Step 28 - La sintesi finale

 

Giunti alla fine del nostro blog, ripercorriamo quanto abbiamo visto in merito al nostro strumento.

L'orizzonte artificiale (Step 02) è uno strumento fondamentale per la navigazione aerea, inventato all'inizio del secolo scorso da Lawrence Sperry (Step 09), inventore e aviatore statunitense, figlio del noto inventore Elmer Ambrose Sperry. 

Come suggerisce il nome stesso dello strumento (Step 01), esso serve a fornire al pilota informazioni riguardo all'assetto del velivolo rispetto alla linea dell'orizzonte, rivelandosi fondamentale di notte e in condizioni di bassa visibilità. 

Dopo aver analizzato le parti da cui è costituito il nostro strumento (Step 03), ne abbiamo approfondito il principio fisico di funzionamento (Step 05), che si basa sulle proprietà fisiche del giroscopio, quali la rigidità giroscopica e la precessione. 

Come già detto, l'orizzonte artificiale è uno strumento fondamentale per il volo, perciò è importante conoscerne le modalità d'uso (Step 22) e le normative che lo riguardano (Step 23), le quali richiedono che a bordo di un velivolo sia sempre presente un orizzonte artificiale di riserva che sia operativo in caso di avaria del sistema elettrico. 

Per analizzare la storia dello strumento abbiamo ricercato alcuni brevetti che percorressero i vari miglioramenti implementati nel corso degli anni (Step 17); per quanto riguarda il ''presente'' dello strumento invece, sono state elencate quelle che attualmente sono le principali case di produzione di orizzonti artificiali (Step 11), che sono ovviamente industrie che operano nel settore dell'avionica (Step 04).

Abbiamo inoltre esaminato i numeri correlati allo strumento (Step 15), tra cui compaiono gli angoli di rollio e di beccheggio e l'anno di invenzione da parte di Sperry. 

La tassonomia (Step 14) dell'orizzonte artificiale ha contribuito a darne una visione complessiva, e per un'analisi ancora più generale, quest'ultimo è stato messo al centro di una mappa concettuale (Step 27). Per dare una nota creativa al blog abbiamo inoltre costruito un abbecedario con termini correlati allo strumento (Step 19).

Volendo entrare nello specifico invece, una visione più dettagliata si può avere considerando le viste esplose dello strumento (Step 16), mentre un'analisi più minuziosa ci ha fatto considerare i materiali con cui viene costruito, in particolare i materiali usati solitamente per la costruzione dei giroscopi (Step 08) e delle pompe a vuoto (Step 26), componenti fondamentali dello strumento.

Distaccandoci dagli aspetti più scientifici, abbiamo anche cercato la presenza dell'orizzonte artificiale all'interno della cultura, della storia, della società.

Non è stato difficile, ad esempio, trovare dei fumetti che facessero chiari riferimenti allo strumento (Step 21), probabilmente anche grazie alla notevole fama che riscosse, nei fumetti, il tema dell'aviazione durante il secolo scorso. 

Per quanto riguarda il cinema, sono numerosi i film con riferimenti al mondo degli aerei, uno fra tutti Sully, perciò anche in questo caso è stato possibile individuare lo strumento in ambito cinematografico (Step 12).

Inoltre, l'importanza dell'orizzonte artificiale e il suo aspetto peculiare (al centro dello strumento è presente una sagoma del velivolo, con la linea dell'orizzonte che divide l'azzurro del cielo dal marrone del terreno), lo rendono un simbolo molto comune per il mondo dell'aeronautica e dell'aviazione, come si deduce dalla sua presenza, ad esempio, nei crest di alcuni reparti militari (Step 06) e nei marchi di alcune aziende del settore avionico (Step 20).

In ambito letterario, abbiamo composto una bibliografia storica (Step 10), e poi abbiamo analizzato la presenza di alcuni termini relativi allo strumento all'interno della letteratura nel corso della storia, tramite il sito Ngram Viewer (Step 24).

