Aerei ad ala alta o bassa (pro, contro e differenze chiave) – Airplane Academy

Le distinzioni tra aerei ad ala alta e bassa sono, visivamente, ovvie. Gli aerei ad ala alta mettono l’ala sopra la fusoliera, il corpo principale dell’aereo, mentre gli aerei ad ala bassa mettono l’ala sotto la fusoliera.

Entrambe le configurazioni offrono vantaggi e svantaggi e la selezione di una delle due configurazioni è una scelta fatta dai team di ingegneri che costruiscono l’aereo molto presto nel processo di progettazione per soddisfare i requisiti di prestazione richiesti per l’aereo. Quali sono le differenze tra gli aerei ad ala alta e quelli ad ala bassa?

Ogni configurazione alare è vantaggiosa in modo unico per l’addestramento, le prestazioni, la manutenzione e l’uso quotidiano. Gli aerei ad ala alta sono generalmente meno aerodinamici, leggermente più facili da addestrare per il nuovo pilota e più facili da accedere per la manutenzione di routine rispetto agli aerei ad ala bassa.

Perché non esiste una risposta “giusta”, confrontare i progetti ad ala alta con quelli ad ala bassa è fondamentalmente un’espressione di bilanciamento delle esigenze del pilota o dell’operatore. Ci sono molte implicazioni nella scelta di un aereo ad ala alta o bassa, e quindi è importante pensare a tutte queste implicazioni quando si decide quale sia il migliore per la propria situazione.

Aerodinamica

La configurazione dell’aereo si concentra inizialmente sull’aerodinamica. La posizione, la dimensione e la forma dell’ala, della coda e della fusoliera determinano le caratteristiche fondamentali di manovrabilità dell’aereo. Per gli aerei ad ala alta e bassa, le principali differenze si verificheranno nei seguenti regimi: stabilità laterale (rollio), caratteristiche di manovrabilità a bassa velocità e prestazioni generali dell’aereo (velocità di crociera, distanze di decollo e atterraggio, ecc.)

Come esercizio di pensiero, considerare due designswith triciclo ingranaggio con lo stesso peso, lunghezza, forma dell’ala, airfoil, coda e motore, uno con l’ala sopra la fusoliera e uno con l’ala sotto la fusoliera.

Caratteristiche di rollio

Prima si considera la stabilità laterale, o caratteristiche di rollio. Per l’aereo ad ala alta, il centro di gravità si trova sotto l’ala, il che significa che la fusoliera dell’aereo agisce come un pendolo per aumentare la stabilità di rollio rispetto all’aereo ad ala bassa, il cui centro di gravità è bilanciato sopra l’ala.

Per l’aereo ad ala alta, ci sarà relativamente meno tendenza a entrare in una discesa a spirale instabile, ma le forze dell’alettone saranno più elevate per completare una manovra di rollio.

Questo è un effetto desiderabile per gli aerei destinati a volare in condizioni di volo strumentale per lunghi periodi di tempo con un basso carico di lavoro del pilota. Tuttavia, questa tendenza è un detrimento per gli show plane anaerobatici progettati per alti tassi di rollio e manovre di rollio rapido, e può portare ad un senso di “pesantezza” negli alettoni per gli aerei da crociera più tipici.

Caratteristiche di atterraggio

Considerare le prossime caratteristiche di gestione a bassa velocità, in particolare le caratteristiche di atterraggio e stallo. Durante la flare di atterraggio, l’aereo ad ala bassa entrerà negli effetti suolo leggermente prima dell’aereo ad ala alta e sperimenterà una maggiore riduzione della resistenza per la stessa altezza dal suolo.

L’effetto suolo più forte durante la flare farà sì che l’aereo ad ala bassa “galleggi” più facilmente di quello ad ala alta, una caratteristica che, se usata abilmente, aiuta ad ammorbidire il touchdown. Ma questo stesso effetto suolo può incoraggiare il ballooning durante la flare, e può rendere gli atterraggi precisi più difficili da realizzare.

