di  -  lunedì 19 novembre 2012

Questo post si inserisce in una serie che vuole trarre spunto dal post presentato la scorsa settimana, riguardante il lancio in caduta libera ad oltre Mach1 effettuato da Felix Baumgartner, per discutere insieme di alcune ricerche che stanno venendo portate avanti dalla NASA riguardo il volo in condizioni ipersoniche, ma prima di affrontare in dettaglio tale argomento facciamo alcuni passi indietro…

UN PERSONAGGIO PARTICOLARE PER UN OBIETTIVO PARTICOLARE

La propulsione aerea, fino alla seconda guerra mondiale compresa, era sostanzialmente circoscritta all’impiego di eliche azionate da motori alternativi, ovvero dei classici motori a pistoni opportunamente progettati per l’impiego aeronautico, soluzione che al giorno d’oggi è limitata solo ai piccoli aerei da turismo, e pertanto le velocità raggiunte dagli aerei erano fortemente limitate rispetto al presente.

Rara eccezione per l’epoca fu la comparsa, nello scenario del secondo conflitto mondiale, del velivolo Tedesco Messerschmitt Me262, aereo per certi aspetti rivoluzionario in quanto primo esemplare di aereo a reazione, dotato per la sua propulsione di motori Turbogetto (ovvero delle Turbine a Gas, delle quali abbiamo parlato lungamente in molti post in riferimento alla produzione di energia elettrica).

Tale aereo non è stato in assoluto l’unico sviluppato, in quanto studi avanzati (e velivoli funzionanti) vennero sviluppati anche dagli Inglesi, ma il Messerchmitt Me262 fu l’unico a venire impiegato nel conflitto, seppure nelle sue battute finali.

Tale sistema di propulsione permetteva indubbi vantaggi e di lì a poco avrebbe soppiantato la propulsione ad elica, ma non è questo l’argomento portante del post di oggi (anche se di motori aeronautici avremo modo di riparlarne in seguito).

La fine della guerra non  terminò di stimolare la ricerca in campo aeronautico, ed in particolare aldilà dell’oceano si ebbe un forte sviluppo sul fronte degli aerei a reazione dotati di turbogetto, ma il grande traguardo da superare era ancora davanti, la barriera del Suono

In quell’epoca l’organizzazione governativa USA che si occupava delle ricerche aeronautica era denominata NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) e sotto questo ente vennero finanziate delle ricerche rivolte allo sviluppo di un velivolo in grado di superare la velocità del suono (Mach1), ovvero circa 1235 Km/h ad una quota di circa 13.700 m.

Pilota di tale velivolo, sviluppato e costruito dalla Bell e denominato Bell X-1 è stato un personaggio piuttosto singolare dell’aeronautica militare Americana, Charles Elwood “Chuck” Yeager.

Probabilmente “Chuck” Yeager è uno dei volti delle forze armate USA più noti al grande pubblico, insieme sicuramente al Generale Douglas MacArthur (costantemente immortalato mentre fuma la sua celebre pipa di pannocchia alla quale è stato dato il suo nome), ed (probabilmente grazie al rinnovato interesse dato dall’impresa del progetto RedBull Stratos) al Colonnello Joseph Kittinger ).

Il 14 Ottobre 1946, pur con due costole fratturate due giorni prima a causa di una caduta da cavallo (e taciute ai responsabili del progetto), Yeager pilotò il singolare velivolo (più simile ad un razzo, anche per quanto riguarda la propulsione) superando la fatidica barriera di Mach1 ed attestandosi a Mach1.06.

IL PRIMO VELIVOLO SUPERSONICO – BELL X1

Il Bell X-1 era inizialmente denominato XS-1, acronimo di Experimental Supersonic, ed era figlio di un progetto sviluppato in collaborazione tra la NACA, lo US-Army (o meglio, con lo USAF – US Air Force) e la Bell, che aveva come scopo quello di raccogliere informazioni sul volo in condizioni transoniche, ovvero condizioni di transizione tra il volo subsonico ed il volo supersonico vero e proprio.

