L’importanza del peso nell’industria aeronautica

Nessuna industria più di quella aeronautica ha a che fare con il peso inteso nella sua accezione scientifica di massa per attrazione gravitazionale.

Sappiamo che il peso, infatti, è in realtà una forza, cioè misura l’intensità dell’attrazione della gravità. Per un aeroplano questa forza vettoriale è sempre diretta verso il centro della terra.

Il volo, dunque, implica due problematiche principali: contrastare la forza di gravità con una forza opposta e rendere controllabile il velivolo.
Queste due questioni sono legate al peso dell’aereo e alla disposizione del centro di gravità dello stesso.

Da cosa è determinato il peso di un aereo?

Innanzitutto dipende dalla massa dell’aereo e di tutti i suoi componenti, in più va aggiunto il carburante e il peso di merci e persone trasportate.

Il peso è teoricamente distribuito in maniera uniforme su tutto il velivolo, ma in realtà possiamo immaginarlo concentrato in un unico punto, definito centro di gravità.

Durante il volo l’aereo ruota attorno a questo centro di gravità e, inoltre, il peso varia continuamente in quanto, ad esempio, il carburante si consuma man mano che si procede verso la meta.

Anche gli aerei, come i veicoli su strada, hanno un peso massimo consentito.

Ecco, dunque, che il pilota deve essere costantemente attento sia a questo limite che alle variazioni del peso stesso e modificare l’assetto di volo per mantenere l’aereo bilanciato.

Come si pesa un aereo?

Domanda che spesso si ritrova tra le curiosità alla quale forniamo la riposta : o con delle celle di carico oppure con delle piattaforme di pesatura appositamente progettate e che noi vendiamo. Qui viene mostrata l'operazione di pesatura di un velivolo della KLM.  

Quanto pesa un aereo?

Questo è il peso medio di un:

A330:              120.000 kg
777-200:         143.000 kg
777-300:         166.000 kg
747:                180.000 kg

Ogni quattro anni arriva un momento in cui le compagnie di volo misurano il nuovo 'peso base vuoto' di un aereo per garantire che i dati relativi al suo peso e al centro di gravità siano aggiornati.

Questo è stabilito dalla legge: se un aereo non è stato pesato negli ultimi quattro anni non ha i permessi per volare. Inoltre, utilizzano il peso e il centro di gravità corretti per garantire che l'aeromobile voli con la massima efficienza e consumi meno carburante possibile.

Qual è il rapporto tra peso e resistenza in un aereo?

Per l’industria aeronautica è cruciale trovare un compromesso tra la costruzione di velivoli abbastanza leggeri da contrastare in maniera più efficace possibile la forza di gravità e strutture abbastanza resistenti.

Un aereo, infatti, deve avere un peso ridotto ma, al contempo, abbastanza forte da resistere a tutte le sollecitazioni e le forze che lo mettono a dura prova durante il volo. Gli elementi che lo compongono, inoltre, devono essere abbastanza durevoli da mantenersi in efficienza per tutta la durata della vita del velivolo.

Ogni aereo, dunque, viene fabbricato tenendo conto di diversi fattori che, a volte, sono in contrasto tra loro: la capacità di carico, il costo di produzione, la portata, la velocità che può raggiungere, la durabilità, il livello di rumore che verrà udito dai passeggeri in cabina, le distanze che potrà percorrere e molti altri.

La sfida è produrre velivoli che, siano di linea, militari, da trasporto merci, abbiano comunque il miglior bilanciamento tra questi elementi.

In generale il design migliore in aeronautica è quello che permette di avere il massimo della performance al minimo del peso.

Il centro di gravità

Abbiamo parlato del centro di gravità, esso viene determinato dalla massa e dalla posizione di ogni componente dell’aeroplano e del peso che sta trasportando.

Per capire meglio cos’è il centro di gravità è utile immaginare l’aereo sospeso a una fune: se è in equilibrio significa che la corda è attaccata esattamente in corrispondenza di quel punto di bilanciamento.

Il centro di gravità è fondamentale durante il volo per il suo effetto sulla stabilità e sulle performance del velivolo.

Per questo dovrebbe restare all’interno di limiti ben precisi per tutta la durata del volo, anche se è influenzato da diversi fattori, come il movimento dei passeggeri o il carburante che viene trasferito da un serbatoio all’altro.

La posizione del centro di gravità influisce sul carico che pesa sulle ali del velivolo e ha un effetto significativo sulle performance durante il decollo o la fase di crociera. 

Un centro di gravità spostato nella parte anteriore o in quella posteriore dell’aeromobile influenza le manovre in volo, in fase di stallo e in atterraggio.

Il centro di gravità è determinato, dunque, da diversi fattori. Come misura di sicurezza solitamente gli aerei hanno uno strumento di stabilizzazione dell’assetto che riesce a farli atterrare planando anche a motori spenti.

Peso e bilanciamento

Il pilota ha la responsabilità di conoscere, per ogni velivolo, il massimo carico consentito e la posizione corretta del centro di gravità in modo da poter determinare, in fase di ispezione pre-volo se l’aereo è caricato in modo che il suo centro di gravità si trova all’interno dei limiti prestabiliti.

Parlando di peso, esistono altri fattori importanti di cui tenere conto in fase di costruzione di un aereo. Uno di essi è il massimo peso o la massima massa durante il decollo che è determinato dalla portata massima che le ali e i rotori possono sopportare nelle condizioni operative per cui l’aereo è stato progettato.

La resistenza strutturale del velivolo determina anche qual è il massimo peso che esso può trasportare.

È bene, inoltre, conoscere anche il peso che può gravare sulle ali durante la fase di volo quando proprio la spinta delle ali supporta il peso dell’intero aereo. In questo caso si parla di Fattore di carico alare e si calcola dividendo il peso dell’intero velivolo per la superficie delle ali.

Il peso e il bilanciamento sono tra i fattori più importanti per la sicurezza di un velivolo.

Il sovraccarico, infatti, interferisce sulla stabilità dell’aeromobile e potrebbe limitare le capacità di manovra in fase di emergenza oltre che aumentare il tempo necessario per il decollo o diminuire l’altitudine massima raggiungibile dall’aeromobile.

Per questo motivo gli ingegneri aeronautici prestano sempre particolare attenzione alla determinazione del massimo carico trasportabile da un aereo e alla sua distribuzione.

La maggior parte dei moderni aerei sono progettati affinché il pilota possa avere una grande libertà di azione per quanto riguarda la gestione del carico per ogni volo. Ad esempio quando il carico di bagagli e passeggeri non è pieno, si può aumentare il carico di carburante o viceversa, in base alla lunghezza della tratta da percorrere.

Controllare, dunque, il peso dei singoli componenti in fase di progettazione e costruzione è fondamentale nell’industria aeronautica.

La sfida per la costruzione di velivoli sempre più leggeri e per l’innovazione dei materiali di costruzione è costantemente aperta e porterà a superare nuove frontiere nelle performance dei velivoli.

Ovviamente il sogno resta quello di creare degli strumenti anti-gravitazionali, che però, al momento, esistono solo nei film di fantascienza per cui quello che si può fare è agire sul peso e sugli strumenti che contrastino la forza di gravità pur rendendo facilmente manovrabile il velivolo.