F-14 Tomcat: perché l'ala a geometria variabile?

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Perché l’F14 Tomcat aveva l’ala a geometria variabile?
Dobbiamo analizzare i requisiti di missione che avrebbe dovuto avere il nuovo aereo.
Il primo requisito era quello di scortare i bombardieri americani e dunque doveva poter volare a bassa velocità per un range di 500 Nm, senza effettuare rifornimento in volo, con 4 missili AAR Sparrow e il Gun.
Il secondo requisito era quello di difendere la flotta navale e dunque doveva rimanere in holding per 3 ore in un raggio di 150 Nm con 6 missili Phoenix e il Gun
L’F-14 quindi doveva poter svolgere il ruolo di intercettore, dunque volare fino a Mach 2.4 ed avere capacità di dogfight.
Ovviamente doveva essere in grado di decollare ed atterrare da una portaerei.
In ultimo, ma questo avvenne solo in seguito, negli anni 90, doveva poter effettuare missioni di attacco al suolo (quindi volo a bassa quota).
Risulta ovvio dunque che questi due punti appena esposti sono totalmente in contrasto tra loro. Sarebbero necessarie due tipologie totalmente diverse di ala per soddisfare i primi 3 requisiti. Infatti:
• Per poter volare tanto, a lungo e bassa velocità la configurazione alare ottimale è quella per cui si ha il più alto valore di portanza e il più basso valore di resistenza. Il tipo di resistenza predominante in regime subsonico è la resistenza indotta (ovvero quella che si forma all’estremità alare a causa della differenza di pressione tra dorso e ventre). Giusto per rendervi l’idea, un velivolo che soddisfa al 100% queste caratteristiche è l’aliante. L’aliante infatti ha un’ala dritta e con un alto spessore percentuale che massimizza la portanza e un elevato allungamento alare, che minimizza la resistenza indotta. Ovviamente qui parliamo di un velivolo militare, ma per poter soddisfare i primi 2 requisiti l’ala doveva essere di questo di caratteristiche.
• Per soddisfare il terzo requisito, ovvero volare a Mach 2.4, la configurazione alare poteva essere di 2 tipi: corta e tozza (come nel caso del F-104) o con un angolo di freccia . In entrambi i casi però lo spessore percentuale del profilo alare in regime supersonico deve essere basso, l’ala deve avere un profilo sottile. Infatti nel volo in regime transonico e supersonico, la componente di resistenza predominante è la resistenza d’onda (a causa appunto della nascita di onde d’urto).
Al fine di poter operare in modo ottimale sia in subsonico che in supersonico, fu dunque sviluppata l’ala a geometria variabile. In questo modo:
A bassa velocità l’ala è nella configurazione estesa, con un basso angolo di freccia (20°) e un rapporto spessore/corda del 9%. Questa configurazione garantiva il soddisfacimento dei primi due requisiti.
All’aumentare della velocità, un meccanismo automatico, faceva variare l’angolo di freccia dell’ala fino ad un massimo di 68° che permetteva appunto di non interferire con il cono di Mach in volo supersonico. Ma come poteva variare il rapporto spessore/corda? Ovviamente l’ala non diventava più sottile ma, quando tutta retratta, la corda alare risultava essere maggiore e dunque poiché lo spessore ovviamente era costante, il rapporto spessore/corda diventava del 5%.
Decollare e atterrare da portaerei. Un velivolo deve poter avere una velocità di decollo e atterraggio molto bassa.
Un problema dell’F-111 era che all’aumentare dell’angolo di freccia, il vettore portanza arretrava ulteriormente e questo comportava un problema di eccessiva stabilità del velivolo
Nel F-14 questo problema venne risolto in 2 modi:
Il centro di rotazione dell’ala era molto all’esterno (rispetto al F-111) che aveva il fulcro in prossimità del centro di mezzeria del velivolo. Allontanando tale fulcro, la porzione di ala sottoposta a rotazione era inferiore e anche l’effetto dell’arretramento del fuoco era limitato.
Inoltre a velocità pari a Mach 1.4 venivano dispiegate delle alette triangolari che avevano il compito di generare un componente di portanza davanti al baricentro per contrastare l’arretramento del fuoco.
Dunque il basso allungamento alare dato dall’ala con il massimo angolo di freccia garantiva il soddisfacimento del volo a bassa quota.