Il velivolo era dotato di un motore a razzo (un endoreattore) e necessitava di venire portato in quota da un vettore e “sganciato” analogamente ad un razzo, prima di potere proseguire il volo autonomamente fino alla velocità massima.

(il Bell X-1 in volo)

(la fase dello “sgancio” del Bell X-1 dal Boeing B-29 operante come vettore)

In condizioni transoniche il velivolo è sottoposto ad un regime fluidodinamico fortemente critico in quanto alcune parti si trovano in regime supersonico mentre altre ancora in subsonico, a causa delle differenti velocità locali del flusso intorno al velivolo, e da tali condizioni si originano sollecitazioni meccaniche rilevanti oltre che condizioni fluidodinamiche che possono mettere in crisi la manovrabilità del velivolo.

Il volo che ha permesso il superamento di Mach1 non è stato il primo, bensì il 50esimo di una serie di voli finalizzati allo svolgimento delle attività di ricerca, e non è stato nemmeno l’ultimo per il progetto e per il suo celebre pilota, infatti una volta superato Mach1 l’asticella è stata alzata a Mach2, sebbene questa sia per certi versi un’altra storia ma che merita di essere almeno brevemente raccontata.

IL PROGETTO DOUGLAS D-558 CONTRAPPOSTO AL BELL X-1

Se la Bell, in collaborazione con la NACA e lo US-Air Force portava avanti il proprio progetto, la stessa NACA in collaborazione con lo US-Navy e la Douglas portava avanti un progetto parallelo avente come velivolo di riferimento il Douglas D-558 nelle sue varianti.

Tale velivolo era per certi versi analogo al X-1, trattandosi sempre di un velivolo più simile ad un razzo che ad un aereo, sebbene rispetto al X-1 era dotato di ali a freccia e vide l’impiego sia di un motore turbogetto che di un endoreattore, permettendo quindi alle versioni dotate di turbogetto di decollare autonomamente da terra.

(il Douglas D-558 in versione II)

“Bruciato” sul tempo dal Bell X-1 nella corsa a Mach1, fu però il progetto D-558, pilotato da Scott Crossfield, a raggiungere e superare per primo Mach2.

Tale evento portò una grande competizione tra i due progetti, al punto che “Chuck” Yeager ed il gruppo della Bell cercarono letteralmente di distruggere tale record mediante una serie di voli che stabilirono vari nuovi record di velocità, raggiungendo (pur se con gravi rischi dovuti alla successiva perdita di controllo del velivolo) il 12 Dicembre 1953 Mach2.44.

Il programma Bell X-1 si chiuse nel 1958 mentre il Douglas D-558 nel 1956, ma i dati raccolti durante quegli anni hanno gettato le basi per l’aeronautica moderna e dato un forte impulso alla nascente attività aerospaziale, ed un segno di tale legame si rileva anche nella nascita della NASA dalle ceneri della NACA.

Con questo breve escursione nella storia pionieristica del volo supersonico si chiude il post odierno, ma vi rinnovo l’invito a continuare a seguirci anche lunedì prossimo, sempre su AppuntiDigitali, sempre con la rubrica Energia e Futuro.

26 Commenti »

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  • # 1
    Leo
     scrive: 

    Come dettaglio ulteriore ci sarebbe da aggiungere lo Me.163 Komet, non a reazione ma bensì a razzo, che durante un volo di prova stabilì un record di velocità non ufficiale battuto appunto solo dal Bell X-1 molti anni dopo. Fu utilizzato anche durante la guerra, ovviamente non supersonico.

  • # 2
    iva
     scrive: 

    Non e’ vero che il 262 fu l’unico jet a venire impiegato nel conflitto, bastava controllare anche solo wikipedia:
    http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_jet_aircraft_of_World_War_II
    (la parte “operational” e’ quella rilevante)

    Cmq articolo interessante, grazie!