L’aereo ad ala alta sperimenterà ancora l’effetto suolo, ma poiché l’ala è più lontana dalla pista, l’effetto totale sull’aereo è notevolmente ridotto, poiché l’effetto suolo diminuisce esponenzialmente con la differenza dalla superficie della pista. L’aereo ad ala alta può quindi essere capace di distanze di atterraggio più brevi, in quanto “buca” attraverso l’effetto suolo più facilmente.

Caratteristiche di stallo

Le caratteristiche di stallo sono anche motivo di preoccupazione nel regime a bassa velocità. Supponendo che la coda orizzontale dell’aereo sia montata nella parte inferiore della fusoliera o vicino ad essa, la turbolenza dell’ala dell’aereo ad alto angolo d’attacco può essere più probabile che interferisca con la coda dell’aereo. Questa interferenza di scia dipende dalla posizione dei flap e da una serie di altri fattori di progettazione; tuttavia, si possono ipotizzare due effetti principali.

L’aereo ad ala alta è più probabile che incontri un forte effetto diuffeting vicino allo stallo che dissuade il pilota dal rallentare ulteriormente. L’interferenza dell’ala con la coda può diminuire l’efficacia dell’elevatore a causa dell’effetto “downwash”.

L’effetto downwash, nei velivoli di produzione è altamente dipendente da specifici criteri di progettazione, ma alla fine questo effetto riduce l’angolo di attacco sulla coda orizzontale, riducendo l’efficacia dell’elevatore.

Con un buffet pre-stallo più forte e una minore efficacia dell’elevatore, l’aereo ad ala alta presenterà caratteristiche di stallo in beccheggio che scoraggiano l’entrata in stallo e aumentano lo sforzo del pilota richiesto per raggiungere lo stallo. L’aereo ad ala bassa, al contrario, mostrerà caratteristiche di stallo in beccheggio che forniscono meno avvertimenti al pilota dell’imminente stallo.

Caratteristiche di crociera

Infine, le prestazioni dell’aereo in decollo, crociera e atterraggio possono essere influenzate dalla posizione delle ali. I velivoli ad ala alta dovranno affrontare un aumento della “resistenza di profilo” e della “resistenza all’interferenza”, che influenzano particolarmente le prestazioni di crociera.

La resistenza di profilo è la resistenza risultante dall’aria che impatta semplicemente la parte anteriore del velivolo, e la resistenza di interferenza è la resistenza risultante dal flusso d’aria che interagisce con i vari angoli, angoli e fessure presenti su un aereo.

Considera la posizione del carrello di atterraggio sul velivolo basso wingexample; sono attaccati direttamente all’ala con struttura minimaladditional o carenature necessarie per creare una forma aerodinamica efficiente. Al contrario, i velivoli ad ala alta attaccheranno il carrello di atterraggio all’ala, che è pesante e discutibile dal punto di vista strutturale, o alla fusoliera.

In entrambe le scelte di design per il carrello di atterraggio, l’aereo ad ala alta avrà più “roba” appesa al velivolo rispetto all’aereo ad ala bassa. Se il velivolo ad ala alta richiede anche un puntone per rafforzare l’ala, diventa ovvio che il velivolo ad ala alta crea più profilo e resistenza alle interferenze rispetto al velivolo ad ala bassa.

Il profilo di resistenza inferiore del velivolo ad ala bassa produce maggiori prestazioni di crociera rispetto al progetto ad ala alta; il risultato sono velocità aeree reali più elevate o minori consumi di carburante di crociera.

Prestazioni di decollo

Le prestazioni di decollo e di atterraggio affrontano gli impatti dei problemi dell’effetto suolo discussi in precedenza. Considerando prima il decollo, il velivolo ad ala bassa beneficerà di un rollio al suolo e di una distanza dagli ostacoli più corta.

Perché i vortici di punta saranno interrotti nell’effetto suolo un po’ più a lungo, l’aereo sviluppa una portanza leggermente maggiore e quindi un gradiente di salita leggermente più ripido. Questo effetto suolo si traduce in distanze di atterraggio più lunghe per esattamente il samereason.

La configurazione ad ala bassa si traduce in distanze aeree di atterraggio più lunghe, dove la distanza aerea è la distanza orizzontale percorsa tra i 50 piedi sopra il touch down e il punto di atterraggio.

