Aereo, sì... Aereo chi? Guida pratica STOCK alla costruzione e al volo di veicoli alati.

La guida è basata sulla versione stock 1.2.2 di KSP – le considerazioni aerodinamiche possono variare a seconda della release.

Convenzioni e legenda:

Pitch = Beccheggio
Roll = Rollio
Yaw = Imbardata

CoM = Center of Mass = Baricentro/Centro di Massa
CoL = Center of Lift = Centro di Portanza (non vi aspettate una grande attinenza alla realtà da parte dell'aerodinamica stock)
CoT = Center of Thrust = Centro di Spinta

Drag = Attrito
Lift = Portanza


1) Prefazione - Aerodinamica Stock: Mattoni Volanti e Allucinazioni
Gli aerei sono pessime astronavi, tuttavia sono quanto di meglio si possa chiedere per arrivare in orbita con un veicolo totalmente riutilizzabile senza complicati magheggi; a volte possono anche essere strumenti interessanti per andare “oltre”.
Non è difficile costruire un aereo che arrivi in orbita e possa ritornare su Kerbin. Ammettiamolo, con un Rapier basta pochissimo per arrivarci e non serve essere particolarmente fini con le soluzioni aerodinamiche. Non è però così semplice mettere insieme un mezzo che possa essere veramente utile. Con questa piccola guida cercherò di propagare, nella lingua di Dante, alcuni dei metodi più spregevoli che ho imparato per spremere le migliori prestazioni possibili da un aereo. KSP è gentile coi suoi adepti e ci consente di far volare cose che non si alzerebbero mai da terra – basta aggiungere dei booster, come vogliono le antiche scritture. In più, a meno di non utilizzare FAR (che non ho idea in quali condizioni versi attualmente), quello che pensate di vedere non necessariamente è quello che KSP “si sente”. Ad esempio, perdere minuti per cercare di allineare perfettamente le ali con le “estensioni della radice alare” (wing strakes) è ottimo per l'estetica ma a livello di aerodinamica non ne otterrete giovamento. Giocare con l'altezza delle ali è certamente utile, ma ne parleremo più avanti e non certo per ridurre il drag. Lo scopo della guida è creare aerei funzionali e funzionanti per la versione in corso e riportarli a casa - ora sono a punta, la volta scorsa erano piatti e prima ancora erano sempre a punta: i tempi cambiano e gli aerei sono sempre caratteristicamente brutti a seconda della moda della patch.
Non vi annoierò con delle liste comparative di componenti, prendete per buoni i pezzi che vi suggerisco come i più adatti allo scopo ed eventualmente fate i vostri esperimenti per confutare la mia versione dei fatti. Le tabelle dettagliate ed i vari diagrammi sono disponibili sul forum internazionale, se vi servissero dati ulteriori mandatemi un PM. E' complicato separare i vari aspetti, quindi partirò da come si costruisce un aereo in generale per poi esplorare alcune peculiarità a seconda dei vari profili di missione.
2) Costruire:Vita
Incominciamo sistemando qualche “paletto”: semplicità è la prima parola d'ordine – tutto quello che lasciate attaccato sulla fusoliera, compreso un cesso di RCS o un pannello solare, genera attrito che voi volete evitare. Tutto ciò che non è fondamentale al volo atmosferico va rinchiuso in un alloggiamento. Quindi per ogni elemento motore che aggiungete ricordate anche che state aumentando esponenzialmente l'attrito generato.
Attrito è la seconda parola d'ordine: per massimizzare il carico utile e minimizzare il numero dei motori bisogna purtroppo affidarsi ad una selezione piuttosto limitata di pezzi.
Rapier è la terza parola d'ordine: gli altri motori atmosferici al confronto sono cacca.
Qualche informazione di base per allinearci: i “delta” sono più ostici da domare dei modelli con la coda, si imbizzarriscono facilmente a causa della distribuzione dei pesi: immaginate di dover costruire un oggetto che sia perfettamente in equilibrio appoggiato sulla punta di uno spillo posta esattamente al suo baricentro. L'equilibrio è fondamentale ma troppa stabilità renderà poi il vostro veicolo pesante da manovrare. E' quindi importante mantenere il baricentro il più possibile verso la parte centrale della lunghezza del veicolo e il centro della portanza alle spalle del baricentro ma non di molto, in modo da mantenere l'aereo il più controllabile possibile. (foto 2 Immagine )
