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Atterraggio in modalità visivaUltimo aggiornamento: 2007-11-10
Come si usa dire, decollare è facoltativo, atterrare è obbligatorio. Qui vediamo come atterrare senza l'ausilio delle radioassistenze: dovremo fare affidamento unicamente sulla nostra capacità di guida. E, naturalmente, sul nostro aeroplano.
I numeri delle piste
Atterraggio di emergenza
Atterraggio VFR
L'aeroplano come aliante
Atterraggio forzato
Approfondimenti
Prima di tutto, dove atterrare. Di norma si atterra su piste appositamente predisposte, ricoperte di asfalto o di cemento e diligentemente riportate sulle carte di navigazione.
Le piste di un aeroporto vengono numerate in base al loro orientamento magnetico. Il numero viene indicato in decine di gradi. Ad esempio, una pista orientata nord-sud ha due estremità: quella sud si chiama "pista 36" mentre quella nord si chiama "pista 18". Decollare dalla pista 18 significa portarsi all'estremità nord della pista e decollare verso 180 gradi MH. Atterrare sulla pista 18 significa provenire da nord viaggiando verso sud.
Se un aeroporto dispone di due o più piste parallele, allora si aggiunge una lettera al nome della pista: 18L e 18R marcano le piste di sinistra e di destra rispetto al pilota che sta atterrando (vedi figura qui sotto).
Aeroporto con tre piste parallele orientate nord-sud.
Il numero della pista indica solo grossolanamente il suo orientamento magnetico. Ad esempio, la pista 18 potrebbe essere orientata tra 175 e 185 gradi. In altre parole, il numero della pista è un valore arrotondato alla decina di gradi più vicina.
Siccome l'orientamento del campo magnetico varia nel tempo, in certi casi è stato necessario rinominare le piste per farle corrispondere alla nuova configurazione del campo magnetico.
Atterrare su di una pista comporta due ordini di problemi per il pilota: 1) allineare perfettamente l'aereo con la pista e 2) impostare il giusto rateo di discesa e la giusta velocità in modo da toccare terra all'inizio della pista e non prima nè troppo avanti. Le due manovre sono piuttosto impegnative, per cui per cominciare proveremo ad atterrare sul prato verde in un punto qualunque simulando un atterraggio di emergenza.
Per atterraggio di emergenza si intende la necessità di atterrare urgentemente, ma con il motore ancora funzionante. Per esempio, stiamo per finire la benzina: meglio allora un atterraggio di emergenza anche su di un prato ma con un aereo controllabile, piuttosto che aspettare il blocco del motore.
Proviamo quindi l'atterraggio di emergenza sul prato verde con il nostro C-172RG. Siccome il terreno è privo di dettagli, risulta difficile valutare l'altezza sul terreno. L'altimetro non è di molto aiuto, perché l'orografia del terreno dello scenario di Dallas varia tra i 500 e i 1000 ft. Fortunatamente ACM dispone dell'altimetro radar, che misura la distanza tra il carrello principale e il terreno.
Scendere di quota fino a circa 1000 ft dal terreno, poi regolare la velocità a circa 75 kts e mantenere il rateo di discesa a circa −400 fpm. Giunti a 100 ft dal terreno (circa 30 metri) ridurre il rateo a circa −100 fpm e ridurre la velocità a circa 65 kts. Poco prima di toccare tirare un po' il mouse in modo che il contatto sia soffice. Azzerare il motore (tasto 1) e lasciare toccare dolcemente il carrello anteriore. Complimenti, il primo atterraggio di emergenza è riuscito perfettamente!
AVVERTENZA. Il prato verde nasconde delle insidie, e a volte vedremo comparire il fatale "main landing gear smash" anche se la manovra che abbiamo eseguito era impeccabile. Nel simulatore come nella realtà, le piste appositamente predisposte sono l'unico posto sicuro dove atterrare.
AVVERTENZA. Il carrello principale sopporta anche urti piuttosto violenti. In generale il carrello principale viene progettato e collaudato per resistere a una velocità verticale di impatto fino a 600 ft al minuto senza schiantarsi rovinosamente, ma sono possibili deformazioni e danni limitati. Per l'uso ordinario il pilota deve però fare in modo di rimanere ben al di sotto di questo limite. Il carrello anteriore è invece relativamente fragile. Toccare il suolo con il carrello anteriore per primo, in ACM comporta invariabilmente di schiantarsi. Il carrello anteriore va abbassato delicatamente solo dopo che il carrello principale è a terra.
