Genesis: ala telescopica estensibile / retrattile in volo.

L'ala telescopica è composta da una parte centrale fissa e due sezioni estensibili esterne.

Questo sistema di estensione con sovrapposizione dei longheroni fa di questo progetto un miglioramento rispetto ai precedenti tentativi di ala telescopica.

Questo sistema a longheroni sovrapposti ottiene un rapporto di 2:1, che non è mai stato raggiunto.

In realtà Gevers, il progettista di Genesis, ha pensato a una doppia opzione, con ali estensibili e con ala fissa, con apertura alare di compromesso tra le due possibilità offerte dall'ala estensibile.

Qui analizzo soltanto il progetto nella sua versione innovativa, quella telescopica.

Genesi può volare con due assetti d'ala. Con l'ala retratta, per la crociera ad alta velocità, e con ala estesa, per la bassa velocità, per ridurre la velocità di stallo e consentire prestazioni STOL che ben si abbinano alla sua possibilità di poter atterrare su ogni fondo: acqua, neve, misto neve, fondo solido, preparato, o meno.

È stato adottato un nuovo approccio al vecchio concetto di una apertura alare variabile sviluppando (e brevettando) un sistema molto semplice di sovrapposizione dei longheroni.

L'ala è composta da una sezione centrale con profilo per alta velocità (strutturalmente molto resistente e a bassa resistenza di forma), che contiene le due estremità ad alta portanza che incrementano l'apertura alare, in modo diverso dai convenzionali flap che agiscono sulla corda alare.

È lo stesso concetto di aumento della portanza tramite flap convenzionale, salvo che lo si ottiene tramite un incremento della superficie portante, invece che con l'incremento dell'angolo di incidenza. Questa soluzione aumenta anche l'"aspect ratio", invece di diminuirlo, migliorando notevolmente l'efficienza e la conseguente sicurezza.

In pratica alle basse velocità aumenta la portanza con minore impatto di resistenza di forma, senza flap, e di resistenza indotta.

L'aereo si presenterà all'atterraggio con un rateo di discesa meno ripido e un assetto meno picchiato.

Con la sezione alare portante retratta, l'ala a bassa resistenza consente la ragguardevole velocità di crociera di oltre 280 mph, con potenza al 75%. Quando estesa, la velocità di stallo è di 63 mph.

Durante il decollo e l'atterraggio si estendono i profili alari ad alta portanza. Quando si passa all'andatura di crociera, si fanno rientrare, in volo, ottenendo un'ala a bassa resistenza, veloce e in grado di sopportare alti carichi espressi in 'g'.

Questo sistema è semplice, robusto, e fail-safe.

Il velivolo può manovrare in volo la retrazione e l'estensione e può atterrare, in sicurezza, con le ali in ogni posizione, da completamente estese a completamente retratte.

Il meccanismo di estensione / ritrazione è un semplice sistema di cavi studiato per rendere impossibile l'allungamento asimmetrico.

Progettato in ridondanza per far sì che il cedimento di qualsiasi cavo non possa ostacolare il funzionamento.

Gli alettoni sono sia sulla sezione centrale che sulle sezioni estensibili e sono perfettamente funzionanti in qualsiasi momento, anche durante il processo di estensione / retrazione.

I profili alari sono sezioni convenzionali NACA.

Il meccanismo è semplice ed affidabile. I longheroni estensibili sono interbloccati tra loro e guidati da rulli che facilitano l'estensione.

La stabilità di risposta ai carichi che si creano durante l'estensione / ritrazione è garantita da come è progettato il sistema dei rulli.

Questa soluzione tecnica è, in realtà, più semplice di molti sistemi convenzionali di flap.

Il peso complessivo di questa ala è paragonabile a quello di un'ala convenzionale studiata per avere prestazioni di compromesso e per un velivolo di simili dimensioni. Tuttavia è più resistente e più efficiente rispetto all'ala convenzionale.

Quando retratta, la solidità di questa struttura alare è in categoria acro (6g), quando estesa, è in categoria standard (3,8g).

Flaps convenzionali o altri sistemi di flaps più sofisticati possono essere applicati ad entrambi i tipi ala, con effetti uguali.