  • # 3
    Leo
     scrive: 

    Escluso il Meteor (usato per la caccia alle V1), nemmeno uno tra quelli elencati su wikipedia ha visto un servizio operazionale nella IIGM.

  • # 4
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @Leo

    Grazie della info sul Komet, non ne sapevo nulla… c0è da dire che la velocità che fecce segnare fu poco superiore a 1000Km/h, comunque inferiore a Mach1

    @ iva

    Ti ringrazio per le integrazioni, in effetti gli anni conclusivi della WWII sono stati anni di grande fermento tecnologico, e da una ricerca sul link di Wikipedia che hai evidenziato risultano due ulteriori aerei a reazione disponibili per l’epoca:

    1)Gloster Meteor
    2)de Havilland Vampire

    Di fatto solo il Gloster venne utilizzato, e solo per missioni di caccia alle V1 come detto anche da Leo nel commento #3, ma è sicuramente un’aggiunta interessante

  • # 5
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    ops, chiedo scusa per le sgrammaticate… (tastiera del netbook non troppo sensibile, o mio modo di digitare troppo veloce per essa)

  • # 6
    Bruno
     scrive: 

    Beh, in realtà gli unici veri aerei che hanno compiuto azioni reali di guerra sono l’Me 262 (abbattuti diversi bombardieri e caccia) e l’AR234 (ad esempio distruzione ponte di Remagen)

    Gli altri sono aerei di fatto non realmente operativi durante la guerra.
    Anche il Gloster Meteor è sostanzialmente in prova durante la guerra, come l’Heinkel è stato operativo ma non sono documentati abbattimenti di aerei, quindi nella realtà solo i primi due sono aerei realmente operativi

  • # 7
    phabio76
     scrive: 

    Solo una menzione d’onore per l’italianissimo Campini Caproni:
    http://en.wikipedia.org/wiki/Caproni_Campini_N.1

  • # 8
    muvideo
     scrive: 

    Sarebbe bello raccontare lo sviluppo tecnologico
    dell’aeronautica nel secondo dopoguerra.
    Credo che quei vent’anni siano stati un periodo
    esaltante per chi si e’ trovato coinvolto.
    Un mondo nuovo da esplorare, unico limite
    la tecnologia, (credo la competizione con il blocco
    sovietico garantisse finanziamenti illimitati).
    Parlando solo di velocita’ e’ impressionante pensare
    che se nel ’46 la barriera di mach 1 era pioneristica,
    solo dieci anni dopo caccia da mach 2 (anche se per
    brevi tratti) erano effettivi in servizio e
    altri dieci anni dopo si volava a + di mach 3 di
    crociera (cioe’ fissi e non per brevi tratti).

  • # 9
    Leo
     scrive: 

    @muvideo

    l’argomento è veramente vastissimo, in particolare nel periodo che va dal primo dopoguerra fino agli anni ’60, c’era tanta gente che, approfittando del clima, ha trovato finanziamenti per progetti quasi tragicomici.
    In ogni caso un progresso incredibile, all’inizio della IIGM alcune forze aree schieravano ancora biplani in legno/tela (anche la RAF!), qualche anno più avanti (’70) ed il Concorde toccava senza problemi Mach 2. Incredibile.
    Basta anche solo pensare al design delle auto, specie USA, negli anni 50/60, fortemente influenzate dall’aviazione, è stata indubbiamente una golden age dell’aviazione.

  • # 10
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    Vorrei ricordare che sta anche ai lettori il compito di suggerire argomenti per la rubrica… se l’aeronautica interessa particolarmente posso anche affrontare in maggiore dettaglio l’argomento (che comunque non si chiude con questo post… dobbiamo accelerare fino a raggiungere numeri di Mach elevati nelle prossime puntate)… la rubrica si chiama Energia e Futuro, ma nulla vieta di uscire un poco dai binari, soprattutto considerando che molte tecnologie aeronautiche (soprattutto riguardo i motori) sono la base per molte soluzioni terrestri, soprattutto nel campo dell’energia (i turbogas appunto)

  • # 11
    iva
     scrive: 

    @Leo: leggi meglio, l’AR.234 e l’HE.162 erano anch’essi “operational”.

