investigatori degli incidenti sono stati in grado di ricostruire cosa è andato storto in quella fatidica notte:una combinazione di maltempo, il malfunzionamento dell'attrezzatura e la confusione dell'equipaggio hanno causato lo stallo dell'aereo e la caduta dal cielo.
Il volo 447 ha provocato un'onda d'urto nel settore dell'aviazione. L'aereo, un Airbus A330, era uno degli aerei più affidabili al mondo, senza vittime registrate in volo commerciale fino al volo Air France condannato. Poi l'incidente ha rivelato la spaventosa verità:i veicoli più pesanti dell'aria operano con tolleranze molto ristrette. Quando tutto è cinque per cinque, un aeroplano fa quello che dovrebbe fare - volare - quasi senza sforzo apparente. In realtà, la sua capacità di rimanere in alto si basa su una complessa interazione di tecnologie e forze, tutti lavorano insieme in un delicato equilibrio. Turbare quell'equilibrio in qualche modo, e un aereo non sarà in grado di decollare. O, se è già nell'aria, tornerà a terra, spesso con risultati disastrosi.
Questo articolo esplorerà la linea sottile tra volare alto e cadere velocemente. Prenderemo in considerazione 10 innovazioni fondamentali per la struttura e la funzione di un aereo moderno. Cominciamo con l'unica struttura, le ali, che tutti gli oggetti volanti possiedono.
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I profili aerodinamici sono sagomati per generare la massima portanza. iStockphoto/Thinkstock Gli uccelli li hanno. Così fanno i pipistrelli e le farfalle. Dedalo e Icaro li indossarono per sfuggire a Minosse, re di Creta. stiamo parlando di ali, Certo, o profili alari , quale funzione per dare un ascensore aereo. I profili alari hanno tipicamente una leggera forma a goccia, con una superficie superiore curva e una superficie inferiore più piatta. Di conseguenza, l'aria che scorre su un'ala crea un'area di maggiore pressione sotto l'ala, portando alla forza verso l'alto che fa alzare un aereo da terra.
interessante, alcuni libri di scienze invocano il principio di Bernoulli per spiegare la storia edificante dei profili alari. Secondo questa logica, l'aria che si muove sulla superficie superiore di un'ala deve viaggiare più lontano - e quindi deve viaggiare più velocemente - per arrivare al bordo d'uscita nello stesso momento in cui l'aria si muove lungo la superficie inferiore dell'ala. La differenza di velocità crea un differenziale di pressione, portando a sollevare. Altri libri lo liquidano come sciocchezze, preferendo invece affidarsi alle collaudate leggi del moto di Newton:l'ala spinge l'aria verso il basso, così l'aria spinge l'ala verso l'alto.
Sono baffi o un'elica? iStockphoto/Thinkstock Il volo più pesante dell'aria è iniziato con alianti -- velivoli leggeri che potrebbero volare per lunghi periodi senza utilizzare un motore. Gli alianti erano gli scoiattoli volanti dell'aviazione, ma pionieri come Wilbur e Orville Wright desideravano una macchina che potesse emulare i falchi, con forte, volo a motore. Ciò richiedeva un sistema di propulsione per fornire la spinta. I fratelli progettarono e costruirono le prime eliche per aeroplani, oltre al quattro cilindri dedicato, motori raffreddati ad acqua per farli girare.
Oggi, la progettazione e la teoria dell'elica hanno fatto molta strada. In sostanza, un'elica funziona come un'ala rotante, fornendo ascensore ma in una direzione in avanti. Sono disponibili in una varietà di configurazioni, da due lame, eliche a passo fisso ai modelli a quattro e otto pale a passo variabile, ma fanno tutti la stessa cosa. Mentre le lame ruotano, deviano l'aria all'indietro, e quest'aria, grazie alla legge azione-reazione di Newton, spinge in avanti sulle lame. Quella forza è conosciuta come spinta e lavora per opporsi lagna , la forza che ritarda il moto in avanti di un aeromobile.
Un moderno motore aeronautico attende gli ordini in un aeroporto. Cosa ne penserebbe Frank Whittle! iStockphoto/Thinkstock Nel 1937, l'aviazione ha compiuto un enorme balzo in avanti quando l'inventore e ingegnere britannico Frank Whittle ha testato il primo motore a reazione al mondo. Non funzionava come gli aerei ad elica con motore a pistoni dell'epoca. Anziché, Il motore di Whittle aspirava aria attraverso le pale del compressore rivolte in avanti. Quest'aria entrava in una camera di combustione, dove si mescolava al carburante e bruciava. Un flusso di gas surriscaldato poi si precipitò dal tubo di scappamento, spingendo il motore e l'aereo in avanti.