Per l'atterraggio in modalità visiva VFR (visual flight rules) conviene avviare il programma con una buona visibilità, per esempio 10 NM. Decollare come al solito, raggiungere una quota sopra al terreno di circa 800 ft, mantenere la quota per circa 2 minuti, invertire la rotta con una virata di 180 gradi, impostare la discesa a 75 kts, −400 fpm e cercare di atterrare sulla pista da cui siamo partiti.
Il problema che si incontra in questa manovra è che l'aereo viene a trovarsi fortemente disallineato con la pista. Nel tentativo di correggere il forte disallineamento ci troveremo scomposti o disallineati sulla soglia della pista. In generale l'approccio diretto all'atterraggio è possibile solo con una visibilità elevata, in modo che si possa iniziare l'atterraggio da grande distanza e con tutto il tempo per impostare l'allineamento.
Se l'approccio diretto non riesce, dovremo rinunciare, ridare motore e salire. Approfitteremo di questo atterraggio mancato per perfezionare l'allineamento con la pista, invertire la rotta con due virate di 90° a sinistra e successivamente un'altra coppia di virate per riprovare. Complessivamente avremo descritto un anello intorno alla pista. Chiaro che tutto questo richiede tempo.
Un altro modo è il seguente (vedi figura qui sotto). Volare fino alla pista mantenendo una quota di circa 800 ft sopra di essa a una velocità di 80 kts. Giunti sopra alla pista, correggere la rotta in modo che l'aereo sia perfettamente allineato. Lasciarsi alle spalle la pista e allontanarsi a velocità costante per 1 minuto, quindi iniziare una virata 45 degrees procedure turn per invertire la rotta mantenendo l'allineamento iniziale. Questa manovra viene spiegata nel documento Virate standard. Completata la virata, iniziare la discesa a 75 kts e circa −400 fpm.
Atterraggio VFR: pianta e profilo.
Per eseguire con sicurezza tutta la manovra occorre aver raggiunto un buon livello di controllo del proprio aeroplano. Probabilmente questo richiederà un po' di tempo e di prove. L'altimetro radar e il flight path marker dell'HUD sono strumenti preziosi per eseguire con precisione queste manovre. Tuttavia in generale l'atterraggio strumentale guidato dall'ILS risulta più facile, almeno al simulatore, e forse è meglio iniziare da quest'ultimo.
Nel prossimo paragrafo affronteremo la prova più dura per un pilota: il blocco del motore e l'atterraggio forzato in planata. Qui premettiamo alcune considerazioni sul funzionamento dell'aeroplano come aliante.
Durante la discesa senza motore l'aeroplano consuma la sua energia
gravitazionale per generale il lift e per vincere il drag. Supponiamo di
regolare l'equilibratore in modo che la velocità di discesa v rimanga
costante e con una inclinazione r rispetto all'orizzonte, come viene
illustrato dalla figura a lato. Siccome l'aeroplano viaggia a velocità
costante, l'accelerazione è nulla e quindi è nulla la risultante delle forze
peso W e aerodinamica F. Le due forze devono quindi essere uguali e contrarie,
come mostra la figura. Indichiamo poi con u = v sin(r) il
rateo di discesa. Abbiamo già visto che il drag è la componente della
forza aerodinamica nella direzione parallela alla velocità, mentre il
lift è la componente perpendicolare al drag. Conviene quindi scomporre
la forza aerodinamica F nelle due componenti D e L come mostra la figura.
