Strumenti-09 Indicatore di virata e virosbandometro

 

Gli indicatori del rateo di virata nacquero alla fine degli anni venti, quale prodotto dalle prime applicazioni del giroscopio in aviazione, intese a consentire di volare anche dentro le nubi.

Oggigiorno, la funzione principale di questi strumenti è di indicare quando l’aereo vira con il rateo di 3° al secondo, convenzionalmente considerato standard, con il quale vanno eseguite la maggior parte delle manovre del volo strumentale. Un giro completo è di 360°, pertanto, dividendo 360 : 3 otteniamo 120 che sono i secondi necessari per effettuare una virata di 360°, ovvero 2 minuti.

Sugli aerei leggeri hanno anche la funzione di consentire il mantenimento dell’ assetto durante il volo in condizioni IMC qualora il pilota venga privato dell’ orizzonte artificiale e del direzionale da un’avaria all’impianto pneumatico.

L’indicatore di virata, è costituito da un giroscopio a due gradi di libertà privato della possibilità di girare intorno al suo asse verticale Z, parallelo all’asse verticale dell’ aereo.

L’asse di rotazione X, disposto orizzontalmente, è parallelo all’asse trasversale dell’aereo, e il disco del giroscopio è fatto girare in avanti, nella stessa direzione in cui girano le ruote dell’aereo durante il rullaggio.

I movimenti che il giroscopio compie intorno al suo asse Y, parallelo all’asse longitudinale dell’aereo, vengono trasmessi all’indicatore, comunemente chiamato paletta, posto verticalmente sulla faccia dello strumento.

Quando l’aereo viene posto in virata (o comunque quando viene fatto imbardare, come durante le virate di rullaggio), per esempio, a sinistra, la precessione tende a portare il disco in posizione orizzontale facendolo ruotare in senso orario intorno all’asse Y; tale rotazione, mediante un meccanismo di inversione, viene trasmessa alla paletta in modo che si inclini a sinistra; quando l’aereo vira o imbarda a destra, succede l’inverso, e la paletta si inclina a destra.

Una molla provvede a smorzare la rotazione di precessione e a riportare il sistema in posizione centralizzata quando non è sollecitato.

Due riscontri laterali sul quadrante dello strumento, a volte contrassegnati dalle lettere R (right) e L (left), indicano quando la velocità angolare della virata ha il valore standard di 3° al secondo.

La paletta a metà tra la posizione di riposo e uno dei riscontri laterali indica che l’aereo sta virando con rateo mezzo standard di l,50 al secondo, richiesto durante determinate manovre da eseguire con gli altri strumenti giroscopici in avaria.

Dato il modo in cui è costruito, e dato il principio di funzionamento conseguente, questo strumento non si dovrebbe chiamare indicatore di virata, bensì indicatore di imbardata.

Infatti la velocità angolare dell’imbardata, che è la grandezza effettivamente misurata dallo strumento, non è sempre proporzionale alla velocità angolare della virata, cioè la velocità angolare con cui l’asse longitudinale dell’aereo cambia il suo orientamento sui 360° dell’orizzonte.

Per comprendere la differenza si pensi a un aereo che potesse essere posto in virata con angolo di bank di 90°: pur essendo elevatissima la velocità di virata (il muso dell’aereo farebbe il giro dell’orizzonte in pochi secondi), l’indicatore di virata rimarrebbe inattivo con la paletta al centro, in quanto la velocità di imbardata sarebbe zero.

Per il volo strumentale il problema non si pone perché le manovre devono in ogni caso essere eseguite con un’angolo di bank massimo di 25°.

Virosbandometro è il nome dato all’indicatore di virata quando, come quasi sempre accade, è abbinato allo sbandometro a gravità, costituito da una sferetta di metallo comunemente chiamata pallina, inserita in un tubo curvo di diametro leggermente maggiore, riempito di liquido per smorzare le oscillazioni della pallina.

La funzione dello sbandometro è di indicare quando l’aereo è o meno in volo coordinato.

Infatti la pallina, come tutto l’aereo, oltre che al proprio peso, va soggetta alle forze centripeta e centrifuga che si manifestano in virata.

Se le due forze sono uguali e contrarie, come devono essere in virata coordinata, il peso apparente è diretto perpendicolarmente all’ asse trasversale dell’ aereo, e la pallina rimane in equilibrio nella posizione centrale.

Quando invece una delle due forze prevale sull’altra, il peso apparente si inclina verso la forza predominante, trascinando con sé la pallina.

Una virata è detta derapata quando la forza centrifuga prevale sulla forza centripeta.

In questa situazione, indicata dallo strumento 2, il raggio di virata è eccessivo rispetto all’inclinazione dell’ ala.  Per riportare la pallina al centro e rendere coordinata la virata, si può alternativamente ridurre la forza centrifuga riducendo il raggio di virata mediante il timone di direzione, dando piede dalla parte verso cui è spostata la pallina, o aumentare la forza centripeta aumentando l’angolo di bank dando volantino dalla parte verso cui è inclinata la paletta.

Viceversa una virata è detta scivolata quando la forza centripeta prevale sulla forza centrifuga.

In questa situazione, indicata dallo strumento 3, essendo l’angolo di bank eccessivo rispetto al raggio di virata, si può coordinare la virata aumentando la forza centrifuga dando piede dalla parte verso cui è spostata la pallina, o riducendo la forza centripeta dando volantino dalla parte opposta a quella verso cui è inclinata la paletta.

