Perchè ????

[giubilina]

Originalmente inviato da lesath82

Il rotore bello verticale è quello di coda o quello principale? Se è quello principale forse intendevi bello orizzontale, ma così non avrebbe modo di produrre una forza dotata anche di una componente orizzontale! Se invece era quello di coda non ho capito come fai a dedurlo, anche perché in effetti normalmente... non è verticale! Dato che l'elicottero è normalmente inclinato a dx il rotore di coda lo sarà altrettanto (a meno che sia montato storto apposta), e questo genera una torsione di beccheggio a picchiare che si tiene a bada col cilclico a cabrare (lo si vede bene nella figura che ho postato nel messaggio numero 8), e forse è questo l'effetto "terziario" di cui parlava Lanco.

Ah, scusa, intendevo dire "l'asse del rotore è bello verticale" ed intendevo il rotore principale.

[lesath82]

Originalmente inviato da giubilina

Secondo me non ci stiamo proprio capendo da qualche parte! Vedo di risponderti punto per punto.

Scusa, ma forse oggi è un giorno storico: riscriviamo i testi di modellismo e di aerodinamica.
Una coppia provoca solo una rotazione, mai un movimento a traslare (almeno qui in romagna, ma forse abbondiamo col sangiovese e non siamo molto lucidi)

Ma è proprio quello che ho scritto io!! Proprio per rispondere a "Il rotore può produrre una componente orizzontale anche se l'asse è verticale, grazie all'azione del passo ciclico" (Mario) io ho scritto "Il ciclico genera COPPIE di forze, se il lato destro aumenta l'incidenza il lato sinistro la diminuisce: quindi nessuna forza netta si aggiunge a quella perpendicolare al piano del rotore. La coppia fa inclinare il rotore... "

Normalmente l'azione del collettivo e del ciclico si raffigura con una forza applicata sull'asse del rotore, che è veritcale se il ciclico non è applicato, viveversa assume un angolo dettato ovviamente dall'angolo del piatto ciclico.

Il ciclico si raffigura con una forza applicata sull'asse del rotore? No, ripeto, il ciclico fa coppie di forze, genera momenti. L'asse del rotore poi è verticale non solo se il ciclico non è applicato, perché se l'eli si trova inclinato di 40° e non applichi il ciclico l'asse non è che si mette verticale, se ne sta com'è inclinato a 40°. Quindi prima lo devi mettere orizzontale e poi per tenerlo così non devi più applicare il ciclico.

Il fatto che l'eli si inclini è dovuto al punto di applicazione della forza che non coincide con il centro di gravità (qui sì, c'è una coppia).

Qui non capisco proprio cosa intendi, e non capisco cosa c'entri il centro di gravità a questo punto.

Se non sei convinto, vieni qua e fra un piatto di tortellini e l'altro ti faccio perdere la lucidità!!

Magari!! Non è un buon periodo per allontanarmi dall'università... però stasera la lucidità l'ho persa comunque grazie ad una cena di beneficienza, nella quale ho beneficiato di vino a volontà!!

Qualcosa la devo scrivere pure qua se no non mi lascia inviare il post... La vispa Teresa avea tra l'erbetta...

[Lanco]

Il rotore principale nella sua rotazione genera una spinta di controrotazione.

Il ruotino nella sua rotazione genera una spinta laterale finalizzata ad annullare la controspinta del rotore principale.

Queste sono le spinte primarie.

Se la controspinta della coda avvenisse in un punto in perfetta opposizione al punto in cui avviene la spinta di controrotazione del rotore principale, le due spinte si annullerebbero vicendevolmente senza l'insorgere di effetti secondari di grande rilievo (in effetti intuisco che ci possano essere degli effetti 'terziari' quale quello da me individuato nel mio precedente intervento).

Il problema è che, a mio avviso la controspinta del rotore di coda non avviene in corrispondenza della spinta di controrotazione nel rotore principale, bensì in un punto che in genere è più in basso.

