Innamorati degli slats!

Il titolo dice esattamente quello che vogliamo ottenere quando pratichiamo STOL: decollare corto e atterrare corto. Come dico sempre, puoi tentare qualsiasi missione con qualsiasi aereo che puoi pilotare, ma è ovvio che un aereo STOL avrà bisogno di alcune caratteristiche aggiuntive rispetto a qualsiasi altro aereo dell'aviazione generale. Devo dire che non mi interessano molto i decolli; gli aeroplani potrebbero avere accorgimenti STOL che aiutano a conseguire un decollo più o meno corto, ma c'è una caratteristica che compensa tutto, riguardo i decolli brevi: il rapporto Potenza/ Peso. Grandi motori su aerei leggeri, decollo corto, questo è (principalmente) tutto.

Sicuramente non è lo stesso per gli atterraggi brevi. Gli atterraggi corti richiedono una bassa velocità di avvicinamento e non è un effetto così immediato da raggiungere. C'è una storia ingegneristica enorme e molto profonda su come ottenere una portanza più alta da un'ala. Sicuramente, possiamo disporre di qualsiasi tipo di dispositivo di creazione di portanza extra su fusoliere, code e così via, ma la parte da padrona su questo aspetto la fa sicuramente l'ala. In particolare, sui piccoli aerei come i nostri, il camber dell’ala è tutto e lo possiamo cambiare fondamentalmente tramite 2 tipi di dispositivi che ci danno portanza extra: uno che è installato sul bordo di uscita (normalmente noto come flap) ed uno o più tipi che fanno il proprio lavoro sul bordo d'attacco (generalmente slats o generatori di vortici).
Questi sono due modi per produrre un aumento di portanza che la maggior parte degli influencers aeronautici, dei media e delle fashion victim dell'aviazione tendono a pensare che diano lo stesso effetto, ma che in realtà sono influenzati da enormi differenze nel modo in cui funzionano. E questa differenza è enormemente sottovalutata.

Quello sopra, dovrebbe essere un grafico abbastanza familiare per tutti voi. La linea verde, in particolare, rappresenta la dipendenza di Cl, il coefficiente di portanza (quindi la quantità di portanza stessa, per farla breve), dall'angolo di attacco, comunemente definito Alfa. A seconda della geometria dell'ala, la portanza varia più o meno linearmente con l'aumento dell'angolo di attacco, per cadere più o meno bruscamente all'angolo di attacco a cui si verifica lo stallo. L'aria non può continuare a circolare sull'ala, quindi per diversi motivi si stacca dal profilo e si verifica appunto il fenomeno di stallo.

A ogni dato alfa corrisponde una velocità relativa, ricorda!
Per volare lento, a 1 g, dovrai aumentare l'alfa per ottenere quel Cl che ti tiene in volo e avvicinarti più o meno all'angolo di attacco di stallo. Ora, per far atterrare un aereo, dobbiamo sicuramente rallentarlo, e cambiare il profilo con Flap e/o Slats è il modo comune che usiamo per farlo in sicurezza. Questo cambierà il camber della nostra ala e ci darà semplicemente un nuovo profilo, che vola più lentamente. Allo stesso angolo di attacco dell'ala pulita, ora c'è una relazione con una velocità inferiore, rispetto a prima

Ciò che si evince dalla linea blu del grafico sopra è invece il modo in cui i flap generalmente funzionano per aumentare la portanza, quando sono estesi. Esistono molti tipi di flaps del bordo d'uscita e tutti lo fanno spostando la curva di portanza, in modo leggermente diverso l'uno dall'altro, ma il punto è che aumentano la portanza totale curvando l'ala, aumentando così CL e, in generale, diminuendo un po’l'angolo di attacco massimo che posso ottenere. Quindi, se la tua ala pulita si ferma generalmente a circa 12 gradi di alfa, diciamo che un'ala sporca porterà il tuo alfa di stallo a 9 gradi. Con i Flaps cambiate il tipo di rapporto tra alfa e CL, dandovi un CL molto più alto e un'alfa più bassa. Ciò significa che si può volare più lentamente con lo stesso alfa in cui sei stato in configurazione di crociera, ad esempio.
La velocità corrispondente a quello specifico alfa, ora è cambiata!

Prima di essere ucciso da qualche fanatico degli Slats vado dritto al punto: gli slats funzionano!
È il modo in cui lavorano nella produzione di portanza che a volte non è ben compreso e capire quali ipersostentatori si adattano meglio alla missione è la cosa fondamentale, qui.