“Sì, ma perchè le ali sono inclinate? Anche la freccia che indica lo zenith del CoL è inclinata, ti ho sgamato.” Perchè voi volete generare un “angolo di attacco” (AoA): le ali per generare portanza devono avere un angolo di attacco rispetto al senso di marcia – inclinando le ali (consiglio da 1° a 5°) non dovete inclinare l'aereo mantenendo il centro di spinta direttamente verso la direzione di marcia. (foto 3 Immagine )
“I motori extra sono al centro” Sì, per la posizione del baricentro – KSP ama le leve e più le cose pesanti sono posizionate lontane dal baricentro senza un adeguato contrappeso più diventa difficile domare un aereo. Allo stesso modo le appendici di controllo vanno sistemate nella posizione di leva più consona al loro utilizzo: ne servono e ne bastano il minimo indispensabile, generano moltissimo attrito e sono effettivamente inutili e anche dannose se in eccesso – ogni set di appendici deve essere dedicato ad una manovra ed una soltanto e se ben piazzate anche la loro autorità deve essere ridotta o causeranno un sacco di vibrazioni. Non vi servirà nessun controllo attivo dell'imbardata (yaw) – su Kerbin non esiste vento laterale quindi è solo drag sprecato. Le appendici che controllano le altre manovre vanno sistemate il più lontano possibile dal baricentro sull'asse di interesse.
Disattivate il gimbal dei motori atmosferici – corregge continuamente la vostra traiettoria, ma invece di renderla ottimale genera attrito (cacca/pupù). ( foto 4 Immagine ) ( foto 5 Immagine )
“Senti, ma nella foto 5 le appendici sono deployed e inverted: perchè?” Ho esteso le appendici per il rientro, rendono più stabile il veicolo, tipo flap, e servono anche come freno extra. Sono inverted perchè secondo me ho attaccato le appendici al contrario e speravo che si estendessero verso il basso ma invece... In ogni caso parliamo degli aerofreni (airbrakes) – la gente si lamenta perchè bruciano facilmente, ma in realtà basta metterli al posto giusto. ( foto 6 Immagine )
Quando li aprite generano una pressione aerodinamica, ovviamente sempre per la questione delle leve più lontani li mettete dal baricentro maggiore sarà la loro influenza sull'assetto. Non fateli mai investire direttamente dal flusso aerodinamico ad alta velocità o bruceranno (dang...), l'idea di base è il freno degli F-15 (cercate una foto su google), il pezzo è una replica quasi esatta.
“Perchè gli hai messo il naso da pinocchio? (foto 6)” Il Tail connector type A è il pezzo che ha in assoluto la minore resistenza aerodinamica. Vanno bene anche i nosecone piccini + NCS adapter e gli Shock Cone Intake. Altre parti magari hanno un drag accettabile ma scarsa resistenza al calore. La migliore presa d'aria a vostra disposizione è l'Engine Precooler, una per rapier è più che sufficiente. ( foto 7 Immagine ) Con gli shock cones potete alimentare più rapier con un unica presa d'aria: a voi la scelta a seconda del design.
“Perchè hai il pannello solare che esce dal comparto di servizio?” Perchè come scrivevo sopra tutto ciò che è superfluo va “imboscato” per evitare che generi attrito. Anche i propulsori RCS, anche le antenne. I propulsori RCS hanno bisogno di uno spazio praticamente nullo per operare. (foto 8 Immagine )
“E i carrelli? Non si capisce niente con ste ruote, si va sempre come minimo fuori strada, in più a me l'aereo non decolla – mi serve molta più autorità di beccheggio.” Dipende da dove li avete messi i carrelli, in caso di configurazione a triciclo la coppia principale va sistemata appena più indietro del baricentro e del centro di portanza per avere il miglior fulcro possibile e per non perdere il controllo sulla pista. La ruota anteriore non va messa troppo avanti o sarà scaricata dal peso necessario a mantenerla a contatto col suolo e in grado di gestire lo sterzo.

