Quando il paracadute frenante è la scelta giusta?

Quando il carico utile deve passare da una discesa ad alta velocità a una velocità di discesa stabile e controllata e non serve alcun controllo direzionale. Il sistema si apre rapidamente, stabilizza il carico e deriva con la massa d'aria circostante. Nella difesa, nell'aerospazio e nel recupero di UAV sono determinanti per portare a terra carichi, munizioni ed equipaggiamenti.

Che differenza c'è tra calotte emisferiche e rettangolari?

Le calotte emisferiche portano carichi molto elevati e offrono un alto rapporto tra resistenza e peso; il comportamento si regola con il richiamo dell'apice, l'apertura al vertice, la porosità e le fessurazioni. Le calotte rettangolari in genere si aprono più in fretta, oscillano meno e sfruttano meglio la superficie distesa, migliorando il coefficiente di resistenza effettivo.

Prodotto · decelerazione

Paracadute frenanti

Q: Come si riduce lo shock di apertura di un paracadute frenante?

Sia le calotte emisferiche sia quelle rettangolari possono essere dotate di funi di reefing o di slider che ritardano il gonfiaggio completo della velatura. Così si riducono i carichi dello shock di apertura, indispensabile quando si lavora vicino ai limiti massimi di carico. La progettazione deve però considerare la quota persa durante la fase di apertura ritardata.

Il paracadute frenante rallenta il carico utile da una discesa ad alta velocità fino a una velocità di discesa stabile e controllata, fino al suolo.

Disegno tecnico di una velatura frenante le cui funi convergono in un unico punto in basso

Che cosa fa il sistema

Nella difesa, nell'aerospazio e nel recupero di UAV i paracadute frenanti sono determinanti per portare a terra in sicurezza carichi, munizioni ed equipaggiamenti nelle condizioni operative più diverse.

A differenza dei paracadute direzionali o ad ala, i paracadute frenanti sono considerati sistemi non manovrabili: non hanno controllo direzionale. Il loro compito è aprirsi rapidamente, stabilizzare il carico utile e scendere in modo regolare derivando con la massa d'aria circostante.

Quattro calotte emisferiche verde oliva con carichi sospesi in discesa sopra un terreno collinare

Modalità di apertura

A seconda dei requisiti di missione, un paracadute frenante può essere aperto in più modi:

L'apertura attiva esiste nelle varianti pirotecnica, a molla e pneumatica.

Passiva: il paracadute viene liberato nel flusso d'aria e si gonfia per effetto del proprio peso non appena esce dalla sacca di spiegamento.
Attiva: la velatura viene estratta meccanicamente — mortaio balistico, espulsione a molla o pneumatica.
Assistita: un parafreno più piccolo estrae il paracadute principale e impone una sequenza di apertura costante. Nel recupero di UAV lo stesso ruolo di superficie resistente può essere svolto dal portello del vano.

Illustrazione: un UAV ad ala fissa lascia andare nella corrente d'aria una sacca di spiegamento appesa a un bridle — Apertura passiva

Illustrazione: sacca di spiegamento espulsa per via pirotecnica dal vano di un multirotore — Attiva · pirotecnica

Rendering di un multirotore verde oliva con una molla che spinge verso l'alto il pacco arancione del paracadute fuori dal corpo — Attiva · a molla

Illustrazione: aria compressa espelle la sacca di spiegamento dal vano di un multirotore — Attiva · pneumatica

Illustrazione: un proiettile sparato estrae la sacca di spiegamento da un multirotore con il portello aperto — Assistita · proiettile

Illustrazione: un piccolo pilotino estrattore tira fuori la sacca di spiegamento da un UAV ad ala fissa — Assistita · pilotino estrattore

Configurazioni principali: calotte emisferiche

I paracadute frenanti si classificano anzitutto per la forma della velatura, e ogni forma è ottimizzata per profili di missione specifici.

Le più diffuse sia in ambito militare sia in quello commerciale.
Elevato rapporto tra resistenza e peso, ideale per applicazioni con carichi molto alti.
Le esecuzioni comprendono calotte con linea centrale, disegni con apice richiamato (pull-down apex) e varie forme coniche (a cono singolo, biconica, triconica).
Il comportamento si regola agendo sul richiamo dell'apice, sulla dimensione dell'apertura al vertice, sulla porosità della velatura, sul taglio dei pannelli e sulle fessurazioni.
In genere si aprono più lentamente delle calotte rettangolari, il che può essere vantaggioso con carichi elevati.

Calotta emisferica bianca con apertura all'apice e una seconda velatura al suo interno, tenuta in piedi dal vento a terra

Calotta emisferica bianca gonfiata vista dal basso, con apertura circolare all'apice e funi convergenti su un cielo chiaro

Configurazioni principali: calotte rettangolari

Le calotte rettangolari in genere si aprono più rapidamente, hanno un rapporto migliore tra superficie proiettata e superficie distesa e oscillano meno — il che migliora ulteriormente il coefficiente di resistenza effettivo.

Sempre più diffuse per la loro migliore efficienza di resistenza.
Rapporto tra superficie proiettata e superficie della velatura più alto rispetto alle calotte emisferiche.
Stabilità pendolare superiore in discesa, che migliora ancora il Cd effettivo.
Si aprono tipicamente più in fretta delle calotte emisferiche — vantaggioso per una decelerazione rapida, ma con possibile aumento dello shock di apertura.

Velatura rettangolare bianca gonfiata a terra, trattenuta da una persona su un prato

Velatura quadrata bianca completamente gonfiata vista dal basso su un cielo azzurro, con le funi che escono verso destra

Controllo dell'apertura

Sia i paracadute frenanti a calotta emisferica sia quelli rettangolari possono essere dotati di funi di reefing o di slider che ritardano il gonfiaggio completo della velatura. Così si riducono i carichi dello shock di apertura, condizione indispensabile quando si lavora vicino ai limiti massimi di carico. La progettazione deve però tenere conto della perdita di quota durante la fase di apertura ritardata.

Velatura bianca a struttura cellulare gonfiata in un parcheggio, dietro una seconda velatura più piccola

Slider in tre versioni: una croce di fettuccia con occhielli e due slider in tessuto viola

Piccolo slider in tessuto viola con una croce di fettuccia e occhielli metallici attraverso i quali passano le funi

Altre forme speciali

Meno comuni, ma preziose per applicazioni di nicchia nella difesa e nell'aerospazio, sono le soluzioni seguenti:

Paracadute a croce: stabili e semplici, adatti a determinate missioni di aviolancio di materiali.
Paracadute rotanti: generano una rotazione controllata per stabilizzare o disperdere il carico.
Annular parachute: velature ad anello con un profilo aerodinamico proprio.

Velatura bianca ad anello in piedi su un parcheggio con segnaletica orizzontale, con il centro aperto — Annular parachute

Grande paracadute quadrato bianco gonfiato su un prato con una persona accanto

I tipi di velatura in sintesi

Le tabelle di sintesi raggruppano i tipi di velatura in quattro famiglie: paracadute tessili a superficie piena, paracadute fessurati, paracadute rotanti e paracadute manovrabili (plananti). Per ogni tipo indicano pianta, profilo, valori caratteristici e applicazione tipica.

Fonte: Knacke, T.W. (1991). Parachute Recovery Systems Design Manual. U.S Army Natick Research, Development and Engineering Center.