Aerodinamica complessiva

Sulla base dell’esperimento di pensiero di cui sopra, sembra che gli aerei ad ala bassa abbiano generalmente più vantaggi aerodinamici degli aerei ad ala alta. Ma è importante notare che l’esercizio di cui sopra non considera l’effetto di una configurazione del ruotino di coda, o permette l’uso di diversi profili alari, forme alari, ecc.

Gli aerodinamici che progettano aerei nel mondo reale fanno scelte che influenzano drammaticamente la stabilità dell’aereo, le caratteristiche di controllo, le caratteristiche di stallo, le prestazioni di crociera e le distanze di decollo e atterraggio.

Gli aerei del mondo reale sono generalmente comparabili tra loro solo in modo olistico, piuttosto che essere comparabili in base alla posizione delle ali. Perciò ci sono poche conclusioni assolute da trarre tra gli aerei in produzione, ma i concetti in questo esperimento mettono in evidenza alcune delle considerazioni in gioco durante il processo iniziale di progettazione di un nuovo aereo.

Addestramento al volo

Sono meglio gli aerei ad ala alta o quelli ad ala bassa per l’addestramento iniziale dei piloti? In termini pratici per gli studenti piloti non ha importanza. Gli studenti piloti dovrebbero essere più preoccupati di trovare un istruttore competente, una scuola di volo di qualità, un aereo ben mantenuto che rientri nel loro budget e nei loro limiti di tempo.

Come accennato nella conclusione dell’esperimento di pensiero di cui sopra, le caratteristiche individuali di progettazione di specifici aerei hanno un impatto molto più drammatico sulle caratteristiche fondamentali di volo di quel tipo di aereo.

In generale, ci sono tre questioni di cui gli studenti piloti dovrebbero essere consapevoli quando confrontano aerei ad ala alta e ad ala bassa: L’ingresso/uscita, la visibilità e le caratteristiche di atterraggio.

Ingresso/uscita nell’ala alta contro l’ala bassa

La maggior parte degli aerei ad ala bassa usati nell’ambiente dell’addestramento al volo hanno una sola porta sul lato destro della fusoliera. Il più comune di questi tipi di aerei sarà l’aereo della famiglia Piper Cherokee.

Entrare nel velivolo richiederà allo studente di scivolare attraverso i sedili prima dell’ingresso da parte dell’istruttore di volo, se la facilità di ingresso è importante, stringendo tra i sedili e i controlli di volo può rivelarsi impegnativo.

Inoltre non c’è protezione dalla pioggia o dal sole mentre si carica l’aereo.

Una manciata di aerei da addestramento con baldacchino scorrevole o inclinabile esistono anche nella flotta globale di addestramento al volo, la serie Diamond DA40/42 e la serie di aerei Grumman American sono buoni esempi di questo tipo di sistema di salita/discesa a bassa quota. Il sistema di baldacchino mobile permette all’istruttore e all’allievo di entrare nell’aereo indipendentemente, ma sono necessarie alcune manovre e un attento lavoro di piedi per evitare di calpestare la tappezzeria.

I velivoli di addestramento ad ala alta comuni sono quasi universalmente la famiglia di aerei Cessna 172. Questi velivoli hanno porte a sinistra e a destra per consentire l’ingresso e l’uscita da entrambi i sedili anteriori e posteriori dal lato sinistro e destro. Inoltre la posizione dell’ala alta offre ombra e riparo dal sole e dalla pioggia durante il carico e il prevolo.

Visibilità dell’ala alta vs. ala bassa

La buona visibilità esterna è un aspetto spesso sottovalutato nella scelta di un aereo da addestramento. Un certo numero di manovre di addestramento richiedono che gli allievi piloti seguano visivamente un punto a terra e tutti i piloti dovrebbero essere costantemente alla ricerca del traffico, in particolare quando manovrano in aree di addestramento affollate e trafficate.

Gli aerei ad ala alta offrono il vantaggio di un’eccellente visibilità verso il basso, che è utile durante la pratica di atterraggio e l’addestramento alle manovre di riferimento a terra.

