Passo dell'elica

[Umbe]

Qualcuno riesce a spiegare in maniera semplice (e con qualche esempio) cos'e' il passo geometrico dell'elica, in che rapporto e' con l'angolo di calettamento e in che maniera il passo variabile migliora il rendimento degli aerei rispetto agli elica a passo fisso?

grazie

[filippo1974]

Ciao,

ti posso dare qualche indicazione in merito al discorso sul rendimento.

Allora, tutto parte da una semplice relazione fisica: quando applichi una forza ad un corpo e questo si sposta (per effetto appunto della forza che gli hai applicato) con una certa velocità, il prodotto tra intensità di questa forza per la velocità è la potenza.

Ora, l'elica è lo strumento tramite il quale la potenza erogata dal motore viene tradotta in spinta che l'aereo utilizza per le sue operazioni.
La spinta fornita dall'elica è l'intensità della forza applicata; quest'ultima, moltiplicata per la velocità che l'aereo ha in un determinato istante, mi dà la potenza disponibile a quella velocità. Il rapporto tra la potenza disponibile e la potenza che il motore sta erogando (rapporto che è sempre minore di 1, altrimenti avremmo un'elica ideale che non ha dissipazioni, irrealizzabile in realtà) è il rendimento dell'elica a una determinata velocità.

Supponiamo di decollare: all'inizio l'aereo è fermo, il pilota dà tutta potenza. Man mano che l'aereo accelera la velocità aumenta, e con essa la potenza disponibile (in quanto prodotto della spinta dell'elica per la velocità). Tuttavia, man mano che la velocità aumenta la direzione del vento relativo rispetto alle pale dell'elica varia, facendo diminuire il valore dell'angolo di attacco (che è l'angolo formato dalla direzione del vento relativo con le pale dell'elica). Risultato, la spinta progressivamente diminuisce. Quindi la potenza disponibile, che alle velocità più basse cresce pressoché linearmente, all'aumentare della velocità rallenta la sua crescita, fino a raggiungere un picco e poi iniziare a diminuire. La potenza applicata dal motore all'elica dal canto suo è funzione della posizione della manetta e del numero di giri che il motore compie. Sovrapponendo gli andamenti della potenza erogata dal motore e della potenza disponibile fornita dall'elica al variare della velocità, deduciamo che esiste una velocità specifica dove il rendimento dell'elica raggiunge il suo massimo, perché lì è minimo il divario tra potenza erogata dal motore e potenza disponibile fornita dall'elica.

L'elica pertanto, se a passo fisso, viene tarata in modo da ottenere il rendimento massimo intorno alle velocità alle quali l'aereo verrà impiegato di più. Per aerei STOL, per esempio, il passo sarà molto corto, in modo che il rendimento massimo sia raggiunto alle velocità di decollo/avvicinamento o poco sopra. Aerei destinati a lunghi voli in crociera invece, ammesso che abbiano eliche a passo fisso le avranno preferibilmente con un passo piuttosto lungo, grazie a cui il rendimento massimo si raggiunge a velocità di crociera. E' tuttavia chiaro che così facendo tu "condanni" il rendimento dell'elica a essere massimo solo in una particolare condizione di impiego.

L'elica a passo variabile, invece, consente di ottenere l'equivalente di tante eliche diverse, dove ciascuna è ottimale per una diversa fase del volo.

Per quanto ne so io, il meccanismo attualmente più diffuso sugli aerei è quello dell'elica a passo variabile e giri costanti: il pilota agisce sui comandi per impostare un regime di rotazione da mantenere per una determinata fase del volo. In funzione di questo input, il governor (il meccanismo preposto al controllo dell'angolo di calettamento delle pale) registra ad ogni istante il regime di rotazione effettivo del motore, e in base allo scostamento rispetto al regime desiderato varia di conseguenza il passo dell'elica.

Ciao
Filippo

[pdani]

Al passo geometrico rispondo io:
in pratica non è altro che la distanza che compirebbe l'elica in un suo giro completo se fosse idealmente immersa in un fluido incomprimibile.
Passiamo ad un'esempio: se tu immagini l'elica che gira e avanza lasciando traccia del suo passaggio, vedrai che quello che ottieni assomiglia molto al filetto di una vite, se non ci fossero perdite dovuto allo spostamento dell'aria essa compirebbe dei giri lunghi appunto quanto il passo geometrico.

[Umbe]

Grazie ad entrambi per l'ottima spiegazione.

Se ho capito bene il passo geometrico sarebbe l' "avvitamento teorico" (passatemi il termine orrendo) che farebbe l'elica se non incontrasse l'aria nel momento in cui realmente si sposta.

Ma in che rapporto sta la variazione dell'angolo di calettamento della pala con la variazione del passo geometrico? (qualcosa e' detto nella parte centrale della risposta di filippo, ma la relazione non mi e' del tutto chiara)

Siete gentilissimi...

[filippo1974]

Ma in che rapporto sta la variazione dell'angolo di calettamento della pala con la variazione del passo geometrico? (qualcosa e' detto nella parte centrale della risposta di filippo, ma la relazione non mi e' del tutto chiara)

Ciao,

così ragionando "spannometricamente" puoi dire che all'aumentare dell'angolo di calettamento aumenta il passo geometrico.