Peso

Affinché l'ala convenzionale ottenga la medesima bassa velocità di stallo dell'ala telescopica, necessita di una superficie portante simile a quella dell'ala telescopica estesa (che è piuttosto grande).

Aumentando la velocità, la superficie necessaria per ottenere la medesima portanza è molto minore. Nel caso di un'ala convenzionale, che ha più superficie alare, le alte velocità la espongono a maggiori carichi aerodinamici di quanto necessario per ottenere la portanza richiesta.

Per raggiungere le alte velocità di crociera che ottiene l'ala telescopica, quando retratta, l'ala tradizionale, con un coefficiente di resistenza così alto, abbisogna di molta più potenza.

Un'ala convenzionale, a causa della sua dimensione e della maggiore resistenza all'aria, deve essere anche eccezionalmente forte, il che significa una struttura pesante.

L'ala telescopica retratta, in crociera, ha un bordo alare molto ridotto (1/2 della campata) esposto alle forze aerodinamiche elevate, il che ne riduce il peso strutturale.

Così come i flaps, anche le sezioni alari estensibili sono usate solo a basse velocità. Quindi non hanno bisogno di sopportare quelle elevate forze aerodinamiche che incrementano, esponenzialmente, con la velocità. Possono quindi essere alleggerite.

Poiché un'ala convenzionale è un compromesso tra una grande ala, che offre superiore portanza a bassa velocità, e quella corta, con minore resistenza di forma a beneficio delle alte velocità, anche le sue prestazioni sono compromesse.

L'ala telescopica non compromette le prestazioni e può raggiungere minori velocità di stallo e una maggiore velocità di crociera rispetto all'ala convenzionale di compromesso.

Nella pratica non esiste un'ala di compromesso che consenta le stesse basse velocità di stallo, le stesse prestazioni in crociera e che non incrementi la resistenza di forma.

Per abbassare la velocità di stallo, un'ala dal profilo performante deve adottare sistemi complessi di flap Fowler che aumentano la superficie alare stessa, oltre a modificare l'angolo di incidenza, sistemi che incrementano il peso.

In ogni caso si tratta di ali abbastanza lunghe che, per resistere parimenti ai carichi aerodinamici, hanno bisogno di strutture più pesanti, ecc.

L'ala telescopica, compreso il meccanismo telescopico (rulli, cavi, ecc), può avere un peso simile a quello di un'ala convenzionale con velocità di stallo e di crociera di compromesso. Tuttavia quest'ultima perderà in una o più caratteristiche rispetto all'ala telescopica, tra la bassa velocità di stallo, l'alta velocità di crociera o l'enorme resistenza alle alte velocità.

Un'ala di compromesso convenzionale utilizza spesso flaps mobili (Fowler flaps) per ridurre la velocità di stallo analogamente a quella che ottiene l'ala telescopica. L'ala telescopica di Gevers di fatto ha un minor numero di parti critiche in movimento di un flap Fowler.

Il verificarsi di un guasto nel meccanismo dell'ala telescopica è altamente improbabile.

I componenti sono ridondanti ed il design è fail-safe.

Ridondanza significa che il guasto di un componente, ad esempio la rottura un singolo cavo, non impedisce il comando dell'ala.

Fail-safe significa che se più componenti si guastano le ali si bloccano nella posizione in cui sono. In ogni caso l'aereo può ancora volare, atterrare e manovrare con le ali in qualsiasi posizione.

L'impossibilità di una estensione asimmetrica è garantita dall'impostazione stessa del meccanismo e lo sarà sempre più di flaps convenzionali.

Il design telescopico Gevers è semplice e sicuro.

Peso e resistenza sono le forze che si oppongono al raggiungimento di elevate prestazioni.

La resistenza dell'ala è la somma di due componenti, la resistenza indotta e la resistenza di forma (o parassita). La resistenza indotta è conseguente alla portanza mentre la resistenza di forma è generata, principalmente, dagli attriti superficiali.

Aumentando la dimensione di un'ala aumenta la sua resistenza di forma.

Il primo grafico sottostante mostra la quantità di energia necessaria (al variare della velocità) per superare la resistenza indotta, quella parassita e la resistenza totale.