Al contrario, gli aerei ad ala bassa offrono una visibilità meno limitata verso l’alto e in avanti, che aiuta a semplificare le scansioni del traffico. I piloti devono imparare a compensare i “punti ciechi” inerenti alla configurazione ad ala alta o bassa che stanno volando.

Caratteristiche di atterraggio per studenti piloti ad ala alta o bassa

La differenza più drammatica per i nuovi studenti tra le configurazioni ad ala alta e bassa sarà sperimentata durante l’apprendimento dell’atterraggio. Come discusso in precedenza, i velivoli ad ala bassa sono più inclini a fluttuare e a ballare nell’effetto suolo durante il roundout e la flare rispetto ai velivoli ad ala alta.

I piloti esperti possono usare questo effetto a loro vantaggio, ma i piloti principianti possono trovare più difficile diventare abili nel campo corto, tecniche di atterraggio con le massime prestazioni. Un tempo prolungato in assetto di flare può anche rendere le tecniche di atterraggio con vento laterale più difficili da padroneggiare, poiché l’esposizione aggiuntiva ai cambiamenti di vento e velocità dell’aria richiede una maggiore finezza all’atterraggio.

Questa tendenza a fluttuare nella flare richiede un preciso controllo della velocità per assicurare che l’aereo si stabilizzi attraverso l’effetto suolo e tocchi il suolo nel punto previsto. Gli aerei ad ala alta, al contrario, si assestano più facilmente durante la flare di atterraggio, ma questo comporta il rischio che gli avvicinamenti a velocità troppo basse non beneficino del “cuscino” dell’effetto suolo per salvare un atterraggio difficile.

Il velivolo ad ala alta ha anche un margine aggiuntivo per utilizzare l’angolo del bordo durante gli approcci con vento laterale per gestire la deriva della pista in un approccio scivoloso all’atterraggio. Entrambe le configurazioni di aerei ad ala alta e bassa presentano sfide uniche, ma nessuna è intrinsecamente più facile o più difficile da imparare ad atterrare.

Volo quotidiano

Forse gli aspetti più consequenziali del confronto tra aerei ad ala bassa e ala alta riguardano i problemi quotidiani, normali compiti di routine. Il pre-volo, il post-volo, il carico, lo scarico, le dimensioni della cabina, le strutture operative, e così via, sono tutti aspetti del “vivere con” un aereo ad ala alta o bassa. Quali di questi aspetti sono positivi o negativi dipende dall’uso primario dell’aereo, e quindi non c’è ancora una volta una risposta giusta per tutti i piloti.

Processo di pre-volo e post-volo

Il processo di pre-volo e post-volo è generalmente comparabile, indipendentemente da dove è montata l’ala. I piloti guardano per vedere che i vari aircraftcomponents non sono danneggiati, il motore, il carburante e i sistemi di olio sono in buon workingorder e che non ci sono segni evidenti di danni. La posizione dell’ala complica o semplifica alcuni di questi compiti.

Le differenze più evidenti nel pre-volo e nel post-volo per gli aerei ad ala alta e bassa sono: il controllo del carburante per verificare la presenza di contaminanti, l’ispezione del carrello di atterraggio e l’ispezione dei flap e dei cheroni.

I velivoli ad ala alta hanno il vantaggio di permettere al pilota di camminare sotto l’ala in relativa comodità per accedere agli scarichi del carburante, alle cerniere e agli attuatori dei flap e degli alettoni e al carrello di atterraggio. Gli aerei ad ala bassa richiedono ai piloti di accovacciarsi e persino strisciare sotto l’aereo per esaminare questi componenti.

Per alcuni piloti, la difficoltà aggiuntiva nel condurre queste azioni di pre-volo significa che l’attenzione può essere insufficiente per esaminare l’aereo in volo, intenzionalmente o meno.

Carico passeggeri

Avendo toccato in precedenza l’ingresso e l’uscita degli aerei ad ala alta e bassa nell’ambiente di addestramento, vale la pena considerare il processo di carico di passeggeri e merci dagli aerei ad ala alta e bassa.