Ricordando che l'angolo di calettamento è l'angolo formato tra il piano di rotazione delle pale e la corda alare delle pale stesse, avrai notato che le pale dell'elica non hanno un angolo di calettamento costante: esso è tanto più elevato quanto più ci si avvicina verso l'ogiva dell'elica. La ragione di ciò è facilmente intuibile se pensi che le pale, nella loro parte più vicina all'ogiva, ruotano meno velocemente (velocemente inteso come velocità periferica) rispetto alla loro parte più periferica, e ciò viene compensato da un angolo di calettamento diverso in ogni punto della pala, per cercare di offrire una spinta quanto più uniforme possibile lungo tutta la pala.
Non avendo un angolo di calettamento uniforme lungo tutta la pala, si considera, se non ricordo male, per convenzione l'angolo di calettamento preso ad una distanza dall'ogiva pari a 7/10 della lunghezza totale della pala.

Se aumenti l'angolo di calettamento, chiaramente in un singolo giro l'elica compierebbe un avanzamento (teorico) maggiore... un po' come una vite che avesse una filettatura più "inclinata" (diciamo così, non so se esiste una nomenclatura specifica) avanzerebbe maggiormente nella sua sede per un singolo giro di cacciavite.

Tra parentesi, proprio volendo pensare alla similitudine con le viti, anche lì si parla di passo, definito come la distanza tra due filetti consecutivi.

http://it.wikipedia.org/wiki/Passo_%28meccanica%29

Ciao
Filippo

[pdani]

Se ho capito bene il passo geometrico sarebbe l' "avvitamento teorico" (passatemi il termine orrendo) che farebbe l'elica se non incontrasse l'aria nel momento in cui realmente si sposta.

Non tanto se non incontrasse l'aria, ma se l'aria non si spostasse minimamente quando viene colpita dalla pala dell'elica, cosa che invece succede (e per fortuna, sennò, non creandosi depressione sull'estradosso dell'ala, non si volerebbe).

[Umbe]

Non tanto se non incontrasse l'aria, ma se l'aria non si spostasse minimamente quando viene colpita dalla pala dell'elica, cosa che invece succede (e per fortuna, sennò, non creandosi depressione sull'estradosso dell'ala, non si volerebbe).

Cio' significa che il regresso e' dovuto all'azione dell'elica sull'aria spostata, cosa quest'ultima che realizza la trazione? E' corretta questa intuizione?...

[grissom]

Cio' significa che il regresso e' dovuto all'azione dell'elica sull'aria spostata, cosa quest'ultima che realizza la trazione? E' corretta questa intuizione?...

diciamo che per il terzo principio della dinamica tu fornisci una spinta alla massa d'aria spostandola con l'elica e per questo ti trovi una forza che spinge l'aereo in avanti.

per quanto riguarda la relazione diretta tra passo e calettamento e' una relazione geometrica:
P=2*pi*r*tg(b)
con
P: passo
r: raggio a cui consideri il calettamento
b: calettamento

ciao
Ale

[alainvolo]

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[Umbe]

man mano che la velocità aumenta la direzione del vento relativo rispetto alle pale dell'elica varia, facendo diminuire il valore dell'angolo di attacco (che è l'angolo formato dalla direzione del vento relativo con le pale dell'elica). Risultato, la spinta progressivamente diminuisce.

Molte cose mi sono piu' chiare, ringrazio tutti del contributo.
Quotando filippo1974 volevo chiedere, perche' il vento relativo rispetto al profilo delle pale varia con la velocita'? Capisco che varia l'intensita' del vento relativo sulle pale, ma come varia l'angolo di incidenza? Cosa mi sfugge?

ciao

[filippo1974]

In effetti questo fenomeno non è così intuitivo da immaginare.

Prova a metterti "nei panni" di una delle pale dell'elica mentre questa gira. Supponiamo per semplicità che non ci sia vento; quando l'aereo è fermo al suolo e non si sposta, la pala nel suo moto incontra aria ferma; visto dal punto di vista della pala, questo "vento" che investe la pala è parallelo al disco di rotazione dell'elica, e quindi in ogni punto della pala l'angolo di incidenza (ovvero l'angolo formato dalla corda alare della pala con la direzione del vento relativo) è pari all'angolo di calettamento in quel punto della pala.

Ora, se l'aereo inizia a muoversi, man mano che la velocità cresce, il vento relativo comincia ad avere una direzione non più parallela al disco di rotazione dell'elica, ma inclinata, tanto più quanto più alta è la velocità, proprio perché l'elica non è ferma, ma "va incontro" al vento, dato che l'aereo si sposta. Di conseguenza, l'angolo di incidenza formato tra il vento relativo e la corda alare non è più pari all'angolo di calettamento, ma va diminuendo tanto più quanto più velocemente l'elica avanza nell'aria. E quindi la spinta esercitata dall'elica cala di conseguenza.

Non so se ora è un po' più chiaro...

Ciao
Filippo

[FAS]

queste fgure possono aiutare le parole

[TKO]

se si prende un foglio e lo si taglia a triangolo rettangolo e poi lo si arrotola si riesce a visualizzare in 3D l'immagine del passo geometrico di una sezione della pala dell'elica.

cia