La conseguenza è che tale spinta di coda TENDE a spostare l'asse del rotore principale verso sinistra in basso (punto di applicazione della spnta del ruotino).
Non avendo un punto di appoggio tale tendenza si traduce in una spinta del complesso (cioè di tutto l'elicottero) verso sinistra senza influenzarne l'inclinazione. Non è che tale spinta fuori centro inclini, ma dà una semplice spinta laterale verso (nel nostro caso) sinistra.

Tale spinta laterale verso sinistra fa naturalmente spostare l'eli verso sinistra e noi, con il nostro intervento sul ciclico, diamo comando all'eli di controbilanciare tale spinta indirizzandolo verso destra.

Nel punto di equilibrio tra la forza secondaria del ruotino (inclinazione o meglio spostamento a sinistra) e il nostro intervento, avremo un elicottero fermo, ma in efetti naturalmente inclinato a destra da noi.

Non è dunque che il ruotino inclini direttamente a destra l'elicottero per effetto della sua spinta (non avrebbe senso il nostro intervento sugli stick con comando a destra) è invece che fa traslare tutto l'eli a sinistra facendolo rimanere piatto nell'aria (il rotore principale).
Ripeto che questo spostamento deve artificiosamente essere contrastato da noi per far rimanere fermo l'elicottero dando comando a destra per contrastare lo spostamento a sinistra. Nel punto di equlibrio (quando è fermo) l'eli è inclinato a destra per il nostro intervento.

Se la spinta del ruotino fosse nello stesso punto di applicazione della controspinta principale non si avrebbe una secondaria spinta a sinistra (ve ne sarebbero di 'terziarie' ecc., ma non la 'secondaria') e quindi non sarebbe necessario il nostro diretto intervento a spostare l'eli a destra e questo non resterebbe inclinato verso destra.

[Mirav]

Perdonate la brutalità, ma state affrontando questo problema in modo poco scientifico.
Lanco:
Se la controspinta della coda avvenisse in un punto in perfetta opposizione al punto in cui avviene la spinta di controrotazione del rotore principale, le due spinte si annullerebbero vicendevolmente senza l'insorgere di effetti secondari di grande rilievo (in effetti intuisco che ci possano essere degli effetti 'terziari' quale quello da me individuato nel mio precedente intervento).

Per annullare una forza ce ne vuole una uguale e contraria. Perciò per annullare la coppia del rotore applicando la correzione nello stesso punto dove è generata la forza, ti serve un controrotore. Il coassiale.
Non è che se metti il ruotino sotto il rotore annulla la coppia. Il ruotino ha senso solo se applica la sua forza ad una leva, cioè il trave di coda. Tanto più la leva è lunga tanto più la forza necessaria alla correzzione è piccola.

Tanto per complicare la cosa, dove è finita la forza torcente generata dal ruotino di coda lungo l'asse longitudinale dell' elicottero? Perchè anche il ruotino avrà una coppia, vero? Se si, perchè l'elicottero non tende a a buttare giù il muso per effetto della coppia applicata sulla coda?

Quando si fanno questi ragionamenti è bene non solo considerare le forze, ma anche dove sono applicate rispetto a CG del velivolo.

[Lanco]

Originalmente inviato da Mirav

Perdonate la brutalità, ma state affrontando questo problema in modo poco scientifico.
Lanco:
Se la controspinta della coda avvenisse in un punto in perfetta opposizione al punto in cui avviene la spinta di controrotazione del rotore principale, le due spinte si annullerebbero vicendevolmente senza l'insorgere di effetti secondari di grande rilievo (in effetti intuisco che ci possano essere degli effetti 'terziari' quale quello da me individuato nel mio precedente intervento).

Per annullare una forza ce ne vuole una uguale e contraria. Perciò per annullare la coppia del rotore applicando la correzione nello stesso punto dove è generata la forza, ti serve un controrotore. Il coassiale.
Non è che se metti il ruotino sotto il rotore annulla la coppia. Il ruotino ha senso solo se applica la sua forza ad una leva, cioè il trave di coda. Tanto più la leva è lunga tanto più la forza necessaria alla correzzione è piccola.

