La velocità in volo: l’ANEMOMETRO

L’anemometro è lo strumento più importante fra quelli installati a bordo di un aereo l’unico di cui è praticamente impossibile fare a meno. L’utilizzo dell’anemometro è molto intuitivo così come molto semplice è anche il suo principio di funzionamento ma è comunque opportuno sapere che dietro alle indicazioni di questo strumento ci sono alcune piccole complicazioni tecniche che è bene conoscere per sfruttare a pieno e nel modo più sicuro possibile le indicazioni che ci fornisce.
L’anemometro fornisce valori di Indicated Airspeed (velocità all’aria indicata) che sono influenzati da errori di misura i quali, a loro volta, possono essere influenzati dalle particolari condizioni di volo in cui si trova il velivolo (volo lento, crociera veloce, salita, discesa etc).

L’anemometro è uno strumento di misura utilizzato per misurare la velocità, è uno dei tre strumenti a capsula (anemometro, altimetro e variometro), esso rileva la velocità della massa d’aria, tramite una particolare presa d’aria che prende il nome di TUBO DI PITOT ,situato all’esterno dell’aeromobile, atto a misurare la pressione di impatto dell’aria (PRESSIONE DINAMICA ) . Allo strumento arriva la differenza fra le due pressioni, la PRESSIONE DINAMICA (Pd=Ptot–Ps), opportunamente “tradotta” in velocità . Poiché Pd = 1/2 ρ V2
(dove ” ρ” è la densità dell’aria e “V” la velocità del flusso), se diminuisce “ ρ” (ad esempio con l’aumento della quota o della temperatura dell’aria) deve aumentare “V”, in modo che rimanga costante la lettura della velocità anemometrica ( IAS ). Quella che leggiamo sull’ ANEMOMETRO è una velocità che chiamiamo IAS (Indicated Air Speed) e tutto è, eccetto che la vera velocità alla quale l’aereo sta volando.

Il TUBO DI PITOT  infatti registra la PRESSIONE DINAMICA dell’aria ( 1/2 ρ V2 ), ma questa all’aumentare della quota, si fa via via più rarefatta. A parità di velocità di avanzamento, dunque, la pressione sarà inferiore, con la logica conseguenza che il valore letto sullo strumento sarà minore del reale, perchè il bilancio delle due grandezze deve rimanere costante, a meno che non si stia volando al livello del mare. Esiste anche la cosiddetta TAS (True Air Speed), che è la velocità vera alla quale l’aereo si sta spostando dentro la massa d’aria che lo circonda, ma anche la TAS non è in realtà così vera, perché è riferita alla massa d’aria e non tiene conto degli eventuali movimenti della massa d’aria stessa rispetto al terreno. Movimenti della massa d’aria che vanno volgarmente sotto il nome di “vento”, il quale può favorire o ostacolare l’avanzamento dell’aereo.

Se alla TAS sommiamo (o sottraiamo) gli effetti del vento, allora arriviamo finalmente a una risposta coerente abbiamo trovato la GS (Ground Speed, velocità rispetto al terreno), ora sappiamo davvero a quanto stiamo andando. Siamo quindi partiti da una velocità indicata (IAS), per arrivare a una misura direttamente rapportabile all’esperienza terrestre, la GS. A QUESTO PUNTO CI SI POTREBBE CHIEDERE QUINDI A CHE COSA CI SERVE QUESTO BENEDETTO STRUMENTO ? Serve,serve, perchè esso è in pratica un MISURATORE della “PRESSIONE DINAMICA”, la sua indicazione di velocità (la famosa IAS) è diretta espressione della pressione dinamica che agisce sulle strutture dell’aeroplano, sulle sue ali. E le ali si trovano a lavorare nella stessa aria rarefatta in cui lavora il nostro tubo di Pitot.

Poiché la pressione dinamica ( 1/2 ρ V2 )(dove ” ρ” è la densità dell’aria e “V” la velocità del flusso), se diminuisce “ ρ” (ad esempio con l’aumento della quota o della temperatura dell’aria) deve aumentare “V”, in modo che rimanga costante la lettura della velocità anemometrica ( IAS ).Lo strumento non sarà il massimo come indicatore di velocità,ma funziona benissimo come indicatore della condizione di volo,cioè dell’INCIDENZA. Supponiamo che il nostro aereo stalli a livello del mare quando l’anemometro segna 45 nodi, Bene, allora alle stesse condizioni di volo stallerà sempre quando lo strumento segna 45, indipendentemente dalla quota. Se facessimo stallare l’aereo a 36.000 piedi, dove la reale velocità di stallo dell’aereo è di 90 nodi, l’anemometro segnerebbe sempre 45. La stessa cosa è valida per tutte le altre condizioni di volo, per esempio la planata.

