FLOWFORMS

di Harald Prinzler

Rev. 1 del 18/5/1999

1. Introduzione

Analizzando diversi progetti di flowform, sono rimasto incuriosito dalle varie e differenti sagome e forme dei profili alari di questi aquiloni ed ho cercato altre informazioni in proposito per fare alcuni confronti.
Ho scalato quindi i dati dimensionali di tutti i progetti che sono riuscito a trovare per renderli omogenei e poterli comparare.

2. Definizioni

Bordo d’ entrata (Leading edge)
Il lato dell’ aquilone diretto verso il vento è chiamato bordo d’ entrata.
Gli aquiloni soffici ne hanno uno nella parte superiore ( verso il cielo) ed uno nella parte inferiore (verso terra).

Bordo d’ uscita (Trailing edge)
Il lato opposto al vento è chiamato bordo d’ uscita.
I Flowform hanno bordi d’ uscita diritti oppure curvi con una apertura centrale per l' uscita dell' aria.

Angolo d’ attacco
L’ angolo d’ attacco è quello che forma la superficie inferiore dell’ aquilone col piano orizzontale e quindi col vento.
Con un basso angolo di attacco( 0 gradi ) il vento incontra poca resistenza, tiro e portanza sono scarsi.
Con un grande angolo d’ attacco ( perpendicolare alla superficie inferiore), il vento investe direttamente la parte inferiore dell’ aquilone provocando la massima resistenza ma nessuna portanza.
Le condizioni ottimali per il volo si verificano tra questi due estremi, ottenendo la massima portanza con un angolo di attacco di 45 gradi.

Angolo di trazione
L’ angolo di trazione è quello compreso tra il cavo di ritenuta e la superficie inferiore dell’ aquilone.

Coefficiente di forma
La relazione tra larghezza e lunghezza in pianta dell’ aquilone è chiamata coefficiente di forma ( aspect ratio o AR).
Con AR minore di uno la larghezza dell’ aquilone è minore della lunghezza.
Con AR uguale ad uno queste dimensione hanno valori uguali.
Un AR maggiore di uno significa che la larghezza dell’ aquilone è maggiore della lunghezza.

Ci sono tre ordini di valori per l’ AR :
LAR (Low Aspect Ratio) : Aspect Ratio è minore di 1
MAR (Medium Aspect Ratio) : Aspect Ratio sta tra 1 e 6
HAR (High Aspect Ratio): Aspect Ratio è maggiore di 6 ( non usato per gli aquiloni).

Canale di sfiato posteriore ( jet chute)
I flowform sono caratterizzati da una apertura centrale del bordo d’uscita ; l’ aria che fuoriesce  rende più stabile il volo dell’ aquilone.

Fori nella parte superiore ed inferiore (Air flow holes)
I flowform hanno fori nella parte superiore ed inferiore per compensare la pressione interna.
Di solito questi fori sono disposti a formare una V.
Sulla parte superiore dell’ aquilone il vertice della V è posto nella parte posteriore ( bordo d’ uscita ) mentre è girato all’ opposto nella parte inferiore.

Fori nei setti interni centrali (Vents)
Gli aquiloni soffici hanno fori disposti nei setti verticali interni che dividono le diverse celle.
Essi consentono in condizioni di vento irregolare di mantenere omogenea la pressione in tutte le celle.

Briglie composte.
Se l’ aquilone ha più di una fila di punti di briglia è facile regolarne l’ angolo d’ attacco usando una brigliatura composta invece che riunire tutti i fili in un unico punto.
Si riuniscono tutti i cavi provenienti dalla stessa fila di punti di briglia in un anello, si uniscono gli anelli mediante un pezzo di cavo e si fissa la fune di ritenuta a questo cavo con un moschettone.
La modifica dell’ angolo di volo la si ottiene facendo scorrere il moschettone lungo questo cavo.