Tanto per complicare la cosa, dove è finita la forza torcente generata dal ruotino di coda lungo l'asse longitudinale dell' elicottero? Perchè anche il ruotino avrà una coppia, vero? Se si, perchè l'elicottero non tende a a buttare giù il muso per effetto della coppia applicata sulla coda?

Quando si fanno questi ragionamenti è bene non solo considerare le forze, ma anche dove sono applicate rispetto a CG del velivolo.

Appunto perchè non abbiamo il coassiale si creano degli effetti secondari.
Gli effetti torcenti del ruotino di coda ai quali fai riferimento sono appunto gli effetti 'terziari' che avevo detto ... e ce ne possono essere anche altri.
Centro di gravità dei veivolo: senza voler criticare la tua, permettimi di avere una qualche riserva su questa espressione.

[lesath82]

Sapete, comincio a sentirmi affaticato dalla discussione. Continuiamo a fare avanti e indietro nella comprensione del problema e alla fine sembra sia diventata una questione di "pareri personali". Non è così. Senza mettermi a ricostruire chi ha detto cose giuste e chi sbagliate, e in attesa che qualche ulteriore esperimento pratico porti nuova luce, provo un'ultima volta a spiegare la vera situazione fisica teorica di cui parliamo, perché che piaccia o meno è la fisica a determinare la dinamica del nostro amato mezzo. Non rinnego nulla di quello che ho scritto la scorsa volta (post numero 18), ma adesso voglio partire un po' più a monte per mettere in chiaro alcuni punti su cui mi sembra che molti non addetti ai lavori si confondano facilmente. In questo modo spero la cosa risulti definitivamente più chiara, io cercherò di essere il meno contorto possibile. Dunque...