Alle basse velocità la maggiore resistenza deriva dalla resistenza indotta, alle alte velocità, dalla resistenza di forma (o parassita). Ne deriva che un'ampia superficie alare, che consente le basse velocità di stallo, sacrifica le velocità elevate di crociera.

Durante la crociera, per aumentare la velocità e l'efficienza, la soluzione ideale è quella di ridurre la superficie alare, utilizzata a bassa velocità, al fine di ridurre la resistenza

Questo è esattamente ciò che fa l'ala telescopica.

L'altro vantaggio, già detto nella sezione peso, è che la sezione fissa può essere più leggera non essendoci la componente esterna sottoposta alla resistenza dell'aria che è esponenzialmente crescente con la velocità.

Questa riduzione di peso migliora anche le prestazioni.

Il rateo di salita (ROC), l'autonomia di volo, l'efficienza, il ceiling, ecc migliorano con le ali estese rispetto a un'ala convenzionale.

Grazie alla diminuzione della resistenza indotta che è inversamente proporzionale alla lunghezza dell'ala, l'ala telescopica estesa consente benefici nel volo a basse velocità.

L'ala telescopica consente questi benefici senza discapito della velocità di crociera, al contrario dell'ala convenzionale.

Il secondo grafico mostra la potenza totale richiesta, al variare della velocità, per il funzionamento con ali estese piuttosto che ritratte.

Esso mostra i vantaggi di prestazioni a bassa velocità con le ali estese e i vantaggi di velocità con le ali retratte (meno potenza richiesta).

In caso di avaria di un motore, si vede l'enorme vantaggio (ROC soprattutto) che deriva dall'ala allungata.

Nel Genesis di Gevers, con un motore in avaria la differenza tra potenza disponibile e potenza richiesta (ROC), con le ali estese, è circa il doppio di quella con le ali retratte

Il comando di estensione dell'ala è più semplice di quello dei flap tradizionali.

Un interruttore a due posizioni (Extend - Retract) controlla il movimento dell'estensione alare. Non ci sono posizioni intermedie.

Gli alettoni sono completamente funzionali in qualsiasi momento durante il processo di estensione.

Dei led sul cockpit segnalano le fasi tra completamente distese, completamente retratte, e lo stato transitorio del movimento delle estremità alari. Sia i flap che le estensioni alari hanno la stessa limitazione di velocità per la loro attivazione.

C'è un controllo, basato sulla velocità anemometrica, che inibisce l'estensione involontaria alle alte velocità.

L'anenometro, come di consueto, visualizza sulla sua banda, la velocità limite di estensione.

- Il ridotto passo alare aumenta la resistenza in "g", anche per il volo acrobatico.

- La ridotta superficie rende l'aereo meno sensibile alle turbolenze.

- Spazio in hangar ridotto al minimo.

- Ad alta velocità il comando della cloche che agisce su piccoli alettoni, è sensibile e leggero.

- Eventuali formazioni di ghiaccio non interessano la metà ala retratta, consentendo di portare l'aereo all'atterraggio.

- Simula il comportamento dei jet ad alte prestazioni, specie negli atterraggi senza estensione alare, con economia sui costi di addestramento dei piloti.

- Può essere usato come veicolo di prova per lo studio di nuovi profili alari per le sezioni di estensione.

- La ridotta resistenza di forma migliora velocità e efficienza.

- Rateo di salita migliorato che si apprezza, in particolare, in caso di avaria di un motore.

- Incremento endurance (tempo massimo in aria - ricerca e soccorso, sorveglianza).

- Maggiore autonomia (massima distanza percorsa).

- Ceiling operativo maggiore (clearance dalla montagne).

- Più ampio cono di planata e ridotta velocità di massima efficienza.

- Minore Velocità di touchdown.

- Velocità minori di rotazione e avvicinamento finale.

- Spazi di decollo e di atterraggio ridotti (capacità STOL).

- Energia di impatto all'atterraggio notevolmente ridotta, grazie all'incremento di portanza senza incremento di resistenza che consente un rateo di discesa non ripido e conseguente bassa velocità verticale.

- La superficie extra di alettone migliora l'autorità del comando e il controllo a bassa velocità.

- Le ali estese, a differenza dei flap, consentono agli stabilatori di coda di operare ad un basso angolo di attacco (deflessione)