Infine, siamo riusciti a trovare dei riferimenti all'orizzonte artificiale all'interno delle pubblicità (Step 13), dei francobolli (Step 18) e, non senza difficoltà, anche in ambito mitologico, affidandoci, in questo caso, agli Egizi (Step 07).

Ultimo, ma non per importanza, il post di carattere personale, all'interno del quale ho racchiuso i ricordi del passato, le attività della mia quotidianità e le speranze per il futuro (Step 25).

 

Step 27 - La mappa concettuale

Una mappa concettuale riguardante il nostro strumento  

Step 26 - La chimica e gli strumenti scientifici

 

La chimica e l'orizzonte artificiale 

Fondamentale per il funzionamento di un orizzonte artificiale di tipo pneumatico è la presenza di una pompa a vuoto capace di fornire un flusso d'aria che spingendo sulle palette del rotore consente al giroscopio di girare ad alta velocità. 

Relativamente alla tecnologia del vuoto, i materiali con cui si costruiscono le pompe a vuoto devono rispettare determinati requisiti; devono avere, ad esempio, una sufficiente resistenza meccanica nell'intervallo di temperatura operativa, un'elevata tenuta ai gas, bassa tensione di vapore intrinseca, buina resistenza agli shock termici, resistenza alla corrosione, ecc.

Molti metalli e leghe metalliche hanno un'elevata resistenza, sono facili da lavorare e pulire, resistenti alla temperatura e meno sensibili alle influenze meccaniche rispetto al vetro. La considerazione di aspetti economici, come il prezzo o la disponibilità del materiale, porta essenzialmente alla scelta di acciaio inossidabile, acciaio al carbonio e leghe di alluminio come materiali per componenti meccanici.

Gli acciai inossidabili sono caratterizzati da una maggior resistenza all'ossidazione e alla corrosione rispetto ai cosiddetti acciai al carbonio, ciò è dovuto alla quasi assenza di carbonio (<=0,07%), ed alla presenza del cromo nella lega, in grado di passivarsi, e cioè di ricoprirsi di uno strato sottile di ossidi che protegge superficialmente il metallo dall'azione dell'ossigeno e di agenti chimici esterni. L'acciaio inossidabile è il materiale preferito per la costruzione di camere o componenti nella tecnologia del vuoto, ha una resistenza sufficiente e può essere saldato in modo che sia a tenuta di vuoto. 

Acciaio inossidabile

L'acciaio al carbonio è utilizzato nella  tecnologia del vuoto purché si operi a pressioni non troppo elevate e non sia richiesta una protezione dalla corrosione. Rispetto all'acciaio inossidabile è un materiale da costruzione relativamente economico, che ha una buona saldabilità ed è facile da lavorare, tuttavia, quando si utilizza questo tipo di acciaio, è necessario tenere conto del continuo degassamento di monossido di carbonio (CO) e della tendenza a corrodersi.

Acciaio al carbonio

Infine l'alluminio è utilizzato principalmente come lega ma in casi speciali viene utilizzato anche come alluminio puro. Nella scelta del materiale  è necessario tenere in considerazione il ritiro e la porosità. Esso è utilizzato per la sua morbidezza, la usa leggerezza e la resistenza all'ossidazione.

Leghe di alluminio

Step 25 - Cose personali

 Nella foto ho riportato 3 oggetti che rappresentano la mia esperienza passata, presente e, si spera, futura. 

Sulla sinistra un orsacchiotto di legno che regge in mano un cuore con su scritto il mio nome, si tratta di un regalo che mi ha fatto mia madre quando ero piccolo, a cui sono molto affezionato e che ancora oggi conservo con affetto, in quanto memoria del mio passato.

Sotto di esso il mio portatile, oggetto che oramai fa parte della mia quotidianità essendo il mio principale strumento di studio, ma che non mi dispiace utilizzare anche per svagarmi.

