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15 perguntas e 15 respostas sobre o vôo de avião
Orville Wright - l’inventore pioniere dell’aeronautica che il 17 dicembre 1903, insieme con il fratello Wilbur, compì i primo volo con una macchina propulsa a motore più pesante dell’aria (il Flyer 1) a Kitty Hawk, North Carolina - lo spiegava così: «l'aereo resta in aria perché non ha il tempo di cadere».
Per capire cosa significa, mettete una mano fuori dal finestrino mentre correte in autostrada, prima tenetela parallela al terreno e poi ruotatela leggermente verso l'alto: vedrete che tende a sollevarsi.
In termini fisici, il segreto del volo è questo: la SPINTA deve superare la RESISTENZA e la PORTANZA deve superare il PESO.
La PORTANZA (o lift, dal termine inglese) è una delle quattro forze aerodinamiche (vedi figura) che agiscono su un aeromobile in volo ed è rappresentabile come la risultante di tutte le forze normali alla direzione del flusso d'aria esterno e dirette verso l'alto. La portanza è la forza responsabile della sostentazione di un aereo in quanto opposta alla forza peso. Il principio di portanza fu notato dal matematico svizzero del XVIII secolo, Daniel Bernoulli: quando un fluido (aria) deve superare una superficie curva, tende ad accelerare e la sua pressione sulla superficie diminuisce. L'aria si sposta più velocemente sulla parte superiore dell'ala che è più curva (pressione minore) di quanto non faccia sulla superficie inferiore, che è più piatta (pressione maggiore) talché, correndo lungo l'ala, la spinge dal di sotto e la tira dal di sopra, e quindi tende ad alzarla.
Nella pratica più il velivolo è grande più sono le variabili e i particolari da considerare, ma il principio del volo resta immutato.
2 - A che servono le parti mobili delle ali e del timone dell'aereo?
Imitando gli uccelli che, per cambiare direzione, curvano le ali e la coda, gli aerei muovono porzioni delle ali e del timone. Le parti mobili delle ali si chiamano alettoni e ipersostentatori. L'aereo riesce a virare allorché, comandati dal volantino, gli alettoni si spostano uno in su e l'altro in giù: nel primo caso la portanza diminuisce e l'ala si abbassa, mentre contemporaneamente l'altra ala, per il movimento inverso dell'alettone, tende ad alzarsi. Gli ipersostentatori - che si dividono in flap (posti sul bordo d'uscita dell'ala) e slat (posti sul bordo d'attacco) - invece, sono le parti mobili più vicine alla fusoliera e vengono estesi (tramite comandi elettrici) per aumentare la curvatura dell'ala e quindi la portanza, permettendo di manovrare l'aereo anche a bassa velocità. Li vediamo in azione nelle fasi di decollo e atterraggio.
Leme: que se situa, na maioria dos aviões, na parte traseira da aeronave que também conhecida como cauda ou empenagem, é uma parte móvel da aeronave que permite que a mesma gire em torno de seu eixo vertical (guinada).
Profundores: estão localizados em um aerofólio de perfil simétrico (estabilizador horizontal). A função dos elevadores é de basicamente alterar a estabilidade da asa para que a aeronave possa rolar em torno do eixo lateral (subir e abaixar o nariz, ou picar e cabrar).
Compensadores: superfícies que tem como finalidade diminuir a forca necessária a ser exercida pelo piloto durante as manobras de rolagem (bancagem), guinada e picadas/cabradas, assim como neutralizar a tendência de movimento da aeronave (como por exemplo, na perda de um dos motores). Normalmente são pequenas aletas na parte mais interna dos ailerons e profundores. No leme podem ser localizados na parte mais baixa do mesmo, mais junto ao charuto.
Estabilizador vertical: é um aerofólio de perfil simétrico, que tem como finalidade evitar que a aeronave glisse ou derrape durante uma curva (embora sozinho não seja capaz de evitar que esses efeitos ocorram), além de ser suporte do leme direcional, responsável pela guinada.
