Eliche controrotanti: la colpa è dell'effetto P

[Mach .99]

Mi allaccio per un attimo alla domanda dell'amico Carlo sul post del 737MAX e ne prendo spunto per fare chiarezza su ste famose eliche controrotanti dei bimotori.

premessa:
Su aerei piccoli, in genere a pistoni a volte si trovano eliche che girano in senso inverso, e precisamente la sinistra destrorsa (oraria) e a destra sinistrorsa (antioraria) dando per scontato che il senso va guardato nella direzione di marcia, cioè da dentro l'aereo; questo viene ottenuto modificando alcuni elementi meccanici del motore. Sui pistoni, perchè sui turboprop l'inversione della rotazione comporterebbe una modifica più profonda a livello di tutto l'albero turbina/compressore, praticamente un nuovo motore.

ok, detto questo specifichiamo che questo viene fatto unicamente per diminuire la differenza di trazione asimmetrica in caso di piantata di un motore.

Solo diminuire? differenza di trazione? perchè?

perchè la fisica e l'aerodinamica ci insegnano che in un'elica che gira col suo asse non parallelo all'asse di traslazione il percorso della pala che scende dal top del disco di rotazione fino al punto più basso avanza nel flusso d'aria, e quindi il vento relativo risulterà maggiore, mentre la sua pala gemella che sale, al contrario retrocede nel flusso avendo così una risultante di vento relativo inferiore.


Vento relativo è uguale a portanza che si genera, quindi una pala che scende crea più portanza di una che sale. In un aereo in salita però, se l'aereo è livellato le 2 pale creano la stessa portanza.

Quando controrotanti, le pale sono controrotanti verso l'interno perchè in questo modo la pala che scende sta dalla parte della fusoliera, risparmiando così quel metro di braccio rispetto ad una posizione esterna all'asse di rotazione, lontano dalla fusoliera.

E credetemi, quando pianta motore su bimotori con poca potenza tutto fa, pure quegli 80/90 cm di braccio in meno, dal momento che la fusoliera imbardata od il timone tutto da una parte creano una resistenza mostruosa.
Con motori potenti invece l'esubero di potenza aiuta a mantenere una buona velocità anche con tutto il timone deflesso, quindi motore tutto dentro e pedale in fondo.

Per questo motivo su aerei che non hanno eliche controrotanti si parla di "motore critico":
Il motore critico è quello che piantando, usando un francesismo, ti mette più nella merda, cioè con motori tradizionali destrorsi è il destro. Unicamente per quel metro di braccio in più e quel poco di trazione in più della pala che scende che si trova appunto esternamente.

tutto qui, non c'entra nulla la coppia del motore, la resistenza dell'elica, il punto di applicazione della trazione od altro; il motore controrotante è solo un trucco per attenuare, o meglio uniformare l' "effetto P" tra i 2 motori ed eliminare il motore critico (o renderli critici entrambi, come volete ).

E perchè a volte si sente dire (anche da me) che nei modelli i motori controrotanti lasciano il tempo che trovano?
Primo perchè la scelta di eliche sinistre è limitata, e poi perchè tanto il 90% delle volte se ti pianta 1 motore il modello entra in vite e casca, a prescindere da quei 7/8cm di braccio in più o in meno.
l'effetto P in un modello è abbastanza trascurabile rispetto all'effetto disastroso della imbardata, perdita di potenza e velocità ed azioni scorrette del pilota.

l'effetto P è anche il motivo per il quale in salita sugli aerei si dà piede destro e sui modelli bisognerebbe dare timone destro, ed anche uno dei motivi perchè sui modelli si tende a dare qualche grado a destra al motore. (in effetti in un modello bimotore questo disassamento avrebbe meno senso in quanto gli assi di rotazione non coincidono con quello dell'aereo).

Boh, stasera ci ripensavo, non avevo sonno e mi è venuto di scrivere questo.
Spero sia utile e sicuramente apprezzo ogni intervento di supporto aerodinamico da parte degli ingegneri del forum, con formule e schemi, io ho cercato di parlare semplice, "al popolo", che mi riesce meglio.
Un mio professore diceva che una buona spiegazione delle cose difficili è quella che faresti per spiegarle a tua nonna, con parole semplici.

[Mach .99]

scusate, mi correggo subito la svista, il motore critico normalmente è il sinistro, mi sono confuso da solo.

metto disegnino esplicativo sulla differenza di trazione con motori uguali destrorsi

[dooling]

Originalmente inviato da Mach .99

scusate, mi correggo subito la svista, il motore critico normalmente è il sinistro, mi sono confuso da solo.

metto disegnino esplicativo sulla differenza di trazione con motori uguali destrorsi

Scusami Mach, faccio riferimento al disegnino esplicativo, in particolare al modello a sinistra, con il motore sinistro in funzione.

Forse non mi è chiara l'immagine, ma l'alettone destro dovrebbe essere abbassato, o sbaglio?

Mi pare che sia sollevato.

Grazie.

[Mach .99]

già, non ci avevo fatto caso, in effetti nei 2 disegni gli alettoni sono uguali...

chiaramente una svista del disegnatore, io gli alettoni li avrei fatti comunque a zero, per non indurre in strani ragionamenti.

Poi certo, la correzione del rollìo va insieme a quella dell'imbardata.

giusta osservazione, grazie

[dooling]

Non mi piace rompere i cotiglioni ma, visto che sei un professionista ne approfitto.