Il lift non compie lavoro perché è perpendicolare alla velocità, e
quindi non è coinvolto nel bilancio energetico. Invece il drag dissipa
una potenza v D che deve essere bilanciata dalla perdita di potenziale
gravitazionale u W:
v D = u W
Il lift è la componente L della figura, e si ottiene proiettando la forza aerodinamica totale F (uguale a W) di un angolo r:
L = F cos(r) = W cos(r)
Il rapporto tra le due ultime equazioni dà
L / D = cos(r) v/u
Con banali trasformazioni che vi risparmio, questo rapporto si può esprimere convenientemente in funzione delle sole velocità oppure del solo angolo di discesa, ottenendo le equazioni seguenti:
L / D = sqrt( v2/u2 − 1 )L / D = 1 / tan(r)
Siccome l'angolo di discesa è in generale piccolo, possiamo approssimare la tangente tan(r) con r (radianti!) mentre dentro alla radice quadrata sqrt() possiamo trascurare l'unità rispetto al rapporto v/u. Le equazioni approssimate che risultano sono davvero semplici:
L / D = v / uL / D = 1 / r
Queste equazioni approssimate danno un errore inferiore all'1% per angoli di discesa fino a 8 gradi. Nella pratica risulta conveniente la prima equazione, qui evidenziata in grassetto, perché tutti gli aeroplani dispongono dell'anemometro per misurare v e del variometro per misurare u; la misura diretta dell'angolo di discesa è più problematica per gli aeroplani privi di sistema di guida inerziale. Dunque, ora disponiamo di una equazione per determinare il rapporto lift/drag dell'intero aeroplano come rapporto tra la velocità dell'aria e il rateo di discesa. Notare che convenzionalmente il rateo di salita u è negativo quando si scende, tuttavia è chiaro che qui si intende il valore di u senza segno. Nel seguito ometteremo spesso di considerare il segno di u, ma dovrebbe essere chiaro dal contesto quando il segno serve e quando no.
Una volta noto il rapporto lift/drag possiamo calcolare il parametro che ci interessa davvero, e cioè il raggio di planata ovvero quanto ci resta prima di toccare terra. Se ci troviamo a una altezza H sul terreno sottostante, potremo rimanere in volo per un tempo T=H/u e durante questo tempo avremo percorso uno spazio R=v cos(r) T = H v/u cos(r) che è quello che chiameremo raggio di planata. Sostituendo il rapporto lift/drag, si ottiene il raggio di planata in funzione dell'altezza H:
R = H L / D
Abbiamo così scoperto il massimo raggio di planata si ottiene impostando una discesa che dia il massimo rapporto L/D. Siccome L/D vale circa v/u, non ci resta che determinare quale combinazione di v e di u dà il massimo rapporto v/u. Qui l'algebra è di poco aiuto e bisogna provare al simulatore.
Andando sul simulatore si ricava per il C-172RG a carrello ritratto il bel valore L/D=14 con una velocità intorno a 68 kts e un rateo di discesa intorno a −500 ft/min: il nostro aeroplano da addestramento è anche un buon aliante il cui lift è 14 volte maggiore del drag. Questo rapporto sarà il best glide ratio da mantenere per rendere massimo il raggio di planata. In altri termini, quando il motore è spento possiamo perdere 1 NM di quota ogni 14 NM percorsi. Quindi ad esempio, se la nostra altezza sul terreno è di 4000 ft allora rimarremo in volo per 8 minuti percorrendo a 68 kts la distanza di 9 NM.
E' interessante andare a determinare il rapporto L/D per gli altri aeroplani simulati da ACM, compreso il C-172RG con il carrello abbassato. Fissata una certa quota dalla quale iniziamo la discesa, per esempio 4000 ft, bisogna fare una serie di misurazioni del rapporto v/u per valori crescenti di v, agendo sull'angolo di picchiata in modo che v rimanga costante. Trascorsi uno o due minuti prendiamo nota della velocità, del tempo trascorso e della perdita di quota. Il rapporto tra la perdita di quota e il tempo trascorso dà il rateo medio di discesa da usare per calcolare il rapporto L/D=v/u. Alla fine si deve determinare per quale intervallo di valori v,u si ottiene il migliore rapporto L/D.