I velivoli ad ala alta con porte di carico posteriori tendono a posizionare la porta vicino o addirittura sotto il bordo d’uscita dell’ala; questo può rendere il caricamento di carichi voluminosi o pesanti più impegnativo rispetto a un aereo ad ala bassa dove il bordo d’uscita dell’ala non interferisce con il caricamento del carico.

Buoni esempi di questo sono il Beechcraft A36/G36 e il Cessna 206. Entrambi gli aerei offrono portelloni per l’accesso posteriore al carico e ai passeggeri, ma il Beech Bonanza ad ala bassa ha il vantaggio di un accesso al carico più facile.

Spazio in cabina

Lo spazio in cabina può essere influenzato anche dalla posizione delle ali. Per continuare il confronto tra l’A36/G36 Bonanza e il 206 Stationair, il Bonanza ha più spazio per la testa e le spalle come risultato della fusoliera superiore affusolata, mentre lo Stationair mantiene una fusoliera superiore squadrata a causa della configurazione dell’ala alta.

A seconda della missione prevista del velivolo, entrambe le configurazioni possono servire altrettanto bene, ma è un fattore da considerare quando si confrontano i due aerei.

Se il volume interno grezzo è critico, le proporzioni squadrate di molti aerei ad ala alta, per esempio il Cessna 208B Caravan, massimizza l’efficienza volumetrica. Ma se la velocità grezza è un obiettivo di progettazione o missione più prezioso, le linee strette e finemente sintonizzate dell’aereo della serie Piper M600 possono essere più appropriate, nonostante il volume interno ridotto.

Ancora una volta, l’ultima missione del velivolo impatta i requisiti di volume della cabina, e quindi bias per o contro una configurazione ad ala alta o bassa a seconda dei requisiti di missione.

Condizioni operative

Anche le condizioni operative e le strutture svolgono un ruolo nel determinare i vantaggi e gli svantaggi degli aerei ad ala alta e bassa. La condizione operativa più comune e forse riconoscibile che guida la preferenza per un’ala alta è il volo in backcountry su piste corte.

Sembra che tutti i progetti ottimizzati per il backcountry siano taildraggers ad ala alta che danno la priorità a una forte visibilità verso il basso e a grandi spazi per le eliche. I velivoli ad ala alta hanno anche il vantaggio di spostare l’ala lontano dai pneumatici che possono gettare fango, rocce e ghiaia nelle ali di tessuto e vernice.

Per contrastare i vantaggi del campo corto e morbido degli aerei ad ala alta, dominano gli aerei ad ala bassa nel mondo dell’aviazione aziendale. I vantaggi strutturali del layout ad ala bassa servono a massimizzare il volume della cabina e il comfort negli aerei aziendali.

Per gli aerei d’affari, numerosi sistemi di aeromobili sono instradati sotto il pavimento della cabina o al di fuori del contenitore a pressione per massimizzare il volume della cabina disponibile. Inoltre la configurazione dell’ala bassa spinge i motori ad essere situati sulla fusoliera di poppa riducendo il rischio di ingestione di detriti di oggetti estranei. Tutte queste considerazioni progettuali aiutano a massimizzare il comfort dei passeggeri, l’obiettivo finale per gli aerei d’affari.

Manutenzione

Le azioni di manutenzione normali per gli aerei ad ala alta e bassa sono, in gran parte, simili, in particolare nel regno dei piccoli aerei di aviazione generale con motore a pistoni. La maggior parte delle attività di manutenzione si concentra sul motore e sui componenti elettrici situati di fronte al firewall, o all’interno del pannello degli strumenti. In entrambi questi casi, la posizione dell’ala ha poca importanza. Ma quando la manutenzione dei sistemi più sostanziali diventa necessaria, ci possono essere differenze pratiche tra aerei ad ala bassa e ad ala alta.

Le differenze nella difficoltà di manutenzione sono in definitiva una funzione di quale tipo di maintenanceneeds essere eseguita e che tipo di accesso è richiesto.

I compiti di manutenzione che richiedono l’accesso alla parte inferiore dell’ala saranno meno difficili e sostanzialmente più facili su un aereo ad ala alta. Ma le attività che richiedono di sollevare l’aereo dalle sue ruote risultano in attrezzature sostanzialmente più ingombranti per la manutenzione dello stesso aereo ad ala alta.

