Considerazioni finali

Nel 1973 Garrett Howard DeVlieg brevetta per conto della Boeing Company un sistema di frenata automatica per aeromobili, il quale ha come principale scopo quello di diminuire il livello di frenata impostato dal pilota per impedire il blocco degli pneumatici in fase di atterraggio. Ciò avveniva mediante l'impiego di due valvole: la valvola di controllo e la valvola a navetta. Se l'obiettivo della valvola di controllo è quello di assicurare una frenata equamente redistribuita su tutte le ruote del velivolo, quello delle valvole a navetta è quello di intervenire tempestivamente in caso di intervento eccessivo dei freni. 

Il sistema, sviluppato a ridosso della crisi energetica degli anni 70, è il risultato di quell'incredibile spinta di sviluppo ed evoluzione che seguì la Seconda Guerra Mondiale e resa possibile grazie alla nascente tecnologia elettronica. Oltre che morti e distruzione la Guerra Mondiale aveva lasciato in eredità nuovi materiali, nuove tecniche di assemblaggio e una poderosa macchina produttiva che necessitava di una riconversione al settore civile.

Prima di proseguire nella trattazione dell'evoluzione del meccanismo è bene ricordare come, pur essendo già presenti altri sistemi di frenatura automatica, DeVlieg affermasse di aver risolto tutti i difetti nei progetti precedenti grazie all'introduzione di una valvola di controllo del processo di frenata.

Basandoci sulla nomenclatura e riferimenti bibliografici, che possiamo delineare attraverso una word cloud e un elenco alfabetico, è possibile tracciare un profilo della tecnologia e del suo sviluppo nel tempo. Questo sviluppo segue pari passo lo sviluppo della tecnologia elettronica e dei materiali e migliora di volta in volta il meccanismo correggendo le problematiche che si presentano di volta in volta.

Infine va citato uno dei prodotti più rappresentativi che trassero grande beneficio dalla tecnologia di DeVlieg: il Concorde, il celebre aereo che terminò la vita operativa in seguito all'incidente in fase di decollo avvenuto a Parigi nel 2009.

Ad oggi il sistema di frenata viene implementato su controlli basati su logiche fuzzy che hanno il vantaggio di avere una facile inserimento negli impianti, in quanto capaci di simulare una strategia di controllo umana, tuttavia è possibile che il gran numero di regole che caratterizzano questa logica possano rendere l'analisi del problema piuttosto difficoltosa.

I moderni sistemi di frenata

Il seguente video riporta un test di frenata relativo a un moderno Airbus A380-800, durante il quale vengono sollecitati al massimo i materiali d'attrito dei freni senza per questo provocare il bloccaggio dei pneumatici.

L'evoluzione del progetto

Dal 1973 il sistema di frenata automatico per aeromobili è stato oggetto di numerose migliorie che seguono all'incirca il seguente percorso:

• Nel 1977 Alain J. Faure, Alain J.Geoffroy e Louis Signorelli svilupparono un sistema di frenata per aeromobili volto ad impedire lo slittamento dello pneumatico sulla pista ed in particolar modo il fenomeno dell'aquaplaning. Il sistema si avvaleva di un circuito di controllo posto in corrispondenza di una ruota non frenata e dotato di un duplice sensore: uno rivolto alla rilevazione della velocità di decelerazione inferiore ad una certa soglia, il che implica il manifestarsi del fenomeno dell'aquaplaning, ed un'altro rivolto invece al rilevamento di una velocità superiore alla presente soglia così da fornire al sistema dati relativi alla decrescita della velocità. 

• Nel 1980 lo stesso DeVlieg si farà portavoce, insieme ad altri suoi colleghi, di un nuovo dispositivo volto al trasferimento di informazioni relative all'andamento del mezzo e quindi la sua velocità alle ruote anteriori. 

• Nel 1983 Jean Guichard propone un sistema capace di determinare l'angolo di inclinazione con cui l'aeromobile entra in contatto con la pista, permettendo una regolazione dello stesso. 

• Nel 1984 Andrew Mcclintock Valaas introduce un nuovo sistema di frenata automatico, il quale consentiva una migliore gestione del livello di decelerazione impresso al velivolo. 

• Nel 1989 D.M.Longyear e S.R.Bluhm proposero un sistema di controllo della valvola relativa ai freni del velivolo. Esso prevedeva un intricato complesso di collegamenti volto a garantire l'arresto del mezzo anche in caso di guasto del sistema principale. 