    @Bruno:
    The He 162 finally saw combat in mid-April. On 19 April, a captured Royal Air Force fighter pilot informed his German interrogators that he had been shot down by a jet fighter matching the description of the He 162. The Heinkel and its pilot were lost as well, shot down by an RAF Hawker Tempest while on approach. Though still in training, I./JG 1 had scored a number of kills beginning in mid-April, but had also lost 13 He 162s and 10 pilots. 10 of the aircraft were operational losses, caused by flameouts and sporadic structural failures. Only two of the 13 aircraft were actually shot down.

    In ogni caso per chi come me e’ appassionato della storia dell’aeronautica e della corsa allo spazio consiglio caldamente “The Right Stuff” di Tom Wolfe, si trova a due lire usato e una volta iniziato non si mette piu’ via, bellissimo!!!

  • # 12
    Leo
     scrive: 

    @iva

    vero, dimenticato completamente il He.162, una vera follia, mettere ragazzini appena adolescenti su caccia a reazione dopo poche ore di volo, caccia che oltretutto erano costruiti con materiali “non strategici”. Bello anche il libro che hai suggerito.
    Per i numeri di Mach elevati, molta della ricerca fu sbrogliata sempre dai crucchi, che grazie ai primi studi sulla comprimibilità avevano scoperto la cosidetta “regola delle aree” (v. Wikipedia), fondamentale nei regimi di volo transonici.

    @Simone

    sarebbe interessante, in tema energia, approfondire la spinta della IIGM in tema di ricerca nucleare, argomento sul quale non sono molto ferrato ma sul quale vorrei sapere di più, ho visto ieri sera un interessantissimo documentario sulle ricerche di fusione nucleare in Argentina dopo la IIGM, paese verso il quale tanti tedeschi sono “emigrati” (scappati?) dopo la guerra.

  • # 13
    Marco
     scrive: 

    @phabio76
    Il Caproni-Campini N°1 era purtroppo un progetto senza un futuro. Per la semplice ragione che adottava una soluzione motoristica mista (un motore a pistoni che azionava il compressore assiale). Dal punto di vista motoristico gli aerei italiani del periodo erano sempre in affanno sia per quanto riguarda questo prototipo che per altri velivoli (ricordo che SM79 adottava due motori accoppiati per ottenere la potenza sufficiente)

  • # 14
    muvideo
     scrive: 

    Leo (#9):
    Concordo, immagino sia un argomento immenso
    da esplorare, si incrocia con gli albori
    dell’avventura spaziale e con equilibri
    politici ed economici.
    Sono affascinato da velivoli con lunghe vite operative,
    concepiti tra gli anni 50 e 70 e rimasti in servizio
    attivo fino ad oggi, ad es. l’F104 che abbiamo avuto
    in Italia fino a pochi anni fa(credo 6 o 7), oppure
    (ma non centra con i numeri di mach) B52 C130 U2 che
    probabilmente supereranno i 70 anni di vita operativa.

    Simone Serra (#10):
    Un argomento che troverei interessante sarebbe
    l’analisi delle difficolta’ del volo sostenuto ad
    alte velocita’, la differenza tra i prototipi
    (missili con le ali) e gli arei costruiti per
    effettuare servizio continuo ad alti mach come
    il Concorde o l’SR71, i problemi e le soluzioni
    tecniche per volare veloci.

    Visto che citi i motori le prestazioni e l’energia,
    un dettaglio interessante sarebbe anche citare l’evoluzione
    dei materiali per alte temperature, sviluppati per
    aumentare le prestazioni dei velivoli militari
    (e permettere di lanciare le sonde nello spazio)
    e che consentono oggi di aumentare l’efficienza
    dei motori anche nell’uso civile.
    L’affinamento delle leghe di Ni dalle vecchie Inconel
    ai pezzi monocristallini di cui ho sentito parlare,
    fino ai compositi ceramici ecc.