L’accesso ai sistemi alari è spesso realizzato da sotto l’ala, quindi le azioni di manutenzione associate a quei sistemi è determinante per il vantaggio o lo svantaggio relativo dell’ala alta o bassa. Allo stesso modo, il carrello di atterraggio retrattile o fisso aggiunge un’altra variabile all’equazione della manutenzione che può favorire o sfavorire una configurazione di aereo ad ala alta o bassa.

Per i futuri proprietari o operatori, una discussione approfondita delle varie considerazioni di manutenzione specifiche di un tipo di aereo sarà più rilevante della posizione dell’ala stessa. Se un meccanico di fiducia non ha l’attrezzatura di sollevamento per la manutenzione del sistema di ingranaggi retrattili dei prodotti Cessna ad ala alta, un velivolo ad ala bassa altrettanto performante può essere più attraente come acquisto.

La manutenzione è un aspetto fondamentale della proprietà e del funzionamento dei velivoli, e se la configurazione ad ala bassa o alta è un fattore determinante per la difficoltà delle azioni di manutenzione regolare per un tipo specifico di velivolo, si dovrebbe prendere in forte considerazione l’adeguatezza del velivolo per le missioni desiderate o richieste, per evitare che i requisiti di manutenzione diventino una sfida al volo sicuro.

Che cosa è meglio, ala alta o ala bassa?

In breve, nessuna configurazione di aeromobili è fondamentalmente migliore dell’altra. I relativi vantaggi o svantaggi dei velivoli ad ala alta e bassa esistono in relazione ai requisiti del proprietario o operatore e il compito primario che il velivolo viene utilizzato per.

Questo è confermato dall’esame della composizione delle varie flotte di aerei in uso in diverse parti del mondo dell’aviazione.

Le compagnie aeree si sono in gran parte standardizzate su aerei ad ala bassa con i motori infilati sotto l’ala; gli aerei d’affari sono quasi universalmente di un design ad ala bassa con turboventole montate sulla fusoliera di poppa, o turboprop montati sulle ali; il mondo dell’aviazione generale è un mix di aerei ad ala bassa e alta, con i disegni Cessna ad ala alta immediatamente riconoscibili e prolifici come i prodotti ad ala bassa di qualsiasi altro singolo produttore.

In ciascuna di queste flotte, i dettami operativi guidano le scelte di progettazione e le decisioni di acquisto, con le compagnie aeree che si standardizzano ai requisiti infrastrutturali delle operazioni del vettore aereo e l’aviazione d’affari che approfitta del comfort dei passeggeri e dei vantaggi di progettazione dei sistemi degli aerei ad ala bassa, mentre la flotta dell’aviazione generale esprime i requisiti più individuali di ciascun proprietario e operatore.

Il backcountry dell’Alaska e dell’Idaho è dominato da Piper e Cessna ad ala alta, mentre gli FBO del sud della Florida sono più propensi a ospitare eleganti Cirrus ad ala bassa e prodotti Mooney e Beechcraft.

Similmente, le principali organizzazioni di addestramento dei piloti negli Stati Uniti riflettono l’inerzia organizzativa verso le relazioni preferite e stabilite tra l’organizzazione di addestramento e i vari manufacturersrather piuttosto che le caratteristiche intrinsecamente superiori delle ali alte o basse.

I requisiti di design aerodinamico e di prestazioni per specifici aeromobili hanno un impatto maggiore sulle differenze complessive tra i design ad ala alta e bassa. I progettisti tentano di produrre caratteristiche specifiche per ogni modello per velocità, maneggevolezza, carico utile, volume interno e altro, come tale la posizione dell’ala è meno critica delle forme aerodinamiche effettive e della selezione del sistema di propulsione.

I vantaggi e gli svantaggi dei velivoli ad ala alta e bassa esistono in relazione alle capacità di prestazioni più ampie e alle considerazioni pratiche rilevanti del compito primario del velivolo. Pertanto, le migliori caratteristiche dei velivoli ad ala alta o bassa sono un riflesso della missione specifica del velivolo.