•  Nel 1993 C.T.Wiel arriva a proporre l'integrazione del sistema di frenata con una logica fuzzy. Tale procedimento consente di dare vita ad un regolatore dotato di capacità di apprendimento automatico. 

• Nel 1995 D.A.Kolberg e E.D.Alden promuovono un sistema di frenata diretta a prevenire lo slittamento del mezzo ma anche ad un miglioramento della stabilità direzionale dello stesso. Attraverso l'introduzione di uno specifico comando il pilota diviene ora in grado di evitare la potenziale instabilità derivante dall'utilizzo dei singoli comandi relativi al freno destro e quello sinistro. 

• Nel 1997 J.J Gowan e T.D.Miller, insieme ad altri colleghi, progettano per la stessa Boeing&Co un sistema di frenata antislittamento, il quale consente, qualora il velivolo proceda a velocità ridotta, un leggero rilascio del freno così da evitare scossoni all'intera struttura durante lo svolgimento della manovra. 

• Nel 2001 viene introdotto da 
  Allen R. Gale, 
  
  

  Leo H. Mcwilliams, 
  Allan W. Blunt e Jeffrey K. Arnold
   un meccanismo di controllo per la regolazione della pressione idraulica necessaria  per l'arresto della singola ruota. 

• Nel 2004 segue ad opera di D.Frank l'avvento di un nuovo sistema di frenata capace di favorire l'arresto prima di un certo numero di ruote e solamente in un secondo momento di quelle restanti. 

• Nel 2005 il sistema di frenata viene migliorato così da garantire una correzione del comportamento del velivolo durante lo svolgimento di una curva. 

• Nel 2011 grazie al brevetto di 
  Malika Essadouni e Xavier Dal Santo 
  si ha uno degli ultimi grandi successi  nell'ambito di sistemi di frenata per aeromobili; quest'ultimo sistema è in grado, una volta ottenute informazioni circa la sua posizione e velocità, di selezionare il comando di decelerazione così da garantire l'arresto del mezzo in una posizione pre-stabilita. 

Riferimenti pubblicitari

Vengono ora riportati alcuni volantini pubblicitari che si rifanno ad uno degli aerei più celebri della storia dell'aeronautica: il Concorde.

Il velivolo, prodotto dal consorzio anglo-francese formato da British Aerospace e Aérospatiale, viene ricordato per il terribile incidente di cui fu protagonista durante il decollo da Parigi il 25 luglio 2009, ma anche e soprattutto come uno dei pochi aerei da trasporto supersonici entrati in servizio insieme al Tupolev Tu-144.


Le caratteristiche del presente velivolo risultano in tutto e per tutto uniche anche perché non videro un'applicazione successiva. L'abbandono di un simile progetto è dovuto al desiderio delle aziende moderne di favorire un'aumento delle capacità di carico dei mezzi piuttosto che la loro velocità. 
Tra le principali caratteristiche del Concorde va citato il sofisticato sistema di frenata, il quale, a causa delle elevate velocità sostenute, fu dotato di freni  in carbonio oltre che di un sistema di anti-bloccaggio del tipo 'anti-skid'. 




Di seguito viene proposto un video che riporta l'atterraggio del Concorde. Questo aereo per la particolare aerodinamica aveva velocità al decollo e all'atterraggio superiore a quella degli altri aerei. 

L'impresa assegnataria: la Boeing Company

Nel 1973 G.H.DeVlieg affidò l'attuazione del proprio progetto alla Boeing&Co, la celebre impresa nata dalla fusione delle aziende aerospaziali McDonnell Douglas e Boeing con sede a Chicago.

L'azienda, ad oggi la più grande nel settore aerospaziale, vanta eccellenti risultati fin dai primi mesi dalla sua fondazione, avvenuta nel luglio del 1916 a Seattle; è infatti al novembre dello stesso anno che risale la progettazione e lo sviluppo del Boeing Model C, al quale si deve il primo successo finanziario riscontrato dalla ditta. La particolarità di questo primo velivolo è legata ai materiali sfruttati nella sua intera struttura, ovvero il legno, il cui impiego può essere giustificato dal lavoro perseguito dallo stesso  William Boeing  nell'ambito dell'industria del legname e del semplice tessuto, cucito a mano da sarte specializzate,. 