Il nostro elicottero può essere a tutti gli effetti essere considerato un corpo rigido. Ogni corpo rigido ha nello spazio tridimensionale 6 gradi di libertà: 3 di traslazione (alto-basso, destra-sinistra, avanti-indietro) e 3 di rotazione (beccheggio, rollio, imbardata). Vi sono due importanti equazioni che regolano la dinamica di un corpo rigido: la prima equazione cardinale della dinamica, che si occupa delle traslazioni del corpo, e la seconda equazione che si occupa delle rotazioni. Sono equazioni indipendenti, che non si influenzano a vicenda e che devono essere soddisfatte entrambe contemporaneamnte. Posso rincuorare chi storce il naso appena sente il nome "equazione": queste due sono molto semplici, traducono il buon senso, rendono rigoroso un intuitivo principio di causa-effetto. Però, posto che sono vere, vanno applicate anche quando non sono così istintive, perché loro hanno ragione mentre spesso l'istinto sbaglia. Forse facendo dei salti mortali si potrebbe fare il ragionamento evitando di tirare in ballo le formule, ma in realtà diventerebbe ancora più difficile da capire quindi conviene rassegnarsi e usarle. Complicarsi la vita cercando di semplificarla sarebbe assurdo; la matematica è, alla prova dei fatti, il metodo più efficiente per descrivere la fisica.
Cominciamo dalla prima equazione. Innanzitutto è importante che ci procuriamo un centro di massa per il corpo rigido, perché nel valutare le traslazioni è a lui che facciamo riferimento (il corpo può ruotare o deformarsi, ma se il baricentro non si muove diciamo che il corpo non sta traslando). Allora, la prima equazione assomiglia molto alla famosa "F = ma", solo che al posto della "F" bisogna mettere la somma vettoriale di tutte le forze esterne che agiscono sul corpo, qualunque sia il loro punto di applicazione, l'accelerazione "a" è quella appunto del centro di massa e la "m" è ovviamente la massa totale del corpo. Mi preme far notare subito la questione del punto di applicazione: ovunque applichiate una forza (immaginiamo una sola) su un corpo rigido avrete l'accelerazione del baricentro data dalla prima equazione, che poi una forza decentrata faccia anche ruotare il modello è un'altro discorso che riguarda la seconda equazione, che come ho detto è del tutto indipendente. Ora, se vogliamo che l'elicottero se ne stia in una situazione stazionaria, quale è l'hovering, dobbiamo avere accelerazione nulla (ovviamente posto che la velocità sia già zero, perché anche se andasse a 80 Km/h costanti diremmo accelerazione nulla). Per avere accelerazione nulla deve essere ovviamente "F = 0". Questo significa che tutte le forze agenti devono bilanciarsi: la loro somma vettoriale, detta "risultante", deve essere nulla. Non è detto che questo succeda perché le forze si annullano proprio a due a due, anche tre forze disposte a 120° l'una dall'altra, come il simbolo della Mercedes, si annullano. Per semplificare la risoluzione dell'equazione si usa scomporre tutte le forze in gioco sugli assi cartesiani e poi si fa in modo che la somma delle componenti lungo ciascuno di essi faccia zero (nel nostro caso usiamo gli assi verticale e orizzontale).
Ora passiamo alla seconda, che ha un contenuto del tutto simile alla prima ma riguarda i momenti angolari, le rotazioni. Bisogna fare una premessa: nel calcolare un momento angolare o un momento di una forza bisogna scegliere un polo, un punto di riferimento rispetto al quale calcolare i bracci delle forze. La scelta del polo non è obbligata, a patto di rimanere coerenti nel corso della soluzione della equazione: una volta scelto è quello per tutti i calcoli. Ora, dato che vogliamo che il baricentro resti fermo è naturale prendere lui come riferimento: l'elicottero potrà anche rollare, imbardare o beccheggiare, ma se le forze della prima equazione si bilanciano tutte il baricentro se ne sta immobile, a differenza di tutto gli altri punti dell'eli che gli ruotano intorno. Giusto per non lasciare niente indietro ricordo che il momento di una forza si ottiene effettuando il prodotto (vettoriale) fra il braccio e la forza stessa, dove il braccio è generalmente la distanza del punto di applicazione della forza dal suddetto polo. Un momento è per sua natura l'entità fisica che descrive il tentativo di far ruotare qualcosa. Tante volte lo si chiama "torcente" per questo. Il momento angolare invece è, in parole povere, la quantità di movimento di rotazione del corpo. Non è banalmente la velocità di rotazione perché c'è di mezzo anche la massa e come questa è distribuita, ma più o meno il concetto è quello. Ora, più o meno come avveniva nella prima equazione a proposito delle traslazioni, dalla seconda sappiamo che la somma di tutti i momenti delle forze esterne esercitati sul corpo è proporzionale alla sua accelerazione angolare. Possiamo scrivere "M = I alfa" dove "M" è la somma dei momenti, "alfa" è l'accelerazione angolare e "I" è l'analogo della massa, ma in rotazione. Anche in questo caso se vogliamo che l'elicottero se ne stia buono senza ruotare dobbiamo far si che sia zero la risultante dei momenti.

Continua... (troppo lungo per essere inviato unito)

[lesath82]

E' fondamentale convincersi che devono essere indipendentemente nulle sia la somma delle forze sia la somma dei loro momenti. Una forza compare quindi due volte, sia quando la si somma alle altre nel tentativo di dare risultante nulla per non far traslare il corpo rigido, sia quando ne si calcola il momento (talvolta nullo) per poter poi calcolare la somma dei momenti, da mettere a zero per non far ruotare il corpo.