Ecco i valori che io ho ottenuto con il C-172RG, carrello sollevato, zero libbre di carburante, payload 150 (il peso del pilota). Per ogni misurazione ho iniziato la discesa da 4200 ft regolando l'angolo di discesa in modo da mantenere la velocità richiesta per ogni prova. Raggiunti i 4000 ft avvio il timer, e quindi mi concentro nel mantenere la velocità fino a quando ho perso 500 o 1000 ft di quota. A quel punto fermo il timer e registro la velocità v, la perdita di quota h, e il tempo trascorso. Ho poi ripetuto le prove con un carico maggiore (2 passeggeri da 150 lb ciascuno).
| payload (lb) |
v (kts) |
h (ft) |
t (s) |
u=h/t (ft/min) |
v/u |
|---|---|---|---|---|---|
| 150 | 60 | 480 | 64 | 450 | 13.5 |
| 70 | 510 | 60 | 510 | 13.9 | |
| 80 | 810 | 76 | 639 | 12.7 | |
| 90 | 800 | 61 | 787 | 11.6 | |
| 100 | 1000 | 60 | 1000 | 10.1 | |
| 450 | 60 | 480 | 60 | 480 | 12.7 |
| 70 | 520 | 60 | 520 | 13.6 | |
| 80 | 610 | 60 | 610 | 13.3 | |
| 90 | 900 | 74 | 730 | 12.5 | |
| 100 | 900 | 60 | 900 | 11.3 |
Il grafico di questi dati qui sotto mostra che il best glide ratio nelle condizioni indicate è circa 14 con una velocità di 68 kts. Se siamo in una condizione di atterraggio forzato, e non ci interessano le questioni accademiche, un glide ratio anche di 13.5 va benone e corrisponde a un range di velocità compreso tra 60 e 75 kts senza carico a bordo, e a un range tra 70 e 80 kts con due passeggeri.
Determinare il best glide ratio per il C-172RG.
Concludendo, osserviamo che il peso W dell'aeroplano è sparito dal rapporto L/D, e che il best glide ratio si mantiene sostanzialmente invariato con il crescere del peso. Sul nostro modello, infatti, caricando due passeggeri il peso dell'aereo aumenta da 1600 lb a 1900 lb (+19%) mentre il rapporto L/D cala da 14 a 13.7 (-2%). Crescendo il peso dell'aeroplano, cresce il rateo di discesa u, ma sarà maggiore anche la velocità v, lasciando quindi sostanzialmente invariato il rapporto lift/drag. Dunque alleggerire l'aeroplano (per esempio disperdendo il carburante residuo o buttando il carico dal finestrino) non migliora il nostro raggio di planata. Il peso "eccedente" possiede l'energia gravitazionale che serve per sostenerlo.
Sebbene il raggio di planata rimanga praticamente invariato, alleggerire l'aeroplano diventa utile in fase di atterraggio: la discesa risulta più lenta lasciando più tempo per pensare, l'impatto è più morbido, lo spazio di arresto è minore, e col serbatoio vuoto ci sono meno pericoli di incendio.
Abbiamo finito la benzina anzitempo? Si è guastato il motore? Disponiamo di un circuito di alimentazione di riserva? un secondo carburatore? abbiamo inserito lo sbrinatore del carburatore? provato a riavviare il motore? Ok, niente da fare, siamo rassegnati a venire giù senza motore. Il nostro aeroplano è diventato un aliante e siamo costretti ad un atterraggio forzato.
Nel seguito chiamereno altitudine la quota dell'aereo o del terreno rispetto al livello del mare, e chiameremo altezza la differenza di altitudine tra il nostro aereo e il terreno. Ad esempio, se la nostra altitudine è 6000 ft e il terreno sottostante ha altitudine 1000 ft, l'altezza del nostro aeroplano è 6000−1000=5000 ft. Questa altezza è tutto il patrimonio di energia che ci resta e che dovremo sfruttare in modo ottimale.
Altitudine e altezza.
Prima regola: niente panico. Anche se il motore è andato, un aeroplano non precipita come un sasso. Abbiamo almeno qualche secondo per riflettere e portare l'aero verso un'area adatta all'atterraggio forzato.
Seconda regola: come ogni bravo pilota dovrebbe fare, conosciamo esattamente la nostra posizione sulle carte perché la tracciamo durante il volo, aggiornando la posizione di continuo. Dalla carta di volo leggiamo l'altitudine del terreno; la nostra altitudine meno l'altitudine del terreno ci dà l'altezza dal terreno. A seconda dell'altezza potrebbero passare da pochi secondi a molti minuti prima di toccare terra. Ritrovarsi a 5'000 ft con un C-172 significa avere una decina di minuti di margine, mentre un Boeing 747 ce ne darebbe molti meno.