Volantino pubblicitario di un velivolo proposto come ideale per
i viaggi in famiglia.

Solamente a partire dagli anni '30 l'azienda inizia a costruire apparecchi interamente in metallo, i quali rappresenteranno un contributo determinante sia per gli Alleati durante la Seconda Guerra Mondiale che nella produzione e nello sviluppo dei primi aerei civili e linee annesse. E' proprio nell'ambito dei trasporti civili che la Boeing&Co incorre in uno dei suoi più grandi successi ovvero il lancio del 747 Jumbo Jet, un dispositivo in grado di trasportare fino a 600 passeggeri. 

Rover lunare utilizzato durante la missione
Apollo 15.

In generale, però, il segno lasciato da questa gigantesca azienda non riguarda solo la progettazione e la creazione degli aerei, ma anche veicoli e velivoli spaziali, sonde e satelliti, tra i quali spicca il Lunar Rover Vehicle utilizzato per esplorare la Luna con le missioni Apollo 15, 16 e 17. Anzi sarà proprio il coinvolgimento della società m PL. in quest'ambito a determinarne un periodo di crisi da cui la stessa sarà in grado di risollevarsi solo nei primi anni 80. 

Abbecedario: il sistema di frenata dalla A alla Z

A come Antislittamento
B come Boeing&Co.
C come Cinematismo
D come Decelerazione
E come Energia cinetica
F come Frenata assistita
G come Guscio
H come G.Howard DeVlieg
I come Inversori di spinta
L come Liquido frenante
M come MKS
N come valvola a Navetta
O come Operatività del freno
P come Pressione idraulica
Q come Quasistatico
R come  Ruote
S come Segnale elettrico
T come Titanio
U come Urto
V come Valvola di controllo
Z come Zinco

Progetti a confronto

È allo scopo di far risaltare le novità e le migliorie introdotte dal proprio progetto che G.H.DeVlieg si contrappone apertamente al suo precedessore e collega H.V.Glasenapp.

Quest'ultimo fu artefice di un sistema di frenatura automatico, il quale richiedeva che i freni automatici venissero prima di tutto disconnessi sia idraulicamente che elettricamente per consentire la frenata manuale. Il presente sistema prevedeva inoltre l'aggiunta di due comparatori di pressione, oltre a due interruttori relativi al pedale del freno, in modo tale da far equivalere la pressione misurata dal pilota all'effettiva pressione di frenata e farne conseguire la disattivazione dei freni automatici. Viene poi menzionata la percezione di 'scatti' durante la transizione dalla frenatura automatica a quella manuale, quando entrambi i lati dell'aereo venivano privati della possibilità di ricorrere ai freni automatici.
DeVlieg afferma a questo punto che tutti i presenti difetti sono stati superati mediante l'introduzione di una valvola di controllo, la quale regola l'intero processo di frenata.

Word cloud

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Dal boom del dopoguerra allo shock petrolifero

La Seconda Guerra Mondiale e il successivo confronto tra blocco occidentale, guidato dagli Stati Uniti, ed il blocco socialista, guidato dall'Unione Sovietica, portarono uno straordinario sviluppo nell'ambito della tecnologia militare che si trasferì successivamente a quella civile. Tutto ciò si concretizzò in una forte spinta al progresso e all'innovazione tecnologica che unita ad un enorme sviluppo economico, favorito anche dagli investimenti di ricostruzione delle distruzioni del conflitto, diede vita a quella che può essere definita  "Terza Rivoluzione Industriale".

I progressi effettuati sui motori a reazione portarono allo sviluppo del programma spaziale, reso possibile anche dalla nascente tecnologia elettronica, le cui ricadute sull'industria civile crearono scenari e prospettive prima di allora impossibili da immaginare. 

Gli effetti dello shock petrolifero (1973)

Lo shock petrolifero del 1973 costrinse poi a ripensare i processi produttivi, determinando il brusco declino di tutte le produzioni basate su grandi concentrazioni di manodopera e portando alla ribalta il cosiddetto terzo settore, ovvero di quello legato ai servizi. Nell'ambito industriale comunque si cercò, sotto spinta dell'esempio dei sistemi produttivi asiatici, di favorire un'alta produttività unita al mantenimento della forza-lavoro. Pertanto l'aspetto quantitativo venne sostituito da uno sviluppo qualitativo dei prodotti. 