Hans Pabst van Ohain della Germania ha preso il progetto di base di Whittle e ha alimentato il primo volo aereo a reazione nel 1939. Due anni dopo, il governo britannico ha finalmente fatto decollare un aereo, il Gloster E.28/39, utilizzando l'innovativo design del motore di Whittle. Alla fine della seconda guerra mondiale, getti Gloster Meteor, che erano modelli successivi pilotati dai piloti della Royal Air Force, stavano inseguendo i razzi tedeschi V-1 e sparandoli dal cielo.
Oggi, i motori a turbogetto sono riservati principalmente agli aerei militari. Gli aerei di linea commerciali utilizzano motori turbofan, che ancora ingeriscono aria attraverso un compressore rivolto in avanti. Invece di bruciare tutta l'aria in entrata, i motori turbofan consentono all'aria di circolare intorno alla camera di combustione e di mescolarsi con il getto di gas surriscaldato che esce dal tubo di scappamento. Di conseguenza, i motori turbofan sono più efficienti e producono molto meno rumore.
Fai il pieno per favore! Circa 70, 000 galloni (265, 000 litri) di carburante per quell'aereo cargo Antonov AN-124-100 dovrebbe fare il trucco. © Pat Vasquez-Cunningham/ZUMA Press/Corbis I primi aerei a pistoni utilizzavano gli stessi combustibili della tua auto:benzina e diesel. Ma lo sviluppo dei motori a reazione ha richiesto un diverso tipo di carburante. Anche se alcuni stravaganti gregari sostenevano l'uso del burro di arachidi o del whisky, l'industria aeronautica si stabilì rapidamente sul cherosene come miglior carburante per i jet ad alta potenza. Il cherosene è un componente del petrolio greggio, ottenuto dalla distillazione del petrolio, o separati, nei suoi elementi costitutivi.
Se hai una stufa o una lampada a cherosene, allora potresti avere familiarità con il carburante color paglia. Aerei commerciali, però, richiedono un grado più elevato di cherosene rispetto al carburante utilizzato per scopi domestici. I carburanti per jet devono bruciare in modo pulito, tuttavia devono avere un punto di infiammabilità più elevato rispetto ai carburanti per automobili per ridurre il rischio di incendio. I carburanti per jet devono anche rimanere fluidi nell'aria fredda dell'alta atmosfera. Il processo di raffinazione elimina tutta l'acqua in sospensione, che potrebbe trasformarsi in particelle di ghiaccio e bloccare le tubazioni del carburante. E il punto di congelamento del cherosene stesso è attentamente controllato. La maggior parte dei carburanti non si congela finché il termometro non raggiunge meno 58 gradi Fahrenheit (meno 50 gradi Celsius).
Gary Krier ha effettuato il primo volo dell'aereo F-8 Digital Fly-By-Wire. Ha usato il computer del modulo di comando dell'Apollo 15 per il controllo. Aveva una memoria totale di 38K, di cui 36K di sola lettura. Immagine per gentile concessione della NASA Una cosa è far decollare un aeroplano. Un'altra cosa è controllarlo efficacemente senza schiantarsi sulla terra. In un semplice aereo leggero, il pilota trasmette i comandi di governo tramite collegamenti meccanici alle superfici di controllo sulle ali, pinna e coda. Quelle superfici sono, rispettivamente, gli alettoni, gli ascensori e il timone. Un pilota usa gli alettoni per rotolare da un lato all'altro, ascensori per inclinare verso l'alto o verso il basso, e il timone di imbardata a babordo o tribordo. Tornitura e banca, Per esempio, richiede un'azione simultanea sia sugli alettoni che sul timone, che fa abbassare l'ala in virata.
I moderni aerei di linea militari e commerciali hanno le stesse superfici di controllo e sfruttano gli stessi principi, ma eliminano i collegamenti meccanici. Le prime innovazioni includevano sistemi di controllo del volo idraulico-meccanici, ma questi erano vulnerabili ai danni da battaglia e occupavano molto spazio. Oggi, quasi tutti i grandi aerei si affidano al digitale fly-by-wire sistemi, che apportano modifiche alle superfici di controllo in base ai calcoli di un computer di bordo. Una tecnologia così sofisticata consente a due soli piloti di pilotare un aereo di linea commerciale complesso.