La linea rossa nel grafico è ciò che fanno gli slats alla tua portanza. Un modo rapido per ricordare questa cosa è aggiungere una linea a forma di slat davanti al grafico Cl vs Alpha! Sì, quella linea rossa non assomiglia a un vero slat?? Comunque, andiamo oltre la mia immaginazione tecnica.

Come vedi dal grafico, gli slats ti aiutano a darti più Cl, quindi più portanza, ma in un modo che non sempre aiuta. Ti danno un angolo di attacco di stallo più alto. Quindi, come abbiamo detto per i flap, ciò che cambia davvero la tua velocità minima è che ora, con gli slats estesi, stai esplorando una regione del tuo alfa che prima non era possibile. Il tuo stallo alare pulito di 12 gradi, ora è spinto molto più in alto rispetto a prima, e gli slats sono così efficienti nel farlo, che potresti facilmente ritrovarti a volare vicino a 20-22 gradi di alfa. La capacità di estendere quella curva Cl vs Alfa ti mette in una regione di velocità che prima non era possibile. Man mano che l'alfa avanza, le tue velocità "volabili" diminuiscono. Quindi, ciò che fanno davvero le slats è gestire angoli di attacco più elevati e qui sotto c'è un esempio piuttosto carino:

Sì, questo non è sicuramente un aereo STOL, ma la deflessione automatica degli slats in funzione di alfa che opera il Flight Control System dell’F16 è molto utile per capire come funzionano i dispositivi di bordo di attacco con il flusso d'aria. Se torni alla clip, noterai che dopo un passaggio ad alta velocità, tirare tutta la barra indietro per andare in verticale non defletterà così tanto gli slats.

Siamo ad alta velocità, l'alfa che ne deriva, è abbastanza basso da non far stallare l'ala. Il punto in cui hai bisogno di portanza, invece, è in cima al loop e una tirata brusca porterà la tua ala ben oltre lo stallo; quindi il sistema di controllo dispiegherà immediatamente le slats. Sui nostri aerei leggeri, i dispositivi di bordo di attacco funzionano allo stesso modo. Non abbiamo molti G (ma se andate a vedervi l'articolo sul Savage Norden, scoprirete che con gli slats estesi il rateo di virata aumenta, in una virata accentuata), ma il concetto è sempre lo stesso: più slat, più alfa. Più alfa, velocità minime più basse.

In quanto piloti di backcountry, STOL e di montagna, abbiamo sempre la stessa richiesta iniziale da fare al progettista dell'aereo: "per favore, dammi una velocità di stallo più bassa". Una velocità di stallo bassa significa una velocità di avvicinamento inferiore e migliori possibilità di mettere le ruote in quel campo corto su cui stiamo cercando di atterrare. Ma è davero tutto ciò di cui abbiamo bisogno? Voglio dire, abbiamo discusso di prestazioni, fino ad ora.
Le prestazioni sono tutto ciò che dobbiamo portare con noi durante il nostro viaggio domenicale nella natura selvaggia?

Assolutemente no! Il punto è, e sarà sempre: "Quanto è facile atterrare in quella piccola striscia d’erba?"

Ho trovato queste clip su Internet e ho pensato che fossero abbastanza esplicative. Su questo Carbon Cub c'è un bello "sbilanciamento" su come sta producendo portanza extra. Invece di far sì che i flap del bordo d'uscita lo producano, le modifiche vanno a far funzionare il bordo d'attacco per il nostro obiettivo di atterrare corto.
Quello che voglio dire è: "questo atterraggio ti sembra del tutto apposto"? Quando fai un avvicinamento o a che solo il finale ad un angolo di attacco elevato, ci sono molte cose che potrebbero diventare un po' marginali:

1. Visibilità:
Prima di tutto, mentre ottenere più portanza dai tuoi flap generalmente ti mette in una situazione molto migliore dal punto di vista della visibilità frontale disponibile, abbassare la velocità di atterraggio utilizzando soprattutto dispositivi di bordo di attacco ci darà una velocità inferiore solo ad alto angolo di attacco , il che significa anche angoli di assetto longitudinale elevati. Non è scienza astratta capire che quegli avvicinamenti ad alto angolo di attacco/assetto limitano molto la tua visibilità frontale. Avvicinarsi a una superficie sconosciuta e, molto probabilmente, irregolare senza controllare fino all'ultimo il punto di atterraggio? Beh, non con me a bordo, per favore!

