A32 Vixxen: un aereo ultraleggero capace di grandi performance

Già dall’inizio degli anni 2000 il prolifico Ing. Yuri Yakovlev – fondatore di Aeroprakt – voleva creare qualcosa di nuovo rispetto al modello A22 Foxbat di quattro anni prima. In quegli anni infatti iniziò la progettazione di un inedito velivolo veloce ad ala bassa, motorizzato Rotax 912, con numero di progetto A32 Vixxen.

Quando ormai era stata definita la configurazione di massima del nuovo velivolo ala bassa, nel 2010 si cambiò totalmente idea: i clienti dell’A22 erano soddisfatti delle capacità STOL dell’aereo, e volevano mantenere queste qualità aumentando semplicemente le velocità di crociera. Così il team di progettazione dell’A32 Vixxen cominciò a sviluppare un nuovo velivolo ad ala alta, utilizzando come base le ali dell’A22 Foxbat già in produzione e concentrandosi sulla fusoliera, modificandone radicalmente le geometrie e adottando svariate soluzioni votate all’efficienza aerodinamica. L’obiettivo era quello di aumentare di 10 km/h la velocità massima dell’A22. Vedremo poi com’è andata.

Fusoliera

Come dicevamo gran parte del lavoro di sviluppo dell’A32 Vixxen si è concentrato sulla fusoliera con l’obiettivo di creare delle forme più efficienti e sinuose mantenendo la tecnica di costruzione metallica e il family feeling Aeroprakt nell’estetica.

Nel processo di sviluppo del nuovo modello è stata esaminata la fusoliera dell’A22 Foxbat tramite CFD (Computational Fluid Dynamic, ovvero nella galleria del vento virtuale), e la simulazione ha evidenziato che alle alte velocità si generava un vortice appena dopo all’ordinata del carrello. È stata quindi studiata a lungo una tecnica di costruzione che permettesse di produrre la nuova fusoliera con geometrie più continue, senza bruschi spigoli che spezzano il flusso laminare creando resistenza. Come abbiamo visto nell’articolo sulla tecnica di costruzione dell’A22, realizzando strutture in lamiera di alluminio, è difficile ottenere delle geometrie curve senza soluzione di continuità.

La Aeroprakt è riuscita ad ottenere una geometria senza soluzione di continuità sull’A32 Vixxen utilizzando pannellature coniche e cilindriche. Sfruttando poi abilmente l’accoppiamento fra le lamiere delle fiancate e le grandi portiere bombate in plexiglass, demandando a queste ultime gran parte del cambio di curvatura della fusoliera. Si è ottenuta così una silhouette molto stondata e perfettamente raccordata fra le varie sezioni di lamiera, tanto da sembrare una fusoliera in compositi e che, come queste ultime, generano pochissima turbolenza di forma. L’impiego di sezioni di lamiere coniche risulta inoltre in linee e volumi particolarmente “leggeri”, e per questo molto più filanti rispetto ai soliti velivoli in lamiera, con strutture di base rettangolari più o meno raccordate negli spigoli.

La fusoliera consiste in una semi – monoscocca a rivestimento lavorante in lega 2024 T3 con spessori variabili da 0,5 a 1mm. È composta da pannelli conici sia nelle sezioni anteriori che posteriori.

Per la zona posteriore della cabina viene sfruttata un’ingegnosa combinazione di lamiere curve: le lamiere del cono di coda sono sezionate con un taglio molto inclinato “quasi orizzontale”. Un ulteriore foglio di lamiera che include le finestrature posteriori viene sovrapposto per formare la zona posteriore della cabina. La giunta fra le due sezioni si integra nelle geometrie, formando, così, una nervatura sia funzionale che estetica nella zona più critica di un aereo metallico ad ala alta. Il risultato è una pulizia di linee normalmente ottenibile solamente con i materiali compositi.

I tubi trasversali che nell’A-22 si estendono dall’ordinata parafiamma alle spine alari sono stati eliminati in questo modello e vengono rimpiazzati da un longherone scatolato posto nella parte alta del cielo cabina liberando completamente la vista esterna anteriore. Anche il profilo del parabrezza ora forma una superficie “continua” e ugualmente profilata alle ali, aumentando la portanza alle basse velocità.

Lo sviluppo del velivolo e il nuovo range di velocità esplorato ha evidenziato dei limiti per i telai delle portiere – precedentemente costruiti in metallo saldato. Per l’A32 sono stati sviluppati dei telai in fibra di vetro a struttura scatolata (e quindi cavi all’interno). Inglobano un recesso per le finestrature che sono ora incollate a filo e sigillate con adesivi specifici. Le nuove portiere grazie ad un accoppiamento perfetto aumentano anche il confort di tutto il velivolo insieme ai rivestimenti interni al cockpit in materiale plastico che fungono da isolante acustico.