Lo strumento 1 indica che l’aereo si trova in volo rettilineo con l’ala inclinata a destra, come, per esempio, durante la scivolata che è necessario eseguire in atterraggio per contrastare l’effetto della componente laterale del vento.

Una virata a sinistra coordinata è invece mostrata dai due strumenti.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Sugli aerei leggeri di più recente costruzione, al posto dell’indicatore di virata tradizionale si trova con sempre maggior frequenza uno strumento chiamato coordinatore di virata, lo strumento a sinistra, considerato dalla maggior parte dei piloti né più né meno che un indicatore di virata dall’aspetto diverso.

In effetti le differenze tra i due strumenti sono rilevanti, e, in certe situazioni, l’ignorarle può avere serie conseguenze.

Lo strumento nacque a metà degli anni sessanta, quando i tecnici della Brittain Industries, al fine di produrre un autopilota semplice e di basso costo, si proposero di impiegare l’indicatore di virata come strumento di controllo del rollio.

L’idea era di sfruttare le deflessioni della paletta per segnalare all’autopilota la necessità di azionare gli alettoni in senso inverso, così da mantenere l’ala livellata.

I risultati furono però deludenti, perché non s’era tenuto conto del fatto che l’aereo inclina l’ala ben prima di cominciare a virare, e l’azione correttiva dell’autopilota arrivava perciò con eccessivo ritardo.

Il problema fu risolto modificando l’indicatore di virata, in modo che fosse in grado di rilevare e indicare, oltre ai movimenti di imbardata, anche quelli di rollio, cosicché l’autopilota avrebbe potuto intervenire immediatamente per tenere l’ala livellata contrastando i movimenti di rollio.

La modifica consistette nell’inclinare l’asse Y del giroscopio di 36° rispetto all’asse longitudinale dell’aereo.

In tal modo il giroscopio reagisce, precessionando, sia ai movimenti di imbardata sia a quelli di rollio: dato che l’inclinazione di 36° dell’asse Y è pari a circa un terzo dell’angolo retto esistente fra l’asse longitudinale e quello verticale dell’aereo, la reazione del giroscopio ai movimenti di imbardata è circa doppia della reazione ai movimenti di rollio.

Poichè la modifica, oltre a risolvere il problema per cui fu introdotta, cambiò in modo significativo il comportamento dello strumento, i tecnici della Brittain ne modificarono anche il display sostituendo la paletta con la sagomina di un aereo, e decretarono la nascita di uno strumento completamente nuovo, cui diedero appunto il nome di coordinatore di virata.

In breve lo strumento cominciò a diffondersi anche sugli aerei non equipaggiati con autopiloti Brittain.

Per comprendere correttamente il funzionamento del coordinatore di virata conviene analizzarne separatamente il comportamento in imbardata e in rollata.

Se, per esempio, l’aereo viene fatto imbardare a sinistra mentre gli si mantiene l’ala livellata (come durante le virate in rullaggio), la sagomina dello strumento si inclina a sinistra in modo proporzionale al rateo di imbardata e si riporta in centro quando l’imbardata cessa.

La sagomina dà perciò l’impressione di indicare un angolo di bank anche se l’ala rimane orizzontale.

Similmente, se l’aereo vien fatto rollare a sinistra e gli si impedisce di virare dando piede contrario (come durante le scivolate), la sagomina si inclina a sinistra e rimane inclinata solo fin quando l’aereo rolla, a indicarne non l’angolo di bank, bensì il rateo di rollata.

Infatti, non appena la rollata cessa e l’aereo prosegue con l’ala inclinata a bank costante, la sagomina si riporta al centro, dando l’impressione che l’angolo di bank sia nullo.

Il coordinatore di virata offre il vantaggio di consentire il mantenimento dell’ala in assetto livellato né più né meno come fa l’autopilota per il controllo del quale è stato concepito: specialmente in caso di avaria all’impianto pneumatico dell’ orizzonte e del direzionale in condizioni IMC, per tenere l’aereo in assetto basta osservare la sagomina dello strumento e usare gli alettoni per tenerla orizzontale.

Per contro, il coordinatore di virata può generare confusione durante la rimessa da assetti inusuali.

Sse, per esempio, la sagomina è inclinata a destra, l’aereo sta rollando o sta imbardando? In effetti l’aereo si potrebbe muovere con una qualsiasi combinazione dei due movimenti, ma, dato che lo strumento reagisce a entrambi nello stesso modo, le sue indicazioni non permettono di sciogliere l’ambiguità.

Un altro svantaggio del coordinatore di virata è che il suo aspetto richiama in un certo senso quello dell’ orizzonte artificiale, e i piloti, come spesso accade, sono tratti in inganno e usano le indicazioni dello strumento in modo improprio.

Per concludere, il coordinatore di virata offre il massimo vantaggio come ausilio per il mantenimento dell’ala livellata e durante l’entrata e l’uscita dalle virate coordinate; si ricordi che, quando si entra in virata, la sagomina indica prima il rateo di rollata, e successivamente il rateo di imbardata.

Durante la rimessa dagli assetti inusuali, o durante il volo in aria turbolenta, invece, il coordinatore di virata è praticamente inutilizzabile, in quanto non consente di stabilire con certezza a prima vista cosa stia facendo l’aeroplano.

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