3. Differenze tra flowform e parafoil

Altezza del profilo alare
Un flowform, generalmente, ha il punto più alto della sezione alare posto più vicino al bordo d’ entrata rispetto ai parafoil.
Una eccezione sono i Parafoil di Jim Rowlands, d’ altronde anche la sagoma dei suoi Flowform è differente da tutti gli altri.

Bocche d’ingresso dell’ aria.
Il flowform ha un’ ampiezza maggiore delle bocche di entrata che sono più larghe del 50 per cento dell’ altezza del profilo alare.
L’ altezza delle bocche d’ ingresso dell’ aria nei parafoil è meno del 50 per cento della massima altezza del profilo alare.
L’ angolo della bocca d' entrata dell’ aria è maggiore nei flowform rispetto ai parafoils.

Fori nella parte superiore ed inferiore (Air flow holes)
Un parafoil non ha fori di compensazione sulle superfici inferiore e superiore ed i suoi fori dei setti verticali interni sono più piccoli.

Tipi di chiglie.
Generalmente le chiglie sono collocate ogni due setti in ambedue i tipi di aquiloni.
Le chiglie del flowform sono fatte di un unico pezzo al contrario di quelle del parafoil e sono di dimensioni maggiori.

Tipi di briglie.
La maggior parte dei flowform ha solo una fila di punti di briglia posti sulla verticale del il bordo d’ entrata .
La maggior parte dei parafoil ha 2 o 3 file di punti d’ attacco delle briglie.

Bordo d’uscita.
Le celle centrali dei flowform sono aperte in corrispondenza del bordo d’ uscita   per aumentare la stabilità del volo mentre il bordo d’ uscita dei parafoils è diritto e le celle sono chiuse.
La maggior parte dei flowform ha un bordo d’ uscita curvo ottenuto accorciando i setti centrali od allungando quelli esterni.

Coefficiente di forma
La maggior parte dei flowform ha un coefficiente di forma minore di uno.
Alcuni flowform modificano il coefficiente di forma in funzione della curvatura del bordo d’ attacco.
I grandi parafoil hanno un coefficiente di forma maggiore di uno diversamente da quelli più piccoli.

Prestazioni di volo.
I parafoils possono diventare instabili in diverse situazioni di vento.
Producono una trazione molto grande sul cavo di ritenuta e volano con un angolo di trazione piuttosto alto.
Per la loro stabilizzazione è quasi sempre necessario applicare una coda.
I flowform provocano una trazione minore e sono più stabili dei parafoil, alcuni possono volare con vento molto debole.

4. Descrizione dei flowform

In questa sezione do una breve descrizione di tutti i Flowform che conosco indicandone la provenienza dei dati riportati.
L’ ordine della lista rispecchia il periodo nel quale ho lavorato a quel particolare aquilone.

#1. Flowform (Jim Rowlands)

In conseguenza della relazione tra larghezza ed lunghezza, questo aquilone ha una portanza piuttosto elevata.
Il coefficiente di forma è minore di uno ma è ugualmente un volatore stabile tranne in alcune occasioni nei quali tende a sbandare di lato e precipotare al suolo.

#2. Flowform Junior (Jim Rowlands)
Nello stesso libro di Jim Rowlands c’è il progetto di un flowform più piccolo composto da 4 celle, 3 chiglie e con solo una fila di punti di briglia.
La cella centrale ha un’ altezza maggiore di quelle laterali ottenuta da un profilo curvato del bordo del tessuto, cosa che ne rende abbastanza complessa la costruzione.
Le relazioni tra altezza del profilo alare, altezza della bocca di entrata e delle chiglie è uguale a quella degli altri suoi flowform.

#3. Balena (Jim Rowlands)
Nel libro di Jim Rowland c’è anche il progetto di questa "balena", basato su quelli precedenti ma con profilo allungato ed alcune "pinne" aggiunte.
L’ aquilone è formato da 4 celle, 3 chiglie e 2 file di punti di briglia mentre le relazioni tra altezza della sezione alare, altezza delle bocche di entrata e delle chiglie sono uguali a quelle degli altri suoi flowform.
Questo aquilone non è uno stabile volatore e non è il caso di ancorarlo ed abbandonarlo a se stesso;  per questo tipo di aquiloni il volo instabile è comunque una cosa abbastanza normale.