2. Gust Response e autorità di controllo:
La risposta alle raffiche è qualcosa che sottovalutiamo molto sui nostri aereoplanini. La combinazione della sensibilità di controllo (quindi, ad esempio, quanta velocità di rollio si può ottenere per un piccolo input di stick laterale), il carico alare molto basso e alcune delle caratteristiche meccaniche dei controlli di volo, possono indurci a reagire tardivamente e inefficientemente a raffiche laterali e verticali, sbalzi di vento e shear a bassa quota. I cambi di direzione del vento sono normali quando si atterra in luoghi con fila di alberi, cespugli o pendii che cambiano continuamente. Volare l'intero avvicinamento o anche solo il finale al limite del tuo angolo di attacco critico (hai scelto di abbassare la tua velocità minima con gli slats, non con i flap, quindi sei costretto a farlo per massimizzare le tue prestazioni) esaspererà tutte le debolezze della risposta alle raffiche del tuo aereo. Un leggero cambiamento nelle componenti verticali o laterali del tuo vento relativo metterà in difficoltà l'efficienza dei tuoi alettoni, forse anche la tua coda e delle tue tip alari. Non sto nemmeno pensando ad uno stallo asimmetrico (con le ben note conseguenze), ma anche un improvviso abbassamento di portanza su un'ala ti sorprenderà in modo sgradevole.

3. Gestione della massa del motore:
Muso alto, la massa del motore sopra la tua testa che inizia a muoversi in una direzione. Anche questa è anche una componente di dinamica con cui non vuoi avere a che fare. Un motore sopra il tuo baricentro durante l'avvicinamento è una massa in condizioni instabili, rispetto a quando avendolo puntato verso terra come in qualsiasi avvicinamento normale in primo regime; in questo caso è come un pendolo stabile, che tende a smorzare le oscillazioni.

4. Slats "automatici":
Ok, devo dire che non mi piace questa soluzione. Sembra interessante, a basso impatto sul carico di lavoro pilota (Cooooosa? Agire su uno switch è considerato carico di lavoro per il pilota ??), ma questa roba può metterti nei guai. La retrazione asimmetrica degli slats lungo l'ala farà tornare una delle tue ali alla configurazione da crociera, ma lo farà mentre stai volando con un angolo di attacco estremo che la tua ala da crociera non può affrontare! Se si scelgono gli slats, questi devono essere sempre simmetrici e, possibilmente, comandati dal pilota!

Ora, questo atterraggio è davvero singolare. Sicuramente non consiglierei quel tipo di atterraggio su una superficie in pendenza. Non ho idea di cosa ho davanti, con un sink rate elevato (quel tipo di atterraggio in realtà è tutto sulle spalle di un buon carrello, non certo sull'abilità del pilota) che su terreno alpino, ad esempio, può aprire buche su terreno morbido, scoprire buche di cinghiale o sassi nascosti che con un atterraggio più morbido sarebbero assolutamente trasparenti al pilota.

Alla fine, è sempre una questione di equilibrio. Gli aeroplani, specie quelli leggeri, pilotati non necessariamente da piloti super abili, devono essere bilanciati. E l'equilibrio tra dispositivi su bordo di attacco e flap non fa eccezione. L'installazione di generatori Vortici dello strato limite, ad esempio, è un ottimo compromesso. Estendono l'angolo di attacco della tua ala esattamente come fanno gli slats, ma in modo meno estremo. Il passaggio dall'assetto di volo normale a quello in cui iniziano a lavorare i VG è decisamente più agevole di quello richiesto dagli slats;
inoltre la sovrapposizione all’effetto dei flap che hanno rispetto agli slats non è così schiacciante. Gli slats tendono a coprire e compensare fortemente l'effetto deli flap standard, mentre i VG tendono a lasciare a loro il duro lavoro di migliorare il tuo coefficiente di portanza, ma dandoti un margine sull’alfa più sicuro con cui lavorare.

Gli slats comunque non sono poi così male, ma devono essere utilizzati su aerei che dispongono già di un buon ed efficiente sistema di flap.
Gli slats, per esempio, sono buoni per le competizioni STOL, in cui voli allineato al vento e devi letteralmente far cadere il tuo aereo su una linea. Avere gli slats ti da sempre un buon margine di sicurezza sul tuo alfa di stallo, ma i flap dovrebbero essere quelli che fanno l'80% del lavoro nel creare portanza extra. Non comprerei un aereo STOL "a base di slats" per il volo in montagna, poiché l'ambiente ventoso, turbolento e accidentato in cui si sviluppa quel tipo di volo, si adatta meglio alle caratteristiche dei flaps di bordo d'uscita ben sviluppati.

Quindi, facciamo attenzione alle mode e alle voci quando scegli un aereo per una missione. Scegli saggiamente basando la tua decisione su un solo elemento: quanto quell'aereo ti rende la vita facile nella missione che hai scelto.

Jack!