Infine, sulla destra, il biglietto di un concerto a cui avrei dovuto assistere lo scorso giugno, ma che a causa della situazione attuale è stato annullato. Lo conservo come speranza, per il futuro, di poter vedere dal vivo l'artista in questione che, essendo statunitense, non è solito fare date in Italia.

Step 24 - Le parole nella storia

 Attraverso l'utilizzo del sito Ngram Viewer analizziamo la presenza di alcuni termini inerenti al nostro strumento all'interno della storia.

Partendo analizzando la presenza delle parole ''artificial horizon'' e ''attitude indicator'' notiamo come la prima sia già presente a partire da metà del diciottesimo secolo in quanto con orizzonte artificiale si indicava anche una parte del sestante, usato in nautica già nel 1700.

Il termine ''attitude indicator'' invece compare a partire da 1930 circa, in quanto con tale termine ci si riferisce esclusivamente allo strumento giroscopico usato in aeronautica esplorato all'interno del blog.

Analizzando poi le parole ''attitude indicator'' e ''avionics'', strettamente correlate, notiamo come la seconda sia ampiamente più utilizzata della prima, come prevedibile, e un evidente calo a partire dal 1990 in poi, forse dovuto ad un minore interesse rivolto all'innovazione avionica per la minore presenza di guerre rilevanti con un importante utilizzo di forze dei comparti aeronautici.

Ricercando le stesse parole in italiano notiamo un andamento pressoché uguale per quanto riguarda la parola ''avionica'', mentre per quanto riguarda la parola ''orizzonte artificiale'' notiamo un picco intorno al 1750, in cui fu probabilmente implementato sui sestanti e un altro picco all' inizio del '900 quado fu inventato l'orizzonte artificiale giroscopico per i velivoli.

Infine cercando ''Sperry corporation'', compagnia che per prima produsse l'orizzonte artificiale Sperry, notiamo come il picco di massima diffusione è intorno alla metà del secolo scorso, periodo in cui la compagnia ebbe grande fama per via della grande richiesta di materiale bellico durante la seconda Guerra mondiale e in cui la compagnia produsse la Ball turret e lo SPEEDAC.

Step 23 - La normativa

 Trovare documenti inerenti alle normative dell'orizzonte artificiale che non fossero a pagamento non è stato facile.

Tuttavia nel Regolamento Tecnico dell'ENAC si possono leggere alcune importanti norme inerenti all'orizzonte artificiale di riserva per gli elicotteri, il quale deve:

- assicurare un tempo minimo di funzionamento di 30 minuti o quanto occorre per raggiungere un sito di atterraggio alternato dopo l'avaria totale dell'impianto elettrico normale, tenendo conto degli altri carichi sull'alimentazione elettrica d'emergenza e le procedure operative;

- operare indipendentemente da qualunque altro sistema di indicazione dell'assetto;

- essere automaticamente operativo dopo l'avaria totale del sistema elettrico;

- essere illuminato appropriatamente durante tutte le fasi delle operazioni.

Step 22 - Un manuale d'uso

 La prima cosa da fare di fondamentale importanza al momento dell'accensione del velivolo è allineare l'asse verticale di questo con quello dell'orizzonte artificiale, tale operazione richiederà qualche minuto.

Dopodiché è necessario allineare l'indicatore del velivolo, presente al centro dello strumento, con la linea dell'orizzonte, tramite una manopola di aggiustamento, per evitare errori di parallasse.

Fatto ciò lo strumento è perfettamente operativo e il pilota se ne può servire ogniqualvolta ne avesse bisogno, specialmente in condizioni di volo con poca visibilità. Lo strumento, come già analizzato nei post precedenti, indica l'assetto del velivolo e consente di leggere gli angoli di beccheggio e rollio.

L'ampiezza dell'angolo di beccheggio si legge sulla scala al centro dello strumento, mentre l'ampiezza dell'angolo di rollio si legge sulla scala presente nel bordo dello strumento.