#4. Flowform no.2 (Harald Prinzler)

Questo dipende dalla maggiore altezza del profilo e così questo flowform è adatto solo a condizioni di vento moderato.
Nonostante abbia più o meno le stesse misure del flowform di Rowlands, la trazione che sviluppa è minore e questo dipende dall’ avere solamente una fila di punti di briglia, cosa che non consente la regolazione del punto di attacco.

#5. Flowform (Vlieger 93/2)
Nella rivista olandese Vlieger n°2/93 è stato pubblicato questo progetto di Wim Houtman di Den Haag.
Questo aquilone è costituito da 8 celle e 5 chiglie che formano un angolo di 90 gradi col bordo d’ entrata.
Le celle esterne hanno una lunghezza maggiore di quelle interne dando al bordo d’ uscita un profilo a V.
La sezione del profilo alare ha una altezza piuttosto piccola ed il suo punto più alto è spostato verso il bordo d’ uscita.
Le chiglie interne sono in un pezzo unico ed hanno un unico punto di briglia, quelle esterne sono fatte ciascuna di due pezzi con 2 punti di briglia e  perciò l’ angolo di attacco dell' aquilone è variabile.
Non ci sono fori di compensazione sulle superfici superiori ed inferiori.

#6. Flowform #30 (Air Affairs)
Ho avuoto modo di esaminare questo flowform in occasione di una visita di un aquilonista americano.
Il suo coefficiente di forma è minore di uno ( larghezza 150 cm e lunghezza 180 cm) ed è formato da 4 celle, 3 chiglie e punti di briglia disposti su di un’ unica linea.
Il bordo anteriore delle chiglie forma un angolo di 90 gradi con la base dell’ aquilone.
Il profilo alare è più basso che in altri flowform, i setti interni terminano lontano dal bordo d’ uscita mentre quello centrale termina nel canale di sfiato posteriore.
Tutti i setti centrali non hanno fori.
Secondo la mia opinione, l’aria dentro le celle si equilibria attraverso l' ampio spazio aperto in corrispondenza del bordo d’ uscita.
I fori di compensazione della parte superiore ed inferiore hanno tutti lo stesso diametro. 

#7. American Flowform (Harald Prinzler)
( Il progetto di questo flowform è all' indirizzo : http://members.aol.com/hprinzler/am_fform.gif )

Per evitare questo ho aggiunto dei fili che uniscono tra loro le due parti dove mancano i setti, modificando leggermente la lunghezza di questi fili è anche possibile variare di un poco le caratteristiche aereodinamiche dell’ aquilone ed il suo angolo di attacco.
Avendo solamente 3 punti di attacco delle briglie, le chiglie devono sopportare una trazione notevole, questo rende l’ aquilone adatto prevalentemente ad un vento moderato. 

#8. Flowform I (Margaret Greger)
Questo progetto proviene dal libro di Margaret Greger "Kites for everyone".
L’ aquilone è formato da 4 celle e 3 chiglie con una sola fila di punti di briglia.
Il profilo della sezione alare è abbastanza differente dagli altri flowform avendo un’ altezza relativamente bassa.
Questo tipo di profilo alare è simile a quello del progetto di Kitelines "the painless parafoil" o "Sorgenfreie Parafoil" del Drachenmagazin.

#9. Flowform II (Margaret Greger)
Questo progetto riguarda un flowform di dimensioni minori pubblicato nel libro di Margaret Greger  formato da 4 celle, 3 chiglie e con una sola fila di punti di briglia, la forma del profilo alare è simile a quella degli altri flowform.
Questo aquilone viene offerto dalla Air Affairs col nome di T-8

#10. 50 sq.ft. Flowform (Carl Crowell)
( Il progetto di questo flowform è all' indirizzo :http://www.willamette.edu/~ccrowell/kites/digitalk.htm#Flowform )
Carl Crowell pubblica questo progetto nel suo sito in Internet.
L' aquilone è formato da 8 celle, 5 chiglie ed ha una sola fila di punti di briglia.
Le forme del profilo alare e delle chiglie sono simili a quelle del flowform della Air Affairs mentre la distanza tra il punto di massima altezza del profilo ed il bordo d’ entrata è maggiore.
Il bordo d’ uscita ha un profilo a V ottenuto interrompendo i setti interni.
Nel progetto non ci sono fori nei pannelli superiore ed inferiore.