In particolare nel mondo aeronautico acquistò maggiore importanza l'efficienza energetica e si raffinò la tecnica costruttiva grazie al largo impiego di computer di bordo e di nuove tecnologie quali la produzione di materiali speciali (vetroresine, fibre di carbonio, leghe al titanio), la fresatura elettrochimica, l'incollaggio metallo-metallo. Inoltre si diffuse l'utilizzo di componenti elettronici negli impianti di bordo e nei dispositivi di controllo dell'aeroplano. Tra questi ricade il meccanismo di cui mi occupo in particolare: il sistema di frenata automatico per aeromobili.  

Glossario

Dall'analisi del brevetto relativo ai freni per aeromobili risaltano alcuni termini tecnici o gergali di cui analizzerò il significato:

• Aircraft automatic braking system: letteralmente, sistema automatico di frenata per aeromobile. Un sistema studiato per assicurare la massima aderenza tra le ruote del velivolo ed il terreno evitando slittamenti.
• Nose wheels: con questo termine si vogliono indicare le ruote anteriore dell’aereo, collocate quindi al di sotto del "naso" dell'aereo.
• Touchdown: letteralmente toccare terra. È il termine utilizzato per indicare il contatto del carrello con la pista in fase di atterraggio.
• Wheelspeed: letteralmente velocità della ruota monitorata dal sistema. Indica il valore del numero di giri al secondo che la ruota compie.
• Hydraulic portion: parte idraulica del velivolo. È la parte dell’aereo che deve resistere a sollecitazioni provocate dalla pressione idraulica.
• Runway: pista d’atterraggio. Pista attrezzata per l’atterraggio del velivolo.
• Deceleration: decelerazione, ossia diminuzione di velocità o rallentamento del veivolo.
• Anti-skid: antislittamento. È il sistema studiato per evitare incidenti di scivolamento delle ruote durante l’azione del sistema di frenata automatica.
• Valve: valvola. Dispositivo che regola il flusso di liquidi o gas nelle condotte.
• Control circuit: circuito di controllo. Emette una tensione che serve per controllare altri moduli.
• Control/error/subsequent signal: segnali. In elettronica, corrente, tensione o radioonda applicabile all’ingresso o disponibile all’uscita di apparecchiature di controllo.

Aircraft automatic braking system

A questo punto è giusto introdurre il viaggio alla scoperta di un'invenzione piuttosto recente, ovvero quella dei freni per aeromobili (aircraft automatic braking system), che verranno analizzati nel loro processo di realizzazione dalla sua ideazione fino alla realizzazione e applicazione sul campo.

Il progetto presentato da Garrett Howard DeVlieg nel 1973 prevede che il sistema di frenata automatico venga applicato all'impianto frenante degli aeromobili allo scopo di diminuire attraverso una valvola di controllo addetta al monitoraggio della pressione trasmessa alla valvola a navetta il livello di frenata impostato dal pilota ed evitare così incidenti durante la fase di atterraggio. Da ciò risulta facilmente intuibile che se l'obiettivo della valvola di controllo è quello di assicurare una frenata equamente redistribuita su tutte le ruote del velivolo, quello delle valvole a navetta è quello di intervenire tempestivamente in caso di intervento eccessivo dei freni. Trattandosi di un sistema di frenata esso conta tra le sue  principali funzioni quella antiskid (antislittamento), la quale prevede, in caso di slittamento di una ruota, che vengano attivati alcuni circuiti in grado di ridurre l'intervento dell'impianto frenante, riducendo la pressione di frenata.  Infine, quando il sistema di frenata automatico è disinserito dal pilota, il suo intervento sui freni viene trasmesso attraverso un segnale logico al sistema di controllo che attraverso un processo pressoché istantaneo regola la quantità di energia idraulica fornita all'impianto frenante. 

"Gli uomini sono diventati gli strumenti dei loro stessi strumenti"

Questo celebre paradosso espresso da Henry David Thoreau  può essere utile per evidenziare quanto la tecnologia sia entrata nella vita comune fino a rendere noi stessi parte di un unico meccanismo. Dall'alba della civiltà la scienza tecnologica si è sviluppata partendo dalla creazione di strumenti che aiutavano l'uomo nelle sue attività, che sono serviti a creare macchine e che hanno ampliato le sue capacità fino a congegni nel cui funzionamento l'uomo interviene come parte integrante dello stesso.