Step 21 - Nei fumetti

 L'orizzonte artificiale e i fumetti

Non è raro trovare riferimenti all'orizzonte artificiale nei fumetti, specialmente in quelli incentrati sul tema dell'aviazione, molto popolari nel secolo scorso.

Di seguito alcuni esempi in cui compare lo strumento disegnato:

Tailspin Tommy - How to Fly (1935)

Progetto di fumetto mai pubblicato

Di seguito alcuni esempi di fumetti in cui si fa riferimento all'orizzonte artificiale:

Webcomic Chicken Wings - Flying Level (11 nov 2014)

Frontline Combat #12 - F-86 SabreJet, EC Comics, (novembre 1952)

Ultimate Comics: Iron Man - Issue 3, Marvel Comics, 2012

Creepy #135: Yonder Star - Warren Publishing, Febbraio 1982

Ratchet & Clank - Vol.1, Settembre 2010

T.H.U.N.D.E.R. Agents 3 di 6 : NoMan' Dark Secret Revealed - DC Comics, Marzo 2012

Smilin' Jack  - Vol. 1, Issue 4, Dell Comics, Ottobre 1948

Our Army at War #12 - DC Comics, Luglio 1953

Step 20 - Il marchio

 L'orizzonte artificiale nei marchi

In molti loghi e marchi di aziende, soprattutto nell'ambito dell'avionica, sono presenti rimandi all'orizzonte artificiale, di seguito alcuni esempi:

Logo della Cannon Avionics;
al centro della C una bussola con i tipici colori dell'orizzonte artificiale

Logo della Glance Avionics;
tra le due parole un orizzonte artificiale stilizzato

Logo della Carpenter Avionics;
anche qui è presente il quadrante di un orizzonte artificiale

Logo della Leading Edge Avionics;
notiamo un orizzonte artificiale stilizzato, con le tipiche tacche che indicano il grado di beccheggio

NASA Dryden Research Center;
sullo sfondo distinguiamo un orizzonte artificiale

NASA Armstrong Flight Research Center;
sullo sfondo il quadrante dell'orizzonte artificiale con le caratteristiche tacche per misurare il grado di rollio e beccheggio

Step 19 - L'abbecedario

A = Avionica

B = Beccheggio

C = Criminologia

D = Disorientamento spaziale

E = Egizi

F = Flight (film) - min. 4.52

G = Giroscopio

H = Harold James, Doolittle (primo pilota a fare un volo strumentale nel 1929)

I = Indicatore di assetto

L = Leonardo da Vinci

M = Meccanismi erettori

N = Navigazione aerea

O = Organizzazione internazionale dell'aviazione civile

P = Precessione giroscopica

Q = Quadrante

R = Rollio

S = Sperry, Lawrence (inventore dell'orizzonte artificiale)

T = TruTrak Flight Systems (azienda che produce sistemi avionici)

U = U2 

V = Volo strumentale

Z = Zagros Airlines (compagnia aerea iraniana)

Step 18 - Il francobollo

L'orizzonte artificiale nei francobolli:

São Tomé e Prìncipe, ''British Airways Concorde Airliner Aircraft Cockpit'', (2014)

Si può notare in alto a destra un orizzonte artificiale

Mozambico, ''Barbara Harmer First Female Concorde Pilot'', (2013)

In alto a sinistra è presente un orizzonte artificiale

Maldive, ''Battle of Britain'', (1991) - anche al seguente link

Al centro del francobollo è visibile un orizzonte artificiale 

Sono inoltre presenti alcuni francobolli raffiguranti Lawrence Sperry, inventore dell'orizzonte artificiale:

U.S.A., ''Lawrence and Elmer Sperry, Aviation Pioneers'', (1985)