A questo punto veniamo all'elicottero. Una cosa da capire dell'elicottero è che il rorore principale esercita una forza solo lungo il suo asse di rotazione, e questa forza, a giri costanti, è tanto più intensa quanto più è alto il passo collettivo. Inoltre, dato che questa forza è allineata con il baricentro, ha braccio nullo e quindi momento nullo, cioè non tende a far ruotare l'elicottero in nessun modo. Interesserà quindi solo la traslazione. Il ciclico invece è in grado di produrre una coppia di forze, da un lato il rotore è spinto a salire e dall'altro a scendere. Sono due forze uguali e contrarie, quindi anche se hanno punto di applicazione diverso la loro somma vettoriale è nulla. Ai fini della traslazione quindi non servono assolutamente a nulla (ecco perché il ciclico non fa traslare l'eli). Però la somma dei loro momenti (che è ben diversa dal momento della loro somma, che è appunto zero) è tutt'altro che nulla, quindi fa ruotare il rotore, cioè lo inclina, permettendogli di spingere l'elicottero nella direzione voluta. Quindi:
collettivo > forza sì, momento no
ciclico > forza no (è una coppia con risultante nulla), momento sì
Invece il rotore di coda ha entrambi gli effetti, perché oltre ad essere una forza semplice non bilanciata ha anche un braccio non nullo rispetto al baricentro.
Non mi resta che rivedere ciò che succede sull'elicottero. Devo rifarlo per mettere in luce l'utilità delle lunghe premesse appena scritte, ma i disegni della volta scorsa restano validi e utilissimi. Affrontiamo prima le rotazioni, quindi ciò che riguarda la seconda equazione, quindi i momenti. Il rotore principale viene frenato dall'aria, cioè subisce un momento che si oppone alla sua rotazione. Questo momento nasce dalla forza (esterna) d'attrito che l'aria produce sul rotore principale, quindi va bilanciato dal momento di un'altra forza esterna. Poco importa che di mezzo ci sia il principio di azione e reazione applicato al motore che spinge il rotore e quindi viene (insieme al resto dell'eli) da lui spinto. Il passaggio della patata bollente giunge al rotore di coda che è l'unico in grado, spingendo l'aria e quindi venendo spinto da essa, di procurarci la forza esterna di cui abbiamo bisogno. Questa forza esterna, grazie al braccio che la separa dall'asse del rotore principale, ha infatti un momento uguale e contrario a quello esercitato dall'aria che frena il rotore principale. Se il rotore di coda è alla stessa altezza del baricentro (il centro del rotore principale non ha alcun significato importante) non esercita momenti di rollio, solo di imbardata. Ma se non è così, e quindi genera un momento di rollio, basta generare col ciclico una coppia contraria per impedire questo rollio (dalla seconda equazione la "somma dei momenti di rollio nulla" implica "nessuna accelerazione di rollio", che non vuol però dire rotore orizzontale, ma rotore che non si muove: se è inclinato, come vedremo che è, ci rimane).
Con le rotazioni abbiamo finito, rimangono le traslazioni, prima equazione. Ma a questo punto è facilissimo: ci sono la forza peso e la forza del rotore di coda che non possiamo abolire, le dobbiamo bilanciare. Chi se ne occupa, di entrambe, è il rotore principale, che deve esercitare una forza che scomposta sui due assi ci dà:
sulla verticale una spinta uguale e contraria al peso: l'eli né sale né scende
sulla orizzontale una spinta uguale e contraria a quella del rotorino: l'eli non trasla di lato
Per avere contemporaneamente queste due componenti il rotore principale deve essere inclinato, perché l'unica forza viva che lui esercita è tramite il collettivo, e questa forza è diretta lungo il suo asse di rotazione. Visto che la forza deve avere una componente orizzontale l'asse di rotazione non può essere esattamente verticale. Per l'occasione mi sono messo d'impegno e ho inclinato nella figura il rotore come deve essere (anche il parallelepipedo si dovrebbe inclinare dello stesso angolo, ma con paint non sono proprio in grado), così si dovrebbe capire perfettamente com'è la situazione traslatoria dell'eli.