Estabilizador horizontal: é um aerofólio de perfil simétrico que está localizado na empenagem da aeronave, contra-balanceando a instabilidade da asa (que é gerada pela sustentação) para que a aeronave possa manter uma atitude em vôo suficiente para poder subir e/ou voar em uma altitude de cruzeiro e descer. Assim como o estabilizador vertical, é uma superfície vital na aeronave para que ela possa ser "voável". Em algumas aeronaves de grande velocidade (alguns "jatos" comerciais ou turbo-hélices), o mesmo serve como compensador, sendo chamado também de stab trim, ou simplesmente trim.
Nella foto: un Boeing 707 in fase di atterraggio con gli alettoni e i flap abbassati:
Na foto: um Boeing 707 em atterrizagem com os ailerons e os flaps abaixados:
Lo stesso principio vale per il timone (o impennaggio). L' impennaggio è un insieme costituito di uno stabilizzatore verticale e di uno stabilizzatore orizzontale. lo stabilizzatore verticale consiste di una superficie portante fissa denominata deriva, e di una parte mobile denominata timone di direzione. Similmente lo stabilizzatore orizzontale è composto comunemente di una superficie portante fissa, chiamata stabilizzatore vero e proprio, e da una parte mobile chiamata equilibratore o timone ( o piano) di profondità. I piani di profondità del timone servono per orientare in alto o in basso il muso dell'aereo e quindi farlo salire o scendere, mentre il timone di direzione serve per controllare lo spostamento «piatto» verso destra o sinistra, detto «imbardata». Negli aerei di linea questo lavoro e molti altri controlli di stabilità per lo più invisibili, durante la maggior parte del volo sono effettuati dal pilota automatico.Sovente la deriva regge le antenne dei sistemi di radionavigazione. In alcuni velivoli lo stabilizzatore verticale incorpora un motore.
Impennaggio classico
Lo stabilizzatore verticale è disposto nel piano di simmetria del velivolo, se unico, e lo stabilizzatore orizzontale si trova collocato alla base della deriva (foto: Boeing 707. Si noti l'antenna in cima alla deriva).
Empenagem clássico
Lo stabilizzatore orizzontale è montato sulla cima dello stabilizzatore verticale. I comandi ed i motori per il beccheggio ed il trimmaggio ( il trim è un dispositivo di compensazione, manovrabile dal pilota, che consente di stabilizzare l’assetto del velivolo) sono accomodati nell'interno della deriva. Questa disposizione è comunemente presente nei velivoli a motore posteriore, quali il Boeing 727 (foto) ed il Douglas DC-9.
Empenagem em forma de T
Lo stabilizzatore orizzontale interseca a mezza altezza lo stabilizzatore verticale in una configurazione a croce (foto: Caravelle)
L'impennaggio a bideriva presenta due stabilizzatori verticali, anziché un singolo stabilizzatore, disposti sempre simmetricamente rispetto al piano di simmetria del velivolo, ed intersecano o sono montati alle estremità dello stabilizzatore orizzontale.
E' una variante dell'impennaggio bideriva, essendo costituito di tre stabilizzatori verticali. Il migliore esempio di questa configurazione (ormai assai rara) è il Lockheed Constellation (foto).
3 - Un jet può volare con i motori in avaria? Um jato pode voar com os motores desligados?
In verità le prestazioni a motori spenti di un grosso jet sono migliori di quelle di un piccolo aereo: le manovre devono essere eseguite a velocità maggiore ma il rapporto tra la distanza percorsa in discesa e la perdita di quota è quasi il doppio: circa 20 a 1. Ogni 1.000 metri di quota perduti si percorrono 20km in distanza. Non è insolito che un aereo esegua la discesa «in folle», cioè a motori accesi ma a spinta quasi nulla.
Os aviões comerciais modernos têm motores com potência de sobra. Um avião MD-11, por exemplo, tri-reator – com um motor embaixo de cada asa e um na cauda –, possui motores tão potentes que a perda de um deles praticamente passará despercebida pelos passageiros.