    Fabio.

  • # 15
    iva
     scrive: 

    @Marco: eresia!! l’SM.79 e’ stato uno dei “classici” trimotori italiani nella seconda guerra mondiale, insieme all’SM.75, l’SM.82 ed il Cant Z.1007.
    Pero’ si, i motori pur essendo Alfa Romeo non erano altro che copie/evoluzioni su licenza di motori stranieri ed erano inferiori alle controparti in uso negli altri stati.
    Molto triste la cosa, visto che nei primi anni ’30 eravamo all’avanguardia.
    Il problema e’ che non siamo riusciti a sviluppare un motore a V raffreddato a liquido al passo con i tempi, i nostri caccia per brillare hanno dovuto aspettare i motori Daimler-Benz tedeschi :(
    Per chi fosse interessato questo e’ il report completo della comparazione dei tre caccia della serie 5 (Macchi 205/Reggiane 2005/Fiat G.55) fatto dai tedeschi a Guidonia:
    http://www.ww2aircraft.net/forum/flight-test-data/report-fighter-aircraft-comparisons-italian-guidonia-test-centre-33001.html

    Questo e’ un riassunto:
    http://www.ww2aircraft.net/forum/flight-test-data/report-fighter-aircraft-comparisons-italian-guidonia-test-centre-33001.html

    L’ufficiale tedesco pronuncio’ il G.55 come il miglior caccia in assoluto dell’Asse!

    @muvideo: riguardo all’SR.71 un must da leggere e’ “Skunk Works” di Ben E. Rich, anche quello una volta preso non si mette giu’ fino all’ultima pagina!

  • # 16
    iva
     scrive: 

    Ah dimenticavo, l’aereo con motori “accoppiati” era un bomber, l’Heinkel He.177, ne aveva 2×2, e pur se da soli erano degli affidabilissimi DB.601 in quella configurazione diedero problemi su problemi.

    E un caccia dell’ultimo periodo della WWII con 2 motori in push-pull (comodissimo in caso di aver necessita’ di abbandonare l’aereo velocemente!) era il Dornier Do.335

  • # 17
    Leo
     scrive: 

    @muvideo

    è proprio come scrivi anche tu, l’argomento è appunto vastissimo perché si incrocia la rincorsa allo spazio, la politica, la geopolitica, tocca tanti temi.
    Per quanto riguarda il Mach puro e semplice, dopo la ubriacatura iniziale (della quale l’F-104 è l’esempio perfetto) si comprese rapidamente che nel mondo reale, sia civile che militare, le velocità supersoniche sono raramente raggiungibili ed utilizzate, gli unici che volavano per buona parte del tempo in regime supersonico sono stati l’SR-71, il Mig-25 (nato per controbattere il bombardiere XB-70 Valkyrie, rimasto come prototipo) ed infine il Concorde.
    Dopo l’SR-71 non si è visto più nulla di così veloce in grado di decollare da solo, tagliando fuori quindi l’X-15 e il non pilotato X-43.
    Andare in supersonico è troppo caro insomma. :)

  • # 18
    Michele
     scrive: 

    Chi si ricorda questo vecchio simulatore per PC intitolato a Chuck Yeager con suoni tipicamente ad-lib?
    http://www.youtube.com/watch?v=CnUtoh-u4gA

  • # 19
    K. Wild
     scrive: 

    Il Komet…famoso per aver letteralmente “dissolto” il proprio pilota a causa di una perdita in abitacolo del particolare carburante utilizzato.
    Dubito (leggendo i commenti appassionati) che qualcuno non conosca già il colossal dell’83 “The right stuff” (Uomini Veri) che narra l’epopea di Yeager e dei primi astronauti del proggetto Gemini.Filmone cult!