THE END

Ora, quello che ho scritto è la verità, mi auguro che abbiate la voglia di meditarci un po' (non pensate che per me sia scienza infusa, me le sono dovute spremere le meningi per studiare 'sta roba) e soprattutto alla fine crederci. Io vi dico che ne sono sicuro (nei limiti di qualche imprecisione o di effetti terziari volutamente trascurati). Normalmente vado cauto in quello che affermo, chiedo sempre se l'interlocutore concorda e così via, ma questa volta siamo nel mio campo e non nutro più alcun dubbio. Aspetto solo di discutere su eventuali esperimenti o su cose che mi sono dimenticato di dire, ma per il resto la risposta la trovate qui sopra e al post 18. Passo e chiudo.

[Mario Mollo]

Originalmente inviato da Mario Mollo

Il rotore può produrre una componente orizzontale anche se l'asse è verticale, grazie all'azione del passo ciclico.


Quindi a me la spiegazione di Giubilina convince al 100%.

Lesath ha chiaramente spiegato perchè il mio intervento sia una idiozia e quindi la spiegazione di Giubilina non mi convince più... Torno alla mia risposta iniziale.

Mi scuso per l'intervento poco meditato

[Lanco]

Tratti la lesath82:
A questo punto veniamo all'elicottero. Una cosa ..... Inoltre, dato che questa forza è allineata con il baricentro, ha braccio nullo e quindi momento nullo, cioè non tende a far ruotare l'elicottero in nessun modo. Interesserà quindi solo la traslazione. Il ciclico invece è in grado di produrre una coppia di forze, da un lato il rotore è spinto a salire e dall'altro a scendere.

Forse a far traslare l'elicottero ...

Se il rotore di coda è alla stessa altezza del baricentro (il centro del rotore principale non ha alcun significato importante) non esercita momenti di rollio, solo di imbardata. Ma se non è così, e quindi genera un momento di rollio, basta generare col ciclico una coppia contraria per impedire questo rollio (dalla seconda equazione la "somma dei momenti di rollio nulla" implica "nessuna accelerazione di rollio", che non vuol però dire rotore orizzontale, ma rotore che non si muove: se è inclinato, come vedremo che è, ci rimane.

Non momenti di rollio: non ha alcun .. 'interesse' a far rollare l'elicottero, gli basta farlo andare di lato a sinistra, cioè genera un momento di traslazione al quale poi NOI ci opponiamo con il nostro intervento sul ciclico.

Se il rotore di coda è alla stessa altezza del baricentro (il centro del rotore principale non ha alcun significato importante) non esercita momenti di rollio, solo di imbardata

Ho paura che il baricentro c'entri limitatamente, non so come, ma c'entra poco, poichè è indubbio che tra peso delle batterie ecc. il ruotino di coda è in genere all'altezza del baricentro e l'effetto di inclinazione da noi indotto con lo stick (in contrapposizione, secondo me, alla traslazione) deve essere azionato anche in questi casi (ripetesi: con baricentro al centro dell'azione del ruotino di coda). Mi sembra invece che più che al 'baricentro' si debba avere riguardo al centro del rotore principale.

[Mirav]

Mi trovo d'accordo con le considerazioni e le applicazioni della fisica relazionate a questa discussione. Ritorno alla mia considerazione principale e cioè che non ha senso cercare di dare una spiegazione a qualcosa che già trova spiegazioni nella fisica e nella matematica, motivo per il quali continuavo a dire in maniera più velata in qualche post precedente, di lasciare le spiegazioni e la fisica ai fisici e non impantanarci a cercare di applicare concetti dei quali non siamo padroni.
Resta il fatto, ammirevole, dello sforzo profuso da tutti nel tentare di andare oltre il semplice pilotaggio e nel cercare una spiegazione ai fenomeni che osserviamo quotidianamente.
E' stata una bella discussione, che spero abbia portato anche i soli lettori e non solo chi vi ha partecipato, a porsi delle domande e a far capire che il modellismo dinamico non è solo un passatempo, ma applicazione della scienza in miniatura.
Grazie a tutti.