Num 747, que tem quatro motores, a perda de um deles nem sequer é considerada estado de emergência. Nessa aeronave, se ocorrer a perda de dois motores, alguns procedimentos serão efetuados pelo piloto, e o avião seguirá em frente. Porém, por medida de segurança, já será necessário procurar um aeródromo de alternativa para o pouso e para verificação do que pode ter acontecido. Se parar o terceiro motor, a situação será bem mais crítica, mas o vôo continuará assim mesmo. Agora, se pararem os quatro motores, essa é uma possibilidade tão remota que só pode ser atribuída a um ato de sabotagem. Nesse caso, pode-se esperar pelo pior: um vôo planado e um pouso forçado, mas não necessariamente uma queda.
4 - Le turbolenze sono pericolose? As turbulências sãp perigosas?
Un pilota si preoccupa delle turbolenze quanto un marinaio si preoccupa delle onde, anche se sono molte di più le barche travolte dal mare in tempesta che gli aerei sbattuti giù dal cielo. In cielo la turbolenza è normale come le nuvole e il vento, e non è in grado di staccare le ali dei velivoli che vengono progettati tenendo conto dei venti più tempestosi. In caso di turbolenza, la sensazione dei passeggeri è che l'aereo stia precipitando a picco, ma in realtà lo spostamento verticale non supera quasi mai i 15 metri.
Le cause della turbolenza sono principalmente due:
Decisamente più significativa è invece la turbolenza associata alle formazioni nuvolose che nasce da correnti ascensionali o discensionali associate allo sviluppo delle nuvole stesse. L’aria può essere più o meno perturbata e la turbolenza può manifestarsi in zone diverse in relazione al tipo di agglomerato nuvoloso, con una maggiore pericolosità se è in via di «sviluppo», cioè se le sue dimensioni sono in aumento. Tra le diverse formazioni nuvolose, quelle legate a precipitazioni temporalesche, con fulmini più o meno frequenti e consistenti, in linea di massima danno origine a un’instabilità dell’aria decisamente superiore, con conseguenti fenomeni turbolenti piuttosto significativi. Necessitano di una particolare attenzione i cosiddetti cumulonembi, le nubi insidiose caratterizzate da un notevole sviluppo verticale.
Non visibile ad occhio nudo è invece la cosiddetta CAT (Clear Air Turbulence), la «turbolenza in aria chiara». Si tratta di un fenomeno meteorologico che può essere riscontrato a tutte le quote, ma che simanifesta prevalentemente in quelle vicine alla Tropopausa, uno strato atmosferico, spesso alcune centinaia di metri, che definisce il limite superiore della troposfera da quello inferiore della stratosfera. La CAT può essere causata da vari fattori, dal cosiddetto Jetstream, cioè una corrente d’alta quota piuttosto intensa;da cumulonembi; da catene montuose di grandi dimensioni. I moderni aerei commerciali volano normalmente a quote di crociera più elevate rispetto a quelle della maggior partedelle formazioni nuvolose, e quindi evitano le zone di turbolenza garantendo al passeggero il massimo comfort.
5 - Che cos'è il «wind shear»? O que è o «wind shear»?
6 – Cos’è la pressurizzazione della cabina? Como funciona a presurização da cabine da aeronave?
Ce ne siamo già occupati in un precedente articolo presente in questo blog. Tuttavia possiamo riassumere ricordando che all’aumentare dell’altitudine la concentrazione di ossigeno nell'aria diminuisce. Pressurizzando la cabina, si comprime l'aria ricreando le condizioni che esistono a terra, o al massimo a 1.500-2.500 metri di quota, a seconda dell'aereo. Senza pressurizzazione ciascun passeggero dovrebbe respirare con l’aiuto di una maschera per l’ossigeno. La cabina viene pressurizzata introducendo l'aria prodotta dai compressori integrati nei motori, e il flusso è regolato da una serie di valvole installate nella fusoliera. In caso di malfunzionamento del sistema si renderanno automaticamente disponibili le maschere dell’ossigeno (sempre una in più del numero delle poltrone di ciascuna fila, nel caso che vi sia un bambino che viaggia in grembo ad un adulto. Es.: per una fila di tre poltrone, in caso di depressurizzazione improvvisa della cabina, scenderanno quattro maschere). Se necessario e se possibile, l'aereo scenderà ad una quota a cui le maschere non serviranno più.