Se nella planata alla massima efficienza a livello del mare la lancetta segna 75 nodi, in quel caso, a qualsiasi quota, la massima efficienza sarà quando l’indicatore segna 75. A 36.000 piedi la massima efficienza sarà in realtà ad una velocità di 150 nodi, ma sull’anemometro ci sarà segnato sempre 75.
Quindi potremmo marcare quel punto come massima efficienza e quindi, indipendentemente dalla quota, dalla velocità effettiva, potremo sempre avere la massima efficienza volando in modo da portare la lancetta su quel segno.

Perché questo succede? Ala ed anemometro sono dispositivi della stessa razza, e sono soggetti alle medesime leggi della fisica. L’ala è un corpo su cui l’aria che scorre crea una pressione dinamica che sostiene l’aeroplano. L’anemometro è un apparecchio, un tubo aperto alla fine entro cui scorre il vento, sul quale l’aria che scorre crea una pressione dinamica che sposta la lancetta. Ecco cosa in realtà misura lo strumento: una pressione dinamica. Se l’aria soffia contro l’ala abbastanza forte e veloce da sostenere l’aeroplano, essa soffia anche dentro il tubo di Pitot abbastanza forte e veloce da far spostare la lancetta dello strumento in una certa posizione del quadrante. Se l’aria diventa troppo rarefatta o la velocità troppo bassa, la pressione viene meno sia sulle ali che nel tubo di Pitot: l’ala cade e la lancetta dell’anemometro torna indietro.
Se la pressione torna a crescere di nuovo, tornerà a crescere anche sulle ali e nel tubo di Pitot: l’ala cesserà di cadere e la lancetta tornerà nella posizione precedente. Quindi ali e tubo di Pitot vanno di pari passo. Quello che succede all’uno capita anche all’altro. In conclusione quindi l’anemometro non misura la velocità , ma la pressione dinamica. La rarefazione dell’aria interagisce con l’anemometro, esso segna la reale velocità dell’aria solo al livello del mare, man mano che saliamo di quota segna di meno.

L’ANEMOMETRO NON E’ PROPRIO UN INDICATORE DI VELOCITA’ , MA E’ UN INDICATORE DELLE CONDIZIONI DEL VOLO E CIOE’ DELL’INCIDENZA . Quindi per RISPETTARE I PARAMETRI DI VOLO DOBBIAMO FARE RIFERIMENTO alla IAS. Al pari della densità, anche il quadrato della velocità è direttamente proporzionale alla portanza , per cui lasciando invariati la superficie alare ed il coefficiente di portanza , per mantenere inalterato il valore della portanza , diminuendo il valore della densità , la velocità deve aumentare, per cui aumenterà anche la velocità di stallo , che l’anemometro non percepirà , per cui il pilota non dovrà effettuare nessun calcolo , per lui non cambia nulla , dovrà fare riferimento sempre alla velocità di stallo che quel velivolo ha al livello del mare, per concludere aggiungiamo che la velocità di stallo dipende anche dal peso del velivolo e dalle manovre che vengono effettuate. Dagli screen sottostanti , se consideriamo che il nostro C172 in volo livellato stalla a poco meno di 40 Kt , si può notare che a varie quote riusciamo sempre a scendere ad una IAS di 40 Kt .

ANEMOMETRO CON INDICAZIONE DELLA TAS …….

TAS = ( TRUE AIR SPEED ) indica la velocità reale della massa d’aria. Si ricava dalla EAS aggiungendo il termine correttivo per l’altitudine. Questa velocità si usa per la navigazione ed è diversa dalla IAS/CAS/EAS. In assenza di vento è uguale alla GS (Ground speed). Viene usata per la compilazione e la navigazione, in quanto permette il calcolo della deviazione o dell’ETA (tempo stimato di arrivo sopra un punto).
Anche questa viene misurata in knots, nodi o KTAS. Essa è calcolabile attraverso il regolo aeronautico o tramite appositi strumenti di bordo con appositi indicatori (vedi screens di Fig.1-2-3 sottostanti ), nei velivoli moderni moderni tramite il GPS o calcolata dai computer).

METODO EMPIRICO :
Relazione tra TAS e IAS :
– per una IAS tra 240 e 400 nodi e FL tra 050 e 250,una buona approssimazione è data da:
TAS = IAS + FL/2, dove FL è comunemente il “Livello di Volo” (FLIGHT LEVEL).
Il livello di volo è: FL= Altidudine in Piedi/100 – 1 piede (feet) = 0,3048 metri

Esempio: un velivolo stabile a FL 120 e 320 KIAS, KTAS = 320 + 120/2 = 380 nodi – per una IAS minore di 240 nodi,
TAS = IAS + (1.5% IAS x altitudine) (altitudine espressa in migliaia di piedi).

Esempio: un velivolo stabile a FL 150 e 220 KIAS, KTAS = 220 + ((1.5% x 220) x 15) = 220 + (3.3×15) = 270 Ktas