Terza regola: calcolare il raggio di planata, cioè la distanza massima che possiamo coprire prima di toccare il terreno. Disegnare intorno alla posizione corrente una circonferenza ampia come il raggio di planata. Non c'è bisogno del compasso, basta una cosa indicativa. Sulle carte nautiche VFR sono disegnate le aree edificate, le montagne e gli ostacoli. Individuare un'area pianeggiante e sgombra: quello è il nostro obiettivo. L'ideale sarebbe un aeroporto.
Abbiamo visto nel paragrafo precedente che il miglior rateo di discesa è intorno a −500 ft/min che consente di mantenere una velocità di circa 68 kts. Per esempio, planando da una altitudine di 6000 ft su di un terreno che ha altitudine di 1000 ft, abbiamo un margine di altezza di 5000 ft che copriremo in 5000/500=10 minuti. 10 minuti alla velocità di 68 kts fanno 10*68/60=11 NM di raggio di planata. Il conto va fatto a mente. Una formula semplificata per il nostro aeroplano: altezza/500, che dà un valore prudenziale un po' minore del calcolo esatto.
Disegnamo quindi una circonferenza di 11 NM, corrispondente a una zona circolare del diametro di 22 NM, talmente vasta che rischiamo di perdere troppo tempo cercando il punto ideale dove atterrare. Scelta l'area adatta, viriamo subito in quella direzione, e cerchiamo i punti di riferimento riportati sulle carte VFR. Le carte VFR sono più complete di quelle IFR, perché riportano anche strade, ferrovie e altri riferimenti utili. Nel nostro simulatore il paesaggio è veramente povero di riferimenti, ma possiamo considerare una qualunque pista come nostro obiettivo.
Durante la discesa ricordiamoci anche di lanciare il mayday sulla frequenza di emergenza, indicando la nostra identità, la posizione corrente, l'altitudine e l'area obiettivo del nostro atterraggio. Quindi allacciamo la cintura di sicurezza ben stretta, che non si sà mai...
In vista dell'area scelta per l'atterraggio forzato (nel nostro caso una qualsiasi pista), dobbiamo raggiungere la quota adatta. Se siamo troppo alti dovremo perdere quota. Il modo più rapido per perdere quota è aumentare il rateo di discesa ed estendere il carrello ed eventualmente i flap per ridurre la velocità. Alcuni aeroplani dispongono anche di un apposito freno aerodinamico utile allo scopo. Purtroppo questo sistema non permette di controllare con precisione la manovra, e rischiamo di arrivare sul punto o troppo alti, o troppo bassi, o troppo veloci o troppo lenti.
Un modo più controllabile per perdere quota è con una o più virate standard a 360 gradi, 3°/s, descrivendo nell'aria una specie di cilindro. Siccome ogni giro dura due minuti sempre mantenendo il rateo di discesa di 500 ft/min, alla fine di ogni giro ci ritroveremo nello stesso punto ma 1000 ft più in basso (vedi figura qui sotto).
"Cilindro" per perdere quota prima di atterrare.
L'ultima fase dell'atterraggio è la più critica, perché riducendo il rateo di discesa anche la velocità scende bruscamente. Inoltre dovremo abbassare il carrello, cosa che frena ulteriormente l'aereo. Qui bisogna fare un po' di esercizio per calibrare bene la manovra e i tempi per eseguirla.
Non resta che usare il nostro simulatore per metterci alla prova. Avviare il programma impostando una altitudine di 9000 ft, velocità 100 kts, e zero libbre di carburante. Nello scenario default avremo la pista esattamente sotto di noi, 6300 ft più in basso: è su di essa che dovremo atterrare. A 2500 ft di altezza si attiva l'altimetro radar, che è di grande aiuto nella fase finale della manovra; ricordare che ogni 500 ft sono un minuto di volo. Dovremo fare una inversione di rotta e poi fare uno o due giri di 360° per perdere quota, ma attenzione a trovare l'allineamento e la distanza giusta dalla pista. Auguri!
| Umberto Salsi | Commenti | Contatto | Mappa | Home / Indice sezione |
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