Riproduzione a grandezza naturale dell'aliante del 1902 dei fratelli Wright a riposo nel Wright Brothers National Memorial a Kitty Hawk, NC © Kevin Fleming/Corbis Nel 1902, i fratelli Wright hanno pilotato l'aereo più sofisticato del giorno:un aliante per una persona con "pelle" di mussola tesa su un telaio di abete. Col tempo, il legno e il tessuto lasciano il posto al legno lamellare monoscocca , una struttura aeronautica in cui la pelle dell'aereo sopporta alcune o tutte le sollecitazioni. Fusoliere monoscocca consentite per più forte, aerei più snelli, portando a una serie di record di velocità nei primi anni del 1900. Sfortunatamente, il legno utilizzato in questi velivoli richiedeva una manutenzione costante e si deteriorava se esposto alle intemperie.
Negli anni '30, quasi tutti i progettisti dell'aviazione preferivano la costruzione interamente in metallo al legno lamellare. L'acciaio era un candidato ovvio, ma era troppo pesante per fare un pratico aeroplano. Alluminio, d'altra parte, era leggero, forte e facile da modellare in vari componenti. Fusoliere portanti pannelli in alluminio spazzolato, tenuti insieme da rivetti, divenne un simbolo dell'era dell'aviazione moderna. Ma il materiale è arrivato con i suoi problemi, la più grave è la fatica del metallo. Di conseguenza, i produttori hanno ideato nuove tecniche per rilevare le aree problematiche nelle parti metalliche di un aereo. Le squadre di manutenzione utilizzano oggi la scansione a ultrasuoni per rilevare crepe e fratture da stress, anche piccoli difetti che potrebbero non essere visibili sulla superficie.
Non tutti gli aerei moderni hanno un sistema di pilota automatico, ma molti lo fanno e può aiutare con tutto, dal decollo alla crociera e all'atterraggio. iStockphoto/Thinkstock Agli albori dell'aviazione, i voli erano brevi, e la preoccupazione principale di un pilota non era quella di schiantarsi al suolo dopo alcuni momenti esaltanti in aria. Man mano che la tecnologia migliorava, però, erano possibili voli sempre più lunghi:prima attraverso i continenti, poi attraverso gli oceani, poi in giro per il mondo. La stanchezza dei piloti è diventata una seria preoccupazione in questi viaggi epici. Come potrebbe un pilota solitario o un piccolo equipaggio rimanere sveglio e vigile per ore e ore, soprattutto durante le monotone sessioni di crociera ad alta quota?
Entra il pilota automatico. Inventato da Lawrence Burst Sperry, figlio di Elmer A. Sperry, il autopilota , o sistema di controllo automatico del volo, collegato tre giroscopi alle superfici di un aereo controllando il beccheggio, rotolare e imbardare. Il dispositivo ha apportato correzioni in base all'angolo di deviazione tra la direzione di volo e le impostazioni giroscopiche originali. La rivoluzionaria invenzione di Sperry era in grado di stabilizzare il normale volo di crociera, ma potrebbe anche effettuare decolli e atterraggi non assistiti.
Il sistema di controllo automatico del volo degli aerei moderni differisce poco dai primi autopiloti giroscopici. I sensori di movimento - giroscopi e accelerometri - raccolgono informazioni sull'assetto e sul movimento dell'aereo e forniscono tali dati ai computer del pilota automatico, che inviano segnali per controllare le superfici sulle ali e sulla coda per mantenere la rotta desiderata.
Il tubo piegato che si è dimostrato indispensabile per il volo moderno iStockphoto/Thinkstock I piloti devono tenere traccia di molti dati quando sono nella cabina di pilotaggio di un aereo. velocità dell'aria -- la velocità di un aereo rispetto alla massa d'aria attraverso la quale sta volando -- è una delle cose più importanti che monitorano. Per una configurazione di volo specifica, che si tratti di atterraggio o di crociera economica, la velocità di un aereo deve rimanere entro un intervallo di valori abbastanza ristretto. Se vola troppo lentamente, può subire uno stallo aerodinamico, quando non c'è portanza sufficiente per vincere la forza di gravità verso il basso. Se vola troppo velocemente, può subire danni strutturali, come la perdita dei lembi.