La cabina ha una lunghezza di 50mm superiore rispetto all’A22, e presenta un nuovo cruscotto in materiale plastico abbassato di 25mm che include nuove tasche laterali, posizionate nell’intercapedine fra il parabrezza e il cruscotto stesso. Quet’sultimo aumenta la visibilità frontale e la capienza per i vari oggetti, tra cui effetti personali e cartine di volo. I nuovi sedili sono regolabili su due binari in modo del tutto simile a quello di un automobile, e gli schienali sono ribaltabili in avanti per accedere meglio al bagagliaio.

I comandi sono stati completamente riprogettati: a differenza del modello A22 Foxbat che sfrutta comandi ad aste rigide e snodi sferici, sull’A32 Vixxen vengono utilizzati esclusivamente comandi a cavi trecciati in acciaio inox, rinviati tramite pulegge che permettono di ottenere la stessa precisione delle aste riducendone il peso. Migliora anche l’accesso al bagagliaio che ora non presenta più le due aste verticali nella zona centrale. Il cambiamento concettuale dei comandi regala un risparmio di peso di circa 3kg sull’intero velivolo.

Un’altra differenza sostanziale del nuovo modello consiste nell’equipaggiamento di uno stabilatore. Per stabilatore si intende un’unica superficie di coda completamente mobile e incernierata in fusoliera che sostituisce il piano di coda inteso come gruppo “stabilizzatore + elevatore”, quest’ultimo composto da una superficie fissa alla quale è incernierato l’elevatore.

I vantaggi dello stabilatore si riassumono in un piano di coda che crea meno resistenza in quanto sempre aerodinamicamente “pulito”, in un peso inferiore e ad una maggiore facilità costruttiva. Gli svantaggi sono soprattutto dovuti ad una progettazione e messa a punto non ottimale: il punto di cerniera che determina il grado di autostabilità, il bilanciamento statico dello stabilatore ed eventuali giochi sulla catena di comando sono fattori che in un sistema inefficiente possono indurre fenomeni di flutter.

In foto si evidenziano i punti di ancoraggio, i contrappesi di equilibratura statica e il trim tab posteriore. Il movimento dell’aletta trim tab è concorde col movimento dello stabilatore e opposto all’azione di comando, ovvero: quando il pilota tira la cloche, lo stabilatore cabra e il trimtab si muove verso l’alto. Quando un’aletta trim si muove verso l’alto in realtà si sta trimmando l’aereo a picchiare e, in questo caso, la sua utilità è anche di aumentare lo sforzo sui comandi in modo calibrato e regolabile per ottenere un’armonizzazione perfetta su tutti gli assi.

La Aeroprakt ha sfruttato l’esperienza già acquisita sviluppando lo stabilatore dell’A-36 bimotore e il sistema ha provato un’eccellente grado di maturità nei quasi 500 esemplari di A32 Vixxen volanti (al 2021).

Ali: angoli e geometria

Come abbiamo già accennato l’A32 Vixxen monta un’ala con la stessa geometria e lo stesso profilo dell’A22 Foxbat. Se gli angoli di diedro, di freccia e di svergolamento sono immutati così come gran parte della struttura interna, sono in realtà presenti differenze costruttive sostanziali fra i due modelli soprattutto nei longheroni e nell’interfaccia ala-fusoliera.

L’eliminazione dei tubi trasversali sul parabrezza ha obbligato numerose modifiche nella zona degli attacchi alari ora fissati ad un nuovo scatolato in alluminio posizionato sul cielo cabina che connette i due montanti laterali e sopporta anche la torsione delle ali sull’asse verticale. A causa di questa riprogettazione anche le spine alari sono state spostate dal ventre al dorso alare. La pulizia degli spazi e dei volumi sia interni che esterni ottenuta grazie alle modifiche è un grande passo avanti per la visibilità anteriore ora totalmente libera. Grazie all’uso estensivo di scatolati in alluminio chiodati con ribattini solidi anche il peso è rimasto simile alla soluzione coi tubolari.