#11. Flowform (Dan Weinreb)
Poichè ci sono alcune differenze tra i dati riportati in tabella e il disegno dell sagoma del flowform nel libro di Jim Rowlands, Dan Weinreb ne ha modificato i dati in questo modo:

Così facendo si incrementa l’ altezza del profilo alare ed aumenta anche la distanza del punto di massima altezza dal bordo d’ entrata.

 #12. Flowform (Cerf Volante Miztral)
( Il progetto di questo flowform è all' indirizzo : http://home.nordnet.fr/~jlesage/miztailes/flowform.htm )
Il club aquilonistico francese Cerf Volante MIZTRAL pubblica questo progetto sul suo sito web.
Questo flowform è formato da 4 celle e 3 chiglie con una unica linea di punti di briglia, la forma del profilo alare e delle chiglie corrisponde a quella degli altri flowform mentre l’ altezza del profilo è maggiore del normale e posta abbastanza vicino al bordo d’ entrata.
Nel pannello superiore, i fori di compensazione sono presenti solo nelle celle esterne.

#13. Flowform (Vlieger 90/6)
Questo progetto di Fred Drexler ed Herman Van der Broek è stato pubblicato nella rivista olandese Vlieger n° 90/6. A parte le dimensioni, è quasi identico a quello pubblicato dalla stessa rivista nel n°93/2.
L’ altezza massima del profilo alare sembra situata più vicino al bordo d’ entrata ma non ci sono abbastanza dati per ricavarsi con precisione la sagoma.
I fori di compensazione sui pannelli inferiori e superiori non sono disposti a V come negli altri flowform : sono disposti in più file su tutta la superficie.

Flowform (Kite Lines Summer 79)
Questo progetto di Margaret Greger ed Ed Grauel è stato pubblicato sulla rivista Kite Line.
E’ simile a quello del libro della Greger con solo piccole differenze.

5. Confronto tra i flowform

Di tutti i flowform che conosco, ho ricavato una serie di dati specifici utili per il confronto rapportando tutte le misure alla lunghezza della linea di base.
Tutte le misure sono espresse in percentuale rispetto alla lunghezza di questa linea.

Descrizione:
A. Linea di base del profilo alare senza le bocche di entrata ( sempre 100 per cento)
B. Massima altezza del profilo alare.
C. Distanza della massima altezza della sezione del profilo alare dal bordo d’ entrata
D. Altezza delle bocche d’entrata dell’aria
E. Angolo delle bocche d’entrata con la linea di base.
F. Distanza del punto di trazione dal bordo d’ entrata.
G. angolo tra la linea di trazione e la linea di base.
H. angolo tra il bordo d’uscita e la linea di base ( nei profili curvi a circa il 20 per cento dalla line di base.)

Dopo avere disegnato gli schemi di tutti i flowform nella stessa scala , ho potuto raffrontare le loro caratteristiche.
I flowform possono essere raggruppati in tre categorie : quelli basati sui progetti di Jim Rowlands, i flowform "Sutton" e quelli con bordo d’ uscita curvo.
Alcuni hanno caratteristiche comuni a più categorie.

