Il piano di coda orizzontale dell’MD-80

Il piano di coda orizzontale dell’MD-80

Il controllo longitudinale dell’MD-80 si ottiene tramite le seguenti superfici aerodinamiche:

- Uno stabilizzatore mobile utile al trimmaggio dell’aeromobile e azionato appunto dal trim;
- Un elevatore, aerodinamicamente bilanciato;
- Una serie di alette (tabs) incernierate in prossimita’ del bordo di uscita dell’elevatore (a tal proposito osservare gli schemi tecnici riportati nelle pagine seguenti: il primo piu’ semplice, il secondo piu’ dettagliato).

Lo stabilizzatore e’la superficie anteriore del piano di coda; e’ una superficie unica, per cui quando il pilota aziona il “trim switch”, un motore elettrico muove una vite senza fine che sposta solidalmente sia il semi-stabilizzatore destro, sia quello sinistro.
Il movimento di questa superficie, come detto, serve a trimmare il velivolo alle varie velocita’ e configurazioni di volo.
L’elevatore e’ la superficie posteriore del piano di coda, e’ aerodinamicamente bilanciato, non e’ collegato alla barra di pilotaggio e il semi-elevatore destro non e’ collegato al semi-elevatore sinistro. In altri termini le due semi-superfici, non essendo meccanicamente collegate ne’ con la barra di pilotaggio e nemmeno tra di loro, ma essendo solo aerodinamicamente bilanciate, possono trovarsi in posizioni anche diametralmente opposte quando il velivolo e’ fermo al suolo.
Infatti, in tal caso, il vento relativo che investe le due semi-superfici puo’ essere anche notevolmente differente (basta pensare all’effetto schermo che il piano di coda verticale ha nei confronti della semi-superficie sottovento quando ad esempio il vento spira al traverso rispetto all’orientamento del velivolo) e proprio per questo la semi-superficie sopravento verra’ spinta in una posizione differente rispetto a quella sottovento. Non appena il velivolo inizia la sua corsa di decollo, il vento relativo torna ad essere sostanzialmente uguale per le due semi-superfici, ed ecco che queste riacquistano immediatamente la stessa posizione.

Veniamo ora alla serie di alette prima accennate.
Piu’ dettagliatamente, il velivolo ha 6 piccole alette incernierate dietro l’elevatore: ogni semi-elevatore ne ospita 3. Esse sono cos“ denominate:
- Control tab (1 per ogni semi-elevatore);
- Geared tab (1 per ogni semi-elevatore);
- Anti-float tab (1 per ogni semi-elevatore).
(Riferirsi agli schemi).

La barra di pilotaggio e’ collegata solamente alle 2 control tabs le quali, muovendosi, generano una forza aerodinamica che e’ in grado di spostare l’elevatore in direzione opposta.
Sicche’, in realta’, l’elevatore e’ sempre il responsabile ultimo dei movimenti a cabrare ed a picchiare del velivolo, ma nel velivolo MD-80 il pilota non muove direttamente l’elevatore, ma due piccole superfici di controllo che a loro volta spostano lÕelevatore. Naturalmente esistono velivoli nei quali il pilota muove l’elevatore. Tuttavia l’MD-80 e’ un velivolo con una catena di comandi di volo a cavi, molle e rinvii; non possiede martinetti idraulici (fatta eccezione per un unico martinetto idraulico, utilizzato solo in caso di “deep stall”) che consentono al velivolo di cabrare e picchiare, per cui, visto l’inviluppo di volo del velivolo, il pilota non sarebbe stato fisicamente in grado di muovere direttamente una superficie cosi’ ampia come quella dell’elevatore senza un qualche ausilio.
Cosi’ il progettista ha realizzato queste “control tabs” che, collegate direttamente alla barra, permettono al pilota con la sola forza muscolare di governare un velivolo che puo’ pesare anche oltre 66,5 tonnellate al suolo. Quindi, passando ad un esempio, se il pilota desidera picchiare, muove la barra in avanti: tale movimento sposta verso l’alto le due control tabs che, essendo incernierate in prossimita’ del bordo d’uscita dell’elevatore, trascinano verso il basso il bordo di uscita dell’elevatore stesso e quindi tutta la superficie. Non appena tutto l’elevatore comincia a spostarsi verso il basso il velivolo inizia a picchiare.
Questo funzionamento e’ sempre vero fino a quando il velivolo trasla in avanti, ma quando il velivolo e’ fermo al suolo il vento puo’ investire l’elevatore e le sue superfici lateralmente o addirittura in senso opposto. In tal caso, ecco che si possono avere delle strane ed innaturali posizioni dell’elevatore: anche qui facciamo un esempio prendendo spunto dalla foto allegata al testo della tua lettera.
Quando l’equipaggio lascia il velivolo, la barra si posiziona naturalmente leggermente in avanti (a picchiare); se supponiamo che il vento abbia investito il velivolo da ore “8″ (condizione alquanto frequente a Reggio quando il velivolo si trova sul piazzale) il semi-elevatore sinistro risultera’ investito da una corrente che procede lateralmente dal bordo di uscita verso il bordo di entrata e quindi in maniera opposta rispetto a quella concepita dal progettista. Tale vento quindi trovera’ la contol tab del semi-elevatore sinistro rivolta verso l’alto (barra del pilota leggermente in avanti) e quindi investendo la superficie in senso opposto a quello di progettazione, invece di spingerla verso il basso, la spingera’ verso lÕalto. L’aletta a sua volta tirera’ verso l’alto il bordo di uscita dell’elevatore che a sua volta si deflettera’ verso l’alto esponendosi ancora maggiormente al vento che finira’ per muovere tale superficie completamente a fondo corsa verso l’alto.
Ecco allora che, come nella foto, sia il semi-elevatore sinistro, sia la control tab sono completamente deflessi verso l’alto. Lo stesso vento, poi, prima di cercare di investire la control tab ed il semi-elevatore destro, investira’ la deriva del velivolo. Poiche’ per ipotesi il vento soffia da ore “8″ (quindi quasi ortogonalmente rispetto al piano della deriva) la deriva offre uno scudo a tutte le superfici poste sottovento e quindi anche alla control tab posta sul semi-elevatore di destra.