L'efficacia dei sistemi di ventilazione varia a seconda del produttore. Contrariamente a quanto si pensi, l'aria della cabina è fresca e pulita. L'aria esterna viene mescolata con quella riciclata, poi fatta passare attraverso filtri che catturano i microbi. Sicuramente è secca: la sua percentuale di umidità va dallo 0% al 15%: poiché il volume dell'aria cambia continuamente, umidificare una grossa cabina nel corso di un lungo volo richiederebbe apparecchiature complesse e molta acqua. Un sistema esiste, ma costa 180.000 dollari e porta l'umidità solo al 25%.
È possibile che un aereo resti senza carburante? Existe a possibilidade que um avião fiqui sem carburante?
Un Boeing 747 (Jumbo Jet) fa «il pieno» con 170.000 litri di carburante, per un Boeing 757 ce ne vogliono 42.000, 22.000 mila per un Boeing 737 o un Airbus A320, 4.000 per un aereo a elica da 50 posti. I serbatoi si trovano nelle ali, nella parte centrale della fusoliera e perfino nella coda e negli stabilizzatori. La quantità di carburante da caricare è calcolata in base a regolamenti complessi e molte variabili, tra cui le condizioni atmosferiche e il traffico, ma comunque deve essere sufficiente per raggiungere uno o più aeroporti alternativi a quello di destinazione più altri 45 minuti di volo.
Alle 15:08 LT (local time) del 25 Gennaio 1990 il volo di linea Avianca 052 (AVA052) era decollato dall'aeroporto Jose Maria Cordova di Medellin (SKMD - Colombia) diretto all'Aeroporto Internazionale John Fitzgerald Kennedy di New York (KJFK - Stati Uniti), con carburante sufficiente per il volo fino a New York (4h e 40 minuti) più una riserva di 1h e 29 minuti di volo (6h e 8minuti di volo in tutto). Alle 17:28 LT l'aeromobile entra nello spazio aereo statunitense e, seguendo la rotta pianificata, prosegue il suo volo a FL (flight level, livello di volo di crociera) 370 verso l'aeroporto di destinazione. A causa di un complesso sistema frontale che insiste sull'area di New York – e che dà luogo a nebbia, pioviggine e venti sostenuti, provocando molti mancati avvicinamenti e pesanti ritardi ai voli in arrivo - l'aeromobile viene autorizzato ad attendere per un totale di ben 1h e 17 minuti.
La situazione non si sblocca e alle 20:44 LT l'ACC (Area Control Center, Centro di controllo d'area, denominato ARTCC negli USA) di New York comunica all'Avianca 052 che dovrà attendere almeno fino alle 21:05 LT, ma il Primo Ufficiale risponde che, in tal caso, hanno bisogno di priorità; l'ACC chiede per quanto ancora l'aereo possa attendere e quale sia l'aeroporto alternativo, il Primo Ufficiale risponde che possono attendere solo altri 5 minuti e che l'alternativa è l'aeroporto di Boston (KBOS), aggiungendo però che ormai non sono più in grado di raggiungerlo, dato che il carburante sta terminando.
A seguito di quest'ultima comunicazione, il controllore addetto ai coordinamenti dell'ACC chiede all'APP/RADAR (denominato TRACON, Terminal Radar Approach Control, negli Stati Uniti) di New York se può accettare il volo AVA052, specificando unicamente che l’aereomobile può rimanere in holding solo altri 5 minuti, senza accennare nulla riguardo alla richiesta di priorità ed alla scarsità di carburante dato che, già impegnato nei coordinamenti, ha sentito solo in parte i messaggi trasmessi dall'AVA052; l'APP accetta di vettorare in sequenza il volo AVA052 a condizione che venga messo su prua 040° e ridotto alla velocità di 180 KTS; alle 20:47 LT l'aereo - nel frattempo sceso a 3.350 metri - lascia quindi l'holding del punto CAMRN come autorizzato.