Nel tuo primo intervento spieghi con chiarezza l'effetto P, e citi che al decollo, se ne deve tener conto con il "piede"; orbene, mi e ti chiedo, si tiene anche conto dell'effetto dovuto alla precessione giroscopica dovuta alla rotazione dell'elica?

Inoltre, nel caso di piantata del bimotore, l'effetto che ho citato dovrebbe essere superiore rispetto ad un monomotore con trazione sull'asse longitudinale del velivolo?

Ovviamente nel caso in cui il pilota modifichi l'assetto del velivolo stesso.

Grazie ancora.

[CarloRoma63]

Originalmente inviato da dooling

Non mi piace rompere i cotiglioni ma, visto che sei un professionista ne approfitto.

Nel tuo primo intervento spieghi con chiarezza l'effetto P, e citi che al decollo, se ne deve tener conto con il "piede"; orbene, mi e ti chiedo, si tiene anche conto dell'effetto dovuto alla precessione giroscopica dovuta alla rotazione dell'elica?

Inoltre, nel caso di piantata del bimotore, l'effetto che ho citato dovrebbe essere superiore rispetto ad un monomotore con trazione sull'asse longitudinale del velivolo?

Ovviamente nel caso in cui il pilota modifichi l'assetto del velivolo stesso.

Grazie ancora.

Ottimo articolo, veramente esplicativo! Grazie Mach.

La questione giroscopica l'avevo immaginata anche io. Il verso di rotazione dei motori ha effetto sull'assetto verticale (cabrata o picchiata) in caso di imbardata violenta? Nel caso, avere due motori controrotanti potrebbe ridurne notevolmente l'impatto?

Carlo

[Mach .99]

Originalmente inviato da dooling

Non mi piace rompere i cotiglioni ma, visto che sei un professionista ne approfitto.

Nel tuo primo intervento spieghi con chiarezza l'effetto P, e citi che al decollo, se ne deve tener conto con il "piede"; orbene, mi e ti chiedo, si tiene anche conto dell'effetto dovuto alla precessione giroscopica dovuta alla rotazione dell'elica?

Inoltre, nel caso di piantata del bimotore, l'effetto che ho citato dovrebbe essere superiore rispetto ad un monomotore con trazione sull'asse longitudinale del velivolo?

Ovviamente nel caso in cui il pilota modifichi l'assetto del velivolo stesso.

Grazie ancora.

ovviamente si, e come giustamente fai notare l'effetto della precessione giroscopica si ha nella transizione che ha il disco dell'elica da un assetto all'altro; una volta assunto l'assetto voluto la precessione non c'è più, mentre l'effetto P permane durante tutta la salita.

Durante la rotazione il piede destro è più marcato che rispetto alla salita.

In caso di bimotori in effetti la precessione viene applicata sull'asse del motore e non sull'asse dell'aereo, quindi crea uno sforzo al livello del castello motore ed i suoi attacchi sull'ala, ho dei dubbi che tale sforzo si possa applicare ad un asse dell'aereo.. Aspetto pareri competenti.
In tal caso si potrebbe dire che la precessione non influisca più di tanto sul comportamento in fase di piantata motore.

p.s.
Aggiungerei il terzo effetto collaterale dell'elica in decollo, che obbliga a dare ulteriore piede destro (sempre per motori tradizionali destrorsi) al momento dell'applicazione della potenza di decollo, e cioè la controcoppia applicabile sulla ruota sinistra che risulta così avere più resistenza della destra perchè più schiacciata al suolo.

[Mach .99]

Originalmente inviato da CarloRoma63

Ottimo articolo, veramente esplicativo! Grazie Mach.

La questione giroscopica l'avevo immaginata anche io. Il verso di rotazione dei motori ha effetto sull'assetto verticale (cabrata o picchiata) in caso di imbardata violenta? Nel caso, avere due motori controrotanti potrebbe ridurne notevolmente l'impatto?

Carlo

sinceramente non saprei dirti...

[dooling]

Originalmente inviato da CarloRoma63

Ottimo articolo, veramente esplicativo! Grazie Mach.

La questione giroscopica l'avevo immaginata anche io. Il verso di rotazione dei motori ha effetto sull'assetto verticale (cabrata o picchiata) in caso di imbardata violenta? Nel caso, avere due motori controrotanti potrebbe ridurne notevolmente l'impatto?

Carlo

https://www.altrogiornale.org/wp-con...giroscopio.jpg

Ecco.

Immaginiamo il volano come l'elica che gira, vista da dietro e dall'alto, quindi in senso orario, il pesetto applicato all'asse e che lo tira verso il basso, come l'intenzione del pilota di mettere il muso in basso.

Il risultato della precessione è una rotazione verso destra dell'albero dell'elica e tutto quanto ad essa collegato.

Quindi immaginando di vedere il disegno da dietro a sinistra e dall'alto e, immaginando che si tratti del motore sinistro, questo effetto aumenta la tendenza ad imbardare del velivolo.

Ovviamente sempre che il suo pilota abbia deciso di abbassare il muso.

Il contrario se ha deciso di fare quota.

S.E.e.O ( a quest'ora sono leggermente rincoglionito)

[dooling]

Non ho fatto in tempo a concludere.

Bisogna tener presente il braccio di leva tra il centro di bari del velivolo e l'asse dell'elica.

Scusatemi. Buona notte.