Quindi in mancanza di sufficiente pressione dinamica la control tab di destra non e’ in grado di sollevare il semi-elevatore di destra che quindi sara’ libero (in funzione dell’equilibrio che di volta in volta si viene a creare tra il suo peso e quello della forza aerodinamica che agisce direttamente sulla superficie stessa) di assumere la posizione di equilibrio: neutra, completamente rivolta verso l’alto o addirittura completamente rivolta verso il basso (in totale contrasto con il semi-elevatore sopra-vento).
Il funzionamento descritto in precedenza e’ alla base delle strane posizioni che, a volte ed unicamente al suolo, i due semi-elevatori assumono: per quanto concerne le altre 4 alette, esse sono essenzialmente di ausilio e migliorano la risposta del velivolo nelle varie condizioni di volo e trimmaggio. In particolare le 2 geared tab, una per ogni semi-elevatore (osservare schemi tecnici), sono direttamente collegate allo stabilizzatore e non hanno alcun collegamento con la barra di pilotaggio: quando ogni semi-elevatore si muove (grazie ad un cinematismo fissato ad un estremo allo stabilizzatore ed all’altro alla gear tab) immediatamente anche le gear tabs si spostano in direzione coincidente alle control tabs. In altri termini le gear tabs replicano perfettamente il movimento che il pilota compie con le control tabs, ma non essendo collegate alla barra potenziano il meccanismo che serve a spostare lÕelevatore con il vantaggio di non indurire la barra di comando del pilota. Infine veniamo alle anti-float tabs (osservare schema tecnico). Quando il velivolo e’ in configurazione di atterraggio e con il baricentro molto avanzato il pilota, per trimmare il velivolo (e quindi ridurre gli sforzi di barra), deve spostare il bordo di entrata dello stabilizzatore molto in basso. Tutto cio’ fa si’ che tale superficie sia molto inclinata rispetto al flusso relativo dell’aria, generando cosi’ la necessaria deportanza che serve ad equilibrare il velivolo.
Ma alla fine dello stabilizzatore ci sono i due semi-elevatori che, non essendo collegati ad alcun meccanismo fisso, tenderanno ad abbassare il loro bordo di uscita ed ad adagiarsi nel letto del vento (tenderanno cioe’ a flottare per ridurre al minimo la loro resistenza).
Tale movimento, se non contrastato, ridurrebbe l’efficacia del complesso stabilizzatore-elevatore e ridurrebbe quindi le capacita’ di trimmaggio del velivolo in configurazione di atterraggio e con baricentro avanzato. Quindi la Douglas ha aggiunto, nella parte esterna dei due semi-elevatori, due anti-float tabs (una per ogni semi-elevatore) per migliorare l’autorita’ di trim a cabrare del velivolo nel campo 10°-12° di incidenza dello stabilizzatore. Queste due alette sono collegate allo stabilizzatore, ma si attivano verso il basso unicamente quando il pilota, per trimmare il velivolo, e’ costretto ad utilizzare oltre 10¡ di stabilizzatore a cabrare. In altre parole, quando il pilota e’ costretto ad utilizzare lo stabilizzatore oltre i 10¡ di trim a cabrare (bordo di entrata dello stabilizzatore rivolto verso il basso), l’elevatore non riuscirebbe a seguire naturalmente tale movimento. Invece, grazie al movimento verso il basso delle anti-float tabs, il bordo di uscita dell’elevatore e’ in grado di spostarsi verso l’alto e fare quindi una superficie unica con lo stabilizzatore rendendo efficace la capacitˆ di trim della macchina anche a velocita’ di atterraggio ed ad baricentri molto avanzati.