  • # 20
    K. Wild
     scrive: 

    @Michele io avevo (originale!) il primo simulatore per C-64 di Yeager,quello della Electronic Arts,intorno al 1987/88.

  • # 21
    K. Wild
     scrive: 

    Un bell’articolo sul temibile (piu per i suoi piloti che per i suoi avversari!) Komet :

    http://www.aereimilitari.org/forum/topic/7787-messerschmitt-me-163-komet/

  • # 22
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Leo

    sarebbe interessante, in tema energia, approfondire la spinta della IIGM in tema di ricerca nucleare

    Il nucleare è di diritto un argomento che andrà trattato in questa rubrica, ma non trovo mai il tempo per scriverne, soprattutto perché avrà una sua serie di post e dovrò scriverli tutti in anticipo per potere poi seguire i commenti (viste la sensibilità dell’argomento si avrà una caterva di commenti ad opera di pochi polemici con molto tempo da perdere)

    @ muvideo

    Un argomento che troverei interessante sarebbe
    l’analisi delle difficolta’ del volo sostenuto ad
    alte velocita’, la differenza tra i prototipi
    (missili con le ali) e gli arei costruiti per
    effettuare servizio continuo ad alti mach come
    il Concorde o l’SR71, i problemi e le soluzioni
    tecniche per volare veloci.

    penso proprio che se ne parlerà in queste pagine, devo solo vedere come definire il seguito di questi post visto l’interesse sucscitato nei commenti

    Visto che citi i motori le prestazioni e l’energia,
    un dettaglio interessante sarebbe anche citare l’evoluzione
    dei materiali per alte temperature, sviluppati per
    aumentare le prestazioni dei velivoli militari
    (e permettere di lanciare le sonde nello spazio)
    e che consentono oggi di aumentare l’efficienza
    dei motori anche nell’uso civile.
    L’affinamento delle leghe di Ni dalle vecchie Inconel
    ai pezzi monocristallini di cui ho sentito parlare,
    fino ai compositi ceramici ecc.

    ottimo suggerimento! Ne parleremo, devo cercare di inquadrare l’argomento in modo da inserirlo nel contesto di qualche serie, passato o futura

  • # 23
    Simone Serra (Autore del post)
     scrive: 

    @ Michele

    Chi si ricorda questo vecchio simulatore per PC intitolato a Chuck Yeager con suoni tipicamente ad-lib?

    Eccome!!! Credo sia stato là che ho sentito per la prima volta di Chuck Yeager

  • # 24
    K. Wild
     scrive: 

    A proposito di nucleare…una delle tante follie volanti del periodo,il B-36 a propulsione nucleare!

    http://it.wikipedia.org/wiki/Convair_NB-36H

  • # 25
    Marco
     scrive: 

    @iva
    hai perfettamente ragione, mea culpa.
    Pensavo mc72 e ho scritto sm79.
    Comunque il risultato non cambia, dal punto di vista aerodinamico era lo stato dell’arte.
    Dal punto di vista motoristico era indietro.
    P.S. gli aerei serie 5 da te citati sono quelli che per primi riuscirono ad avere un motore più efficiente (il DB 605) che anche grazie a questo erano sicuramente superiori alla maggior parte (se non tutti) gli aerei contemporanei.

  • # 26
    Gabriele
     scrive: 

    Bell’articolo, in quegli anni ne hanno sperimentate di tutti i colori. I collaudatori erano pochi (quelli bravi e competenti) e i velivoli tanti da collaudare, alcuni veramente bizzarri.
    Chuck Yeager se l’e’ vista brutta sull’NF-104, uno ‘Spillone’ dotato di motore a combustibile solido aggiuntivo e credo, anche dei piccoli RCS, per il controllo dell’assetto a quota elevata.
    Una versione ‘lite’ dell’X-15 se vogliamo.
    Dopo arrivo’ la cosiddetta barriera termica, dove la frizione atmosferica diventava un problema (X-15) poi studiata bene (SR-71).
    Carry on… ^_^

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