In carico all'APP di New York, l'AVA052 viene vettorato su numerose prue (includendo anche una virata di 360°), viene informato di un riporto di wind shear (a 457m ed a 152m in finale) ed autorizzato a quote inferiori; alle 21:11 LT viene autorizzato all'ILS (Instrument Landing System, Sistema di atterraggio strumentale) per pista 22L. In contatto con la torre del JFK, l'aereo viene autorizzato all'atterraggio alle 21:20 LT; 3 minuti più tardi, a causa del wind shear, scende al di sotto del glide path (il glide path è la seconda antenna dell’ISL che fornisce una guida sul corretto angolo di planata dell'aeromobile in discesa per l'atterraggio) livellando per qualche secondo a 61m AGL (Abouve Ground Level), ma a causa del ceiling (altezza delle nubi più basse) e della scarsa visibilità, i piloti non riescono ad acquisire il contatto visivo con la pista, pertanto decidono di riattaccare, nonostante il pochissimo carburante utilizzabile rimasto a bordo. La torre autorizza allora l'aereo a salire e mantenersi a 610m e a virare a sinistra su prua 180°; alle 21:24 LT il Primo Ufficiale comunica alla torre l'intenzione di voler effettuare un altro avvicinamento e che il carburante a bordo sta per finire; qualche secondo più tardi l'AVA052 viene di nuovo passato in contatto con l'APP.
A bordo è il Comandante a pilotare l'aeromobile mentre il Primo Ufficiale è impegnato nelle comunicazioni; il Comandante è ovviamente molto preoccupato dal basso livello del carburante, pertanto ordina in più occasioni al Primo Ufficiale di comunicare all'ATC che sono in emergenza, ma il Primo Ufficiale non lo dichiara mai esplicitamente in frequenza, dato che nelle varie comunicazioni con l'ATC ripete solo la frase «... we're running out of fuel»; ciò nonostante tutto l'equipaggio di volo ritiene che l'APP abbia capito la gravità della situazione e che stia gestendo l'aeromobile in modo da farlo atterrare nel più breve tempo possibile, ma purtroppo non è così.
L'APP vettora l'aeromobile per un sottovento sinistro per pista 22L e alle 21:26LT chiede all'aeromobile se accetta, compatibilmente con il carburante a bordo, di essere vettorato fino a 15NM a NE del campo per poi essere chiuso per il finale; il Primo Ufficiale risponde in modo affermativo. 3 minuti più tardi il Primo Ufficiale chiede di poter chiudere per il finale e l'APP istruisce l'aeromobile a virare a sinistra su prua 040°; in risposta il Primo Ufficiale ribadisce di nuovo che "... we're running out of fuel" e quindi l'APP istruisce l'aeromobile a virare a sinistra su prua 360° e alle 21:32 LT su prua 330°.
Qualche secondo più tardi il Primo Ufficiale comunica al Comandante che il motore n.4 si è spento («... flame out on engine number four») e poco dopo ripete lo stesso avviso per il motore n.3; a questo punto il Primo Ufficiale comunica all'APP che hanno perso due motori e che richiedono priorità all'atterraggio, l'APP istruisce quindi l'aeromobile a virare a sinistra su prua 250° e poco dopo lo autorizza all'ILS per pista 22L, comunicandogli anche che dista 15NM dall'Outer Marker; il Primo Ufficiale risponde «roger».Alle 21:34:00 LT l'APP chiede all'aeromobile se ha abbastanza carburante per raggiungere l'aeroporto, ma non riceve alcuna risposta, perché proprio in quegli istanti il Boeing 707-321B dell'Avianca si schianta sul fianco di una collina ubicata in una zona residenziale (dopo 6h e 26minuti di volo), con tutti i motori spenti, distruggendosi nell'impatto e danneggiando il lato di un edificio di legno.