Ultimo appunto molto importante per capire come "ragiona" KSP - i nodi "aperti". Avrete notato che metto un piccolo nosecone in coda a ogni rapier: oltre ad essere carino a livello estetico (wow, you've got a rapierspike!) riduce enormemente l'attrito generato - ogni connessione che rimane "aperta" e quindi lascia una delle palline verdi e nere alla fine del vostro veicolo (i "nodi") è un dramma aerodinamico. Maggiori sono le dimensioni del vostro veicolo e più l'effetto è tangibile. I coni vanno sistemati in modo da non occludere l'ugello del motore, altrimenti la spinta sarà sprecata. Allo stesso modo per altri tipi di motore i coni possono essere proprio "annegati" all'interno del pezzo ma apporteranno comunque il beneficio aerodinamico. Oltre alle varie dimostrazioni empiriche l'effetto si può notare utilizzando "l'aero overlay" (F12). Un motore NERVA senza il conetto genera un attrito quasi pari al corpo centrale dell'aereo.

Il drag non scompare completamente come potrete notare dalle foto successive, ma è nettamente inferiore.

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3) Sì, vabbè - ma adesso?

Come in ogni occasione in cui si affronta la progettazione di un veicolo è necessario avere ben chiaro l'obiettivo finale.

Il parametro a cui faremo riferimento successivamente è la capacità massima di sollevamento di un singolo Rapier e andremo a scalare il design nella maniera che più ci aggrada.

Un Rapier può sollevare un veicolo di circa 30t e ha bisogno di circa 10/12 "punti" di portanza. Maggiore è la potenza, minore è la portanza necessaria a superare gli strati spessi dell'atmosfera. Di solito io scelgo veicoli con un TWR non propriamente brillante, quindi tendo ad avere un profilo di salita molto piatto, compreso fra gli 0° e i 5° di beccheggio.

E qui vedremo una caratteristica interessante dell'aerodinamica stock: le ali a frittella. Avete già avuto una anteprima quando parlavamo di Airbrakes, ma magari non avete notato che le ali in quel caso erano un po' "spessine". A KSP queste cose non interessano senza FAR. Il veicolo in foto è un modello scalare perfetto del sistema che vi descrivevo, 4 rapier, 4 coppie di ali, 130t circa di veicolo (un motore più un motore fa 2 motori e un pezzettino), non dimenticate che quelle 36t di carico utile potrebbero essere qualsiasi cosa, compreso un veicolo per Eeloo o chissà dove.

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Avrete anche notato però che per quanto sia strapotente a livello di carico questo veicolo è "finito" una volta in orbita, certo possiamo agganciarci alla nostra stazione preferita oppure ritornare a KSC senza problemi ma non raggiungeremo Mun. I Rapier usati in modalità "doppia" consumano tantissimo, quindi sono comodi ma limitati.

Per trasportare personale nelle varie stazioni spaziali di solito utilizzo una modalità "LF only", dove i rapier servono solo per l'ascesa fino a 20km circa e a quel punto vengono coadiuvati dai motori nucleari. Questo vi risparmia parecchio "peso morto" una volta arrivati nello spazio e vi consente delle autonomie ai limiti del sistema stock senza dover "scendere e spingere" perchè siete troppo scarsi di potenza.

Il veicolo qui sotto è in grado di decollare da Kerbin e attraccare nell'orbita di un satellite Jooliano con 3 "uomini" d'equipaggio. (si può anche atterrare su Bop, Pol e Laythe abbastanza facilmente, ma ci vuole una certa mano specialmente all'arrivo nel sistema di Jool. Vall è un po' ostico e Tylo è ovviamente impossibile con un veicolo simile.)

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Una delle cose che tutti prima o poi cercano di costruire è il cosiddetto "Infiniminer", ovvero un aereo che trasporta una ISRU e che può raffinare il proprio carburante a piacere.

Sempre nell'ottica del risparmio di peso e carburante vi propongo l'evoluzione che hanno avuto i miei esperimenti in merito - sono partito da della robaccia di 300 pezzi e 250t, davvero complicata da manovrare e far atterrare, e sono arrivato a 93.5t e 73 pezzi. Non è un veicolo da "Grand Tour", non è in grado di trasportare le 40t che servirebbero per un lander per Eve nè è in grado di avere un veicolo extra per Tylo, tuttavia è già possibile farsi un bel giro.

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Una volta stabilito quanto è il peso massimo del vostro design in base alla motorizzazione e alla portanza potrete sbizzarrirvi nella personalizzazione del carico utile, sostituendo il carburante che non vi interessa con stive e carico oppure con cabine per i passeggeri.

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Dopo tutto questo pippone millenario, ricordate che KSP è un sandbox e quelli che si devono divertire siete voi. Se lo volete a forma di incudine fatelo a forma di incudine.

Anche i dischi volanti sono ammessi in KSP.

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E se siete in difficoltà, un bat segnale è sempre d'aiuto!

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Quindi, concludendo, un aereo deve essere "aerodinamico", deve avere ali con un angolo di attacco e con portanza sufficiente, carrelli al posto giusto e il minor numero di superfici di controllo possibile, oltre ad una adeguata potenza.

Grazie per la lettura - la guida è ovviamente incompleta e approssimativa e potrebbe essere modificata senza preavviso (tipo fra un minuto).

Sono a vostra disposizione per qualsiasi chiarimento.

Tutti i veicoli presenti nelle foto sono completamente stock e disponibili per il download a richiesta (link dropbox).


Very Good, però perché non ti presenti? Sarebbe bello sapere chi sei :)

@goldr31 - dai, per le prime 24h di attività poteva andare peggio ^_^