Per quanto concerne il Circling a Reggio, ancorche’ leggermente differente, esso non si discosta troppo rispetto a quello standard Alitalia. Quindi come tutti i Circling, per gli aeromobili di classe C, qual e’ l’MD-80, il circuito (Doc-8168) deve essere compreso entro i 4.2Nm a cavallo dell’asse pista (tale spazio rappresenta l’area entro cui viene sempre assicurata la separazione di almeno 400 feet da ogni ostacolo li’ eventualmente contenuto. 4.2 Nm dato dalla formula 2R+S, dove R il raggio di curvatura in Nm del velivolo alla massima velocita’ prevista per la classe di velivolo in questione durante il Circling - la velocita’ massima durante il Circling e’ 180 kias per l’MD-80 - e con 25 kts di vento in coda durante la virata ed S e’ il segmento fisso, una costante, che per l’MD-80 vale sempre 0.5Nm).
Poi, per rispettare i predetti vincoli, normalmente, in funzione del peso del velivolo, il sottovento si esegue ad una velocitˆ di circa 160 Kias con i flaps a 15¡ (e per norma di Compagnia anche con il carrello esteso. Tale procedura e’ cambiata da poco, infatti qualche tempo fa il carrello si estendeva poco prima della virata base) portandosi gradualmente a 1000feet AGL. In virata base, iniziata a 1000 feet AGL e dopo essersi allontanati 30 sec. rispetto al traverso dell’asse pista (normalmente il circling a 1000 feet AGL impone un allontanamento massimo di soli 20 sec. ed e’ proprio questa l’unica variazione del Circling a Reggio rispetto a quello standard Alitalia), si estendono i flaps a 28¡ e si riduce la velocitˆ a circa 145 - 150 Kias in funzione del peso; si attraversano dei punti orografici caratteristici a delle quote ben precise e quando si e’ prossimi al finale si estendono i flaps a 40¡ e si riduce la velocita’ gradualmente a quella finale.
Infine veniamo al calcolo dellÕinclinazione da dare allo stabilizzatore durante il decollo. L’inclinazione dello stabilizzatore in decollo e’ fondamentale; infatti un errato calcolo potrebbe rendere il velivolo estremamente pesante durante la rotazione oppure estremamente leggero, cosi’ da anticipare eccessivamente la manovra di involo e toccare la coda, stallare il velivolo o farlo entrare in eccessivo secondo regime; infine nei casi estremi potrebbe addirittura non consentire al pilota di ruotare il velivolo alle velocita’ previste. La posizione dello stabilizzatore e’ funzione di due variabili: l’estensione dei flaps al momento dell’involo ed il CG del velivolo al decollo. La Douglas ha realizzato nel gruppo manette dell’MD-80 un computer meccanico che, appunto meccanicamente, mostra i gradi che deve assumere lo stabilizzatore al momento del decollo in funzione dell’estensione dei flaps che il pilota intende usare per decollare e in funzione del baricentro del velivolo. Quando il Cpt riceve i documenti ufficiali dallo Scalo aziona due ruote graduate (una per i flaps ed una per il CG) in maniera che il valore di flaps scelto per il decollo ed il valore ottenuto dallo scalo, per quanto concerne il CG, appaiano in corrispondenza a dei segni di riferimento. Di conseguenza in una finestrella ben precisa appare il valore di deflessione in gradi da dare allo stabilizzatore per il decollo e, a questo punto, il Cpt agisce sul trim longitudinale fino ad ottenere tale valore.

Il trim dello stabilizzatore orizzontale

Il trim agisce sull’Horizontal Stabilizer (e quindi meccanicamente sulla Antifloat Tab) ed e’ comandato dagli interruttori sul volantino, comandati da un pulsante a tre posizioni (0 - su - giu) posti nella parte di sinistra del volantino stesso, e/o dalle maniglie (switch-levers) sulla piantana centrale (con movimenti di un terzo di grado al secondo) oppure dalle piccole switch-levers (di colore giallo) tra le shutoff del carburante sotto le manette (ma con movimenti di un decimo di grado al secondo).

Nella struttura dell’equilibratore dell’ MD-80, esistono 3 tipologie di servoalette (vedi schema allegato “MD 80 tabs”). La prima posta vicino alla radice della coda si chiama CONTROL TAB, poi ne abbiamo una in posizione centrale che si chiama GEAR TAB, ed infine una all’estremitˆ esterna dell’equilibratore che si chiama ANTI FLOAT TAB.
Diciamo che gli equilibratori si muovono simmetricamente, ed il loro movimento normalmente e’ ottenuto tramite due servoalette aiutato da due ulteriori alette automatiche le Gear Tab.
Gli equilibratori quindi si muovono quando le due servoalette raggiungono una posizione uguale o superiore a 10¡ di comando a picchiare. Due alette smorzatrici che sono le ANTIFLOAT TAB, prevengono fluttuazioni verso il basso degli equilibratori quando lo stabilizzatore raggiunge la posizione di 10¡ di comando per il velivolo a cabrare.
Pertanto in ogni fase del volo a cabrare o a picchiare, prima intervengono le servoalette, e poi quando abbiamo raggiunto il valore in gradi indicato, ecco che gli equilibratori si muovono secondo l’escursione richiesta.
Il comando degli equilibratori parte da due barre rigidamente interconnesse tra di loro. Da ogni barra, un circuito di cavi va a comandare due quadranti completamente indipendenti tra di loro. I due quadranti azionano due complessi meccanici di comando delle servoalette.

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