8 - Cosa succede quando un fulmine colpisce un aereo?
I fulmini colpiscono gli aerei più spesso di quanto si pensi, ma i velivoli sono progettati in modo da non risentirne. L'elettricità viene scaricata fuoribordo, in parte attraverso dispositivi fissati lungo il bordo di uscita di ali e coda. Nove volte su dieci non ne rimane alcuna traccia, qualche volta può provocare danni o disturbi, soprattutto al sistema elettrico.
9 – Dove finisce il contenuto delle toilette? Viene scaricato durante il volo?
Tutto ciò che viene inghiottito dal wc dell'aereo, sempre che non sia incompatibile con il liquido azzurro dell'impianto, viene aspirato in un serbatoio e debitamente smaltito dopo l'atterraggio. Sulle rotte locali nei giorni di traffico intenso, «necessitiamo del servizio toilette» è, insieme al famoso «roger», uno dei messaggi più frequenti che i piloti inviano verso la base prima di toccare terra.
10 - Cosa accade se capita un'avaria in fase di decollo?
Per la sicurezza del decollo devono esser valutate lunghezza della pista, condizioni atmosferiche e peso. Nelle procedure è calcolata anche la possibilità di un'avaria a un motore: infatti gli aerei per ottenere la certificazione devono poter decollare con un motore in meno. C'è un punto, mentre l'aereo rulla sulla pista, chiamato V1 (velocità di decisione), che indica la velocità in cui il decollo non può essere interrotto. Prima di questo momento ci si può fermare senza danni, dopo è pericoloso, quindi l'aereo deve essere in grado di staccarsi da terra e salire. Per i più comuni aerei di linea, la velocità necessaria per decollare varia tipicamente tra i 250 e i 290 km/h (150-180 miglia orarie, 130-155 nodi).
Nella sequenza di decollo, dopo V1 segue VR (velocità di rotazione), allorché il pilota agisce sull'equilibratore sollevando il muso dell'aereo e staccando le ruote dal suolo. Appena il variometro - strumento che indica la componente verticale della velocità dell'aeromobile (velocità ascensionale/discensionale, velocità di salita/discesa) espressa in centinaia o migliaia di piedi al minuto, ft/min - indica un rateo di salita (variazione di quota nel tempo) positivo viene retratto il carrello. A VR segue V2 (velocità di sicurezza): il pilota può continuare la sua manovra senza rischi anche in caso di «piantata motore». Man mano che la velocità aumenta il pilota ritrae i flap gradualmente «pulendo l'ala» e inizia la salita verso la quota di crociera.
11 – Cosa significa la numerazione delle piste di un aeroporto?
I numeri corrispondono all'orientamento in gradi delle piste. Pensiamo ad un cerchio graduato a 360º, in cui il Nord corrisponde al 360. Per sapere in che direzione avviene il decollo si deve aggiungere uno zero al numero della pista(es. la pista 22 è orientata per 220º, quindi a Sud-Ovest). L'estremità opposta sarà indicata con il numero 04 e punterà a 40º, a nord-est. Perciò ogni pista è in realtà due piste.
Quasi certamente la cosa è dovuta ad un forte vento laterale o ad una turbolenza a bassa quota. Inclinare leggermente l'aereo per compensare la spinta laterale è una manovra del tutto normale. Un atterraggio un po' brusco non è necessariamente mal riuscito e la dolcezza del tocco non è un parametro per giudicare un pilota.
Non c’è molta differenza, ma il posto più tranquillo è sopra le ali, cioè il più vicino al centro di spinta e di gravità dell'aereo. La zona più movimentata è generalmente quella posteriore.
14 - Perché non si può usare il cellulare o il lettore cd durante il volo?
Perché i computer di bordo utilizzano le onde radio per una serie di operazioni, e un cellulare acceso (anche in standby) emette un flusso di dati che può disturbare i segnali. Per quanto riguarda walkman e lettori cd, è vietato l'uso durante decollo e atterraggio perché tutti possano sentire gli annunci e le istruzioni del personale di volo in caso di emergenza.
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