Su aerei di linea commerciali, tubi di pitot sopportare l'onere di misurare la velocità dell'aria. I dispositivi prendono il nome da Henri Pitot, un francese che aveva bisogno di uno strumento per misurare la velocità dell'acqua che scorre nei fiumi e nei canali. La sua soluzione era un tubo sottile con due fori:uno davanti e uno di lato. Pitot orientò il suo dispositivo in modo che il foro anteriore fosse rivolto a monte, permettendo all'acqua di fluire attraverso il tubo. Misurando il differenziale di pressione sui fori anteriori e laterali, poteva calcolare la velocità dell'acqua in movimento.
Gli ingegneri degli aeroplani si sono resi conto che potevano realizzare la stessa cosa montando tubi di Pitot sul bordo delle ali o sporgendosi dalla fusoliera. In quella posizione, il flusso d'aria in movimento scorre attraverso i tubi e consente una misurazione accurata della velocità del velivolo.
La vista da una torre di controllo del traffico aereo. È bello e impegnato. © Bob Sacha/Corbis Finora, questo elenco si è concentrato sulle strutture degli aeromobili, ma una delle innovazioni aeronautiche più importanti -- in realtà una raccolta di innovazioni -- è controllo del traffico aereo , il sistema che garantisce il decollo degli aeromobili da un aeroporto, percorrere centinaia o migliaia di miglia e atterrare in sicurezza in un aeroporto di destinazione. Negli Stati Uniti, più di 20 centri di controllo del traffico aereo monitorano il movimento degli aerei in tutto il paese. Ogni centro è responsabile di un'area geografica definita, in modo che come un aeroplano vola lungo la sua rotta, viene passato da un centro di controllo all'altro. Quando l'aereo arriva a destinazione, controllare i trasferimenti alla torre di traffico dell'aeroporto, che fornisce tutte le indicazioni per far atterrare l'aereo.
Il radar di sorveglianza svolge un ruolo chiave nel controllo del traffico aereo. Stazioni fisse a terra, dislocati negli aeroporti e nei centri di controllo, emettono onde radio a corta lunghezza d'onda, che viaggiano in aereo, colpirli e riprendersi. Questi segnali consentono ai controllori del traffico aereo di monitorare le posizioni e le rotte degli aeromobili all'interno di un dato volume di spazio aereo. Allo stesso tempo, la maggior parte degli aerei commerciali trasporta transponder , dispositivi che trasmettono l'identità dell'aeromobile, altitudine, rotta e velocità quando "interrogato" dal radar.
Puoi vedere chiaramente il carrello di atterraggio su questo E-2C Hawkeye mentre si avvicina al ponte di volo della USS John C. Stennis. Immagini Stocktrek/Thinkstock L'atterraggio di un aereo di linea commerciale sembra una delle imprese più improbabili della tecnologia. Un aereo deve scendere da 35, 000 piedi (10, 668 metri) al suolo e rallentare da 650 miglia (1, 046 chilometri) a 0 miglia orarie. Oh, Sì, e deve appoggiare tutto il suo peso - circa 170 tonnellate - su poche ruote e montanti che devono essere robusti, eppure completamente retrattile. C'è da meravigliarsi se il carrello di atterraggio occupa il primo posto nella nostra lista?
Fino alla fine degli anni '80, la maggior parte degli aerei civili e militari utilizzava tre configurazioni di base del carrello di atterraggio:una ruota per montante, due ruote affiancate su un montante o due ruote affiancate accanto a due ruote affiancate aggiuntive. Man mano che gli aeroplani diventavano più grandi e più pesanti, i sistemi di carrello di atterraggio sono diventati più complessi, sia per ridurre le sollecitazioni sulla ruota e sui montanti, ma anche per diminuire le forze applicate alla pavimentazione della pista. Il carrello di atterraggio di un aereo di linea superjumbo Airbus A380, Per esempio, ha quattro unità sottocarro:due con quattro ruote ciascuna e due con sei ruote ciascuna. Indipendentemente dalla configurazione, la forza è molto più importante del peso, così troverai acciaio e titanio, non alluminio, nei componenti metallici di un carrello di atterraggio.
Orville Wright una volta disse:"L'aereo resta in piedi perché non ha il tempo di cadere". Dopo aver scritto questo, Lo definirei un eufemismo di proporzioni epiche.