Flowform basati sui progetti di Jim Rowlands
Questi flowform hanno una altezza del profilo alare piuttosto pronunciata, un andamento diritto del profilo verso il bordo d’ uscita e chiglie col bordo anteriore che forma un angolo diverso da 90 gradi con la base.
La distanza della sezione di massima altezza del profilo alare col bordo d’ entrata è anch’essa maggiore della norma.
Con venti forti l’ aquilone si può alzare troppo e l’ angolo d’ attacco diventare troppo piccolo : i flowform con una sola fila di punti di attacco delle briglie possono collassare a causa della pressione del vento sulla parte superiore delle bocche d’ entrata.
Con due file di punti di briglia l’ angolo di attacco può essere modificato per ridurre la tendenza a salire troppo con venti forti.
Nel mio flowform, fino ad ora non ho mai avuto problemi di collasso per la chiusura delle bocche d’ entrata.

Sutton flowform

I flowform con questo nome sono tutti formati da 4 celle e 3 chiglie.
L’ andamento del profilo alare superiore è curvo dal bordo d’ entrata a quello d’ uscita.
La massima altezza del profilo alare è posta vicino al bordo d’ entrata.
Il bordo anteriore delle chiglie forma un angolo di 90 gradi con la base ed i punti d’ attacco delle briglie sono disposti su di una sola fila.

Flowform con bordo d' uscita curvo.
Il bordo d' uscita curvo è ottenuto modificando la lunghezza dei setti che formano la sezione alare, tenendo più lunghi quelli esterni rispetto a quelli interni.

7. Consigli e suggerimenti

Una maggiore altezza del profilo alare causa una maggiore portanza.
Aumentando l' altezza del profilo alare si incremente la velocità dell' aria nella parte superiore, questo provoca una depressione maggiore e quindi una maggiore portanza dell' aquilone.
La posizione della sezione di massima altezza del profilo alare determina l' angolo di attacco.
I flowform di solito hanno un' altezza maggiore dei parfoils e per questo sono più adatti ai venti deboli.

Posizione della sezione di massima altezza del profilo alare.
L' altezza del profilo alare determina la portanza dell' aquilone e nella sezione di massima altezza si verifica la massima portanza.
Se questa sezione si trova vicino al bordo d' entrata l' aquilone volerà con un angolo di volo elevato ma, di conseguenza, il vento incontrerà l' aquilone con un angolo piccolo e lo porterà ad un volo instabile.
Se viceversa questa sezione si trova vicino al bordo d' uscita l' aquilone vola con un angolo basso e di conseguenza il vento colpisce l' aquilone con un angolo maggiore, questo provoca un tiro maggiore sul cavo di ritenuta.
Se l' angolo di volo è troppo basso, l' aquilone tende a sbandare ma non collassa.

Fori di sfiato
I fori di sfiato posti nella parte superiore ed inferiore dell' aquilone lavorano in ambedue le direzioni.
Influiscono sul flusso dell' aria attorno al profilo alare e ne modificano la portanza.
Per questa ragione i flowform hanno un tiro minore dei parfoil.
Questi fori aumentano le possibilità di volo dei flowform e li stabilizzano in venti instabili.

Posizione dei fori di sfiato.
Di solito i fori di sfiato hanno un diametro pari al 25 oer cento della larghezza della cella.
Sono disposti sulla superficie superiore dell' aquilone a formare una "V" con il vertice rivolto al bordo d' entrata e su quella inferiore col vertice rivolto al bordo d' uscita.
Le linee disposte a "V" che conguiungono i centri dei fori su ciascuna superficie sonodisposte in relazione alla forma dell' aquilone.
Le posizione dei fori posti sulla superfucie superiore sono correlate alla distanza del bordo d' entrata dipendentemente dal profilo alare.
La "V" congiungente i fori inizia a circa il 10 per cento della lunghezza della linea di base verso dalla parte del bordo d' entrata ed, in relazione al profilo del bordo d' uscita, termina ad una distanza da questo bordo che varia tra lo 0 ed il 20 per cento della lunghezza della linea base.
I flowform con quattro celle possono avere diametri di dimensioni uguali.

Lunghezza delle briglie
Io tengo la lunghezza delle briglie 2 - 2.5 volte la larghezza dell' aquilone ( o la distanza tra le briglie esterne ).
Se le briglie sono troppo corte, l' angolo di trazione può deformare l' aquilone.
Nello stesso modo setto la lunghezza delle briglie per gli aquiloni che hanno più linee di briglia.
Se la distanza tra le linee di briglia è grande, è necessario usare un cavo più lungo per unirle.