I montanti alari sono sempre formati da due lamiere rivettate e accoppiate con ribattini ma presentano ora un profilo a goccia più aerodinamico. Seppur inizialmente si volesse splittare gli alettoni e i flap, le simulazioni non hanno evidenziato guadagni prestazionali quantificabili e pertanto si è preferito mantenere il collaudato flapperone. L’insieme di modifiche ai comandi e ai piani di coda oltre all’ottimizzazione della fusoliera convergono addirittura in un abbassamento del peso a vuoto di 4 Kg mantenendo un livello di equipaggiamento superiore, obiettivo non facile partendo dal già basso peso a vuoto dell’A22 Foxbat.

Installazione motore

Anche nel cofano motore c’è stato un esteso lavoro di riprogettazione soprattutto a causa dell’eliminazione della struttura tubolare che sull’A22 Foxbat interconnette la paratia parafiamma alle ali. È stato quindi abbandonato il castello motore con supporto basculante inferiore e puntone superiore anti-rotazione a favore di un collegamento tramite sei silent-block inferiori. I radiatori sono stati spostati e ora si trovano uno in serie all’altro, inseriti in un tunnel scatolato di lamiere sottili: il radiatore dell’acqua è il primo ad essere investito dal flusso di aria fresca mentre posteriormente ad esso è posizionato il radiatore dell’olio.

Nella parte posteriore del tunnel è presente un deviatore per l’aria calda in cabina comandato dal pilota tramite bowden. Questa ottimizzazione permette un ingombro totale inferiore che si traduce in un cofano motore più piccolo mantenendo invariata l’imprescindibile facilità di controllo e manutenzione alle vaschette dell’acqua, dell’olio dei freni e dell’olio motore. Tutto è stato ottimizzato mantenendo più agevole possibile la manutenzione del motore, da sempre un punto di forza Aeroprakt largamente apprezzato nel mondo.

Aerodinamica

Il lavoro svolto sulle carenature e sui dettagli è stato molto esteso e prolifico per l’aumento prestazionale. Nella zona di raccordo ala/fusoliera sono stati sviluppati degli ampi raccordi “karman” che riducono drasticamente la turbolenza alla radice dei flapperoni.

Anche le gambe del carrello sono carenate da un profilo aerodinamico per ridurre la resistenza e hanno un’estetica in armonia con i nuovi montanti alari meglio profilati. Tutti i raccordi aerodinamici sono stati testati in più versioni e verificati con fili di lana e telecamere fino a trovare la configurazione che mantenesse la più alta porzione di flusso laminare.

In volo

Nel 2014 cominciarono i primi test di volo e il team guidato dall’Ing Yuri si rese conto subito di aver alzato il livello prestazionale più di quanto immaginato. Il primo giorno di test senza alcuna messa a punto si è raggiunta una velocità di 205 km/h, ovvero 20 Km/h superiore all’A22 Foxbat. Anche alle basse velocità l’aereo ha giovato delle rifiniture aerodinamiche apportate soprattutto nella zona di raccordo ala/fusoliera e alla migliore conformazione del cielo cabina ora “profilato” come l’ala, ottenendo una riduzione della velocità di stallo di 4 km/h. La velocità massima dichiarata da Aeroprakt è 215 km/h ed è leggermente inferiore alla velocità massima rilevata per fornire un dato più veritiero possibile. Velocità così alte hanno richiesto la costruzione di un nuovo flapperone con un profilo meno portante rispetto all’A22 Foxbat che ne aumenta ulteriormente l’efficienza.

I test hanno individuato a 190 km/h la velocità di crociera di maggiore efficienza fra velocità e consumi con un’elica a passo fisso, valore destinato ad aumentare con l’utilizzo di un’elica a passo variabile. Sull’A-32 migliora anche il confort in cabina grazie al minor numero di lamiere piatte di rivestimento della fusoliera (che possono vibrare in certe condizioni creando rumore) alle portiere più ermetiche e alla nuova installazione del motore.

Lo stabilatore si è rivelato estremamente efficace già dai primi metri della corsa di decollo e consente di alzare il muso subito. Un altro aspetto migliorativo riguarda la maggiore stabilità al cambiamento di assetto: l’aereo infatti alla variazione del settaggio di flap o di motore rimane più neutro e necessita di una minore quantità di trim per eliminare lo sforzo sull’elevatore, stabilità che si aggiunge alla già ottima dell’A22 nel mantenere l’assetto impostato.

La maggiore penetrazione aerodinamica si traduce in più efficienza in atterraggio rispetto all’A22 Foxbat e questo richiede un’attenta gestione della velocità in finale, pena una corsa di atterraggio superiore al previsto. Con un’attenta gestione della velocità la rampa di discesa è tuttavia simile all’ottima dell’A22 grazie all’azione frenante dei grandi flapperoni.

I numeri dell’A32 Vixxen con elica Kiev prop a passo fisso.