Sulla sinistra Lawrence Sperry con a fianco il padre, anch'egli noto inventore

Micronesia, ''Pioneers of Flight'', (1993) - anche al seguente link

Lawrence Sperry con sullo sfondo un Aerial Torpedo della Curtiss della WW1

Step 17 - I brevetti

 Il primo brevetto pubblicato per conto della Sperry Gyroscope Company che fa riferimento ad uno strumento come l'orizzonte artificiale di tipo giroscopico fu pubblicato il 23 novembre 1931 sotto il nome:

 ''Improvements relating to navigational instruments for aircraft''

anche consultabile su Google Patents

Come si legge nella descrizione del brevetto stesso: ''Un singolo elemento indicatore è collegato operativamente mediante mezzi come ingranaggi o un collegamento a un giroscopio montato universalmente e indica l'assetto di un aereo attorno agli assi sia trasversale che longitudinale mediante la sua posizione rispetto a un elemento fissato all'aereo.'', perciò si fa chiaramente riferimento ad un orizzonte artificiale di tipo giroscopico.

Nel brevetto pubblicato il 15 giugno 1933 sempre dalla Sperry Gyroscope Company troviamo un'importante implementazione all'interno dello strumento, in particolare per quanto concerne l'apparato giroscopico.

Il brevetto: ''Improvements relating to gyroscopic apparatus''

anche consultabile su Google Patents

Come si apprende dalla specifica del brevetto si tratta di una miglioria che prevede un meccanismo erettivo che fornisca un momento tale da contrapporsi direttamente all' inclinazione del giroscopio e senza causarne oscillazioni lungo la relativa inclinazione.

L'inclinazione dell'asse di un giroscopio è dovuta a un errore di precessione apparente, secondo cui la forza d'inerzia, dovuta alla rotazione terrestre e alla traiettoria del velivolo, tende a far discostare la verticale del giroscopio dalla verticale reale della forza di gravità.

Tale meccanismo erettivo consta di un momento erettivo, come già detto, generato da getti d'aria opposti.

Del 28 aprile 1936 è invece il brevetto, pubblicato anch'esso da parte della Sperry Gyroscope Company, che fa riferimento agli inventori Preston Bassett e Elmer Ambrose Sperry Jr, figlio del noto inventore Elmer Ambrose Sperry Sr..

In tale brevetto vengono apportate alcune importanti modifiche ai precedenti modelli di orizzonti artificiali.

Il brevetto in questione è il seguente: Attitude indicator for aircraft, 

anche consultabile su Google Patents

Come si legge nella descrizione del brevetto, i dispositivi proposti precedentemente avevano il difetto che le indicazioni dovevano essere in qualche modo interpretate dal pilota.

Obiettivo di tale invenzione era perciò quello di fare in modo che le indicazioni dello strumento non dovessero essere convertite nella mente nel pilota in termini della sua normale reazione in una situazione di volo con con piena visibilità.

Nei modelli precedenti era infatti la linea dell'orizzonte l'elemento mobile dello strumento e simulava i reali movimenti del vero orizzonte sia per quanto riguardava il rollio che per il beccheggio; nel modello presentato in questo brevetto era invece l'indicatore dell'aereo l'elemento mobile dello strumento, che simulava quindi i movimenti della porzione anteriore dell'aereo come osservati dal sedile del pilota, rendendo le indicazioni molto più intuitive.

Step 16 - Anatomie

 Diamo un occhio più da vicino all'orizzonte artificiale analizzando alcune viste esplose o interne dello strumento: 

Sul Manuale d'istruzioni del Girorizzonte Sperry troviamo le seguenti immagini:

Sul Manuale d'istruzioni dei girorizzonti Sperry, modelli AN5736 troviamo la seguente sezione aperta dello strumento:

Un'immagine fisica dell'oggetto al suo interno:

Parti interne di un orizzonte artificiale a vuoto

Orizzonte artificiale RC Allen 26AK-2

Infine sul post inerente allo step 5 è possibile trovare ulteriori informazioni riguardanti le parti interne di un orizzonte artificiale.