Flowforms con profilo a "molare"
I profili esterni sono più lunghi di quelli interni uniti al bordo d' uscita da una parte libera di tessuto.
Per questi flowform la sezione alare con altezza massima è spostata verso il bordo d' uscita ( Flowform della rivista Vlieger) favorendo il sollevamento di questa parte. Con profili alari così diversi il coefficiente di forma dell' aquilone viene ad essere modificato.
La larghezza minore consente un volo più stabile.

Come lanciare i grandi aquiloni "soffici"

Lanciare questo tipo di aquiloni, con dimensioni maggiori di 5 mq, è piuttosto difficile perchè le celle devono essere riempite d' aria per fargli prendere forma.
E' come nei palloni ad aria calda dove bisogna innanzi tutto fare entrare aria calda dall' apertura per gonfiarli.

Per un lancio agevole , io innanzi tutto fisso l' aquilone ad un' ancora con una prima parte del cavo, poi faccio gonfiare le celle e lo lancio.
Infine do' ulteriore cavo all' aquilone per portarlo in quota.

Incremento della velocità del flusso d' aria.
Se la velocità del flusso d' aria che scorre attorno al profilo alare aumenta a causa della maggiore velocità del vento o per una maggiore altezza del profilo, la capacità di sollevamento si incrementa.
L' aquilone avrà un angolo di volo più grande ed un angolo di attacco minore.
La pressione dell' aria sulla parte superiore del bordo d' entrata aumenta fino a provocare il collasso dell' apertura frontale.
In questo caso l' aquilone precipiterà senza possibilità di recupero.
Per scongiurare questa eventualità , in caso di vento forte l' angolo d' attacco deve essere aumentato ( p.e. accorciando le briglie posteriori o caricando il bordo d' uscita).

Un angolo di trazione troppo grande causa instabilità.
Se l' angolo di trazione non è corretto , incrementando la velocità dell' aria l' aquilone volerà in modo instabile avendo un piccolo angolo d' attacco.
Per aumentarlo le briglie posteriori dell' aquilone devono essere accorciate o deve essere caricato il bordo d' uscita.

Carico del bordo d' uscita

La sagoma del profilo alare causa una trazione verso l' alto maggiore in corrispondenza del bordo d' entrata piuttosto che nella parte posteriore.
Se la trazione in queata zona è troppo grande un peso posto sul bordo d' uscita può stabilizzare l' aquilone.
Questo peso può essere costituito da una coda o simili.

Cucitura degli aquiloni soffici.
E' consigliabile eseguire tutte le cuciture iniziando dal bordo d' entrata verso quello d' uscita anche se è più semplice lavorare nell' altra direzuine.
Tutte le imprecisioni si portano verso il bordo d' uscita e spariscono chiudendolo, meglio se utilizzando una fettuccia di chiusura.
Comporre le chiglie unendo più pezzi aiuta a distribuire meglio la trazione nelle fibre del tessuto:
Le cuciture suno di rinforzo e prevengono la deformazione del tessuto.

Ingrandire e rimpicciolire gli aquiloni soffici.
Thomas Michael Rudolph mi ha detto che non è possibile scalare gli aquiloni soffici in tutti i modi.
Il problema sta tra la forza di sollevamento e la stabilità che sono antagonisti.
Con maggiore forza di sollevamento che dipende da una altezza di profilo maggiore, c'è meno stabilità.
Chiglie più grandi non portano ad una maggiore stabilità.

La fisica degli aquiloni.

Physics about kites
Nella rivista 'Fang den Wind' No. 33/4.95 Thomas Michael Rudolph pubblica ulteriori informazioni sul volo degli aquiloni.

In the magazine 'Fang den Wind' No. 33/4.95 Thomas Michael Rudolph published some physical informations about kite flying.

8. Bibliografia

(Libri)

(Riviste)

(Internet)