Il tipo di aletta cambia quanto in fretta la freccia si raddrizza in volo

La sintesi di oggi

Che siano le alette a raddrizzare la freccia è misurato bene, e che il tipo di aletta cambi quanto in fretta lo fanno lo trovano tre laboratori diversi. Nel 2011, nel Regno Unito, la stessa freccia tirata da una macchina con alette più grandi del 24 per cento oscilla con un periodo più corto del 12 per cento e si smorza prima. In galleria del vento a sospensione magnetica, dove la freccia è tenuta in aria da campi magnetici e non da sostegni, la portanza e il momento che la riallinea crescono in proporzione all'inclinazione, e il centro di pressione cade pochi centimetri davanti all'impennaggio: quasi tutta la forza di richiamo viene da lì. Nella stessa galleria le Spin Wing danno più portanza e più momento delle Gas Pro, in proporzione alla superficie, e raddrizzano la freccia più in fretta; passando da alette diritte piccole a grandi la frequenza dell'oscillazione sale da 4 a 5,3 hertz. Il confronto più largo, otto alette commerciali e trentadue prototipi, trova che l'aletta più diffusa al mondo riporta la freccia da quarantacinque gradi di inclinazione a zero in 0,934 secondi contro 1,283 di un'aletta media, e che le alette che fanno girare di più la freccia non sono quelle che la raddrizzano prima. L'evidenza resta però limitata: quasi tutte le prove vengono dallo stesso programma di galleria, nessuna ha una statistica sulle differenze fra alette, le prove fuori dalla galleria sono due, e nessuno ha ancora messo due alette diverse sullo stesso bersaglio e contato i punti.

Formulata anche come: le alette raddrizzano la freccia; alette grandi o piccole; quanto conta il tipo di aletta; un'aletta stabilizza prima di un'altra; a cosa servono le alette

Evidenze

• 2011
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Frecce da gara X10 e A/C/E con alette Spin Wing nella galleria a sospensione magnetica da 60 cm della JAXA, incidenza imposta fra meno tre e più tre gradi: la portanza cresce in proporzione all'angolo d'attacco e la producono soprattutto le alette, e appena la freccia si inclina nasce un momento di beccheggio di segno stabilizzante, anch'esso proporzionale all'angolo. La pendenza di quel momento è minore per la X10, quindi l'asta più tozza A/C/E risulta più stabile. L'allungamento dell'asta cambia resistenza e momento ma non la portanza. Nessun arciere e nessun bersaglio.

  A10 Aerodynamic Properties of an Archery Arrow : JAXA's 60cm MSBS Experiments · Yuta Komori, Keita Mukaiyama, Takeshi Miyazaki, Hiroki Sugiura

• 2011
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Dardo da balestra provato con tre forme di punta, in volo libero con lanciatore ad aria compressa e due telecamere ad alta velocità e nella galleria a sospensione magnetica: a numero di Reynolds 0,8 per 10 alla sesta la portanza cresce e il momento di beccheggio decresce in modo lineare con l'incidenza, cioè sono le alette a generare il momento che riporta la freccia in asse, e l'effetto della forma della punta su portanza e momento è trascurabile. Non è una freccia da arco, ma la geometria è la stessa.

  Aerodynamic properties of an arrow: Influence of point shape on the boundary layer transition · Keita Mukaiyama, Kazuhiko Suzuki, Takeshi Miyazaki, Hideo Sawada

• 2011
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  La stessa freccia, una Protour 470, tirata da una macchina da tiro con due alette diverse, l'assetto in volo ricostruito sugli strappi nella carta e confrontato con un modello: con le Titeflight, di superficie maggiore del 24 per cento rispetto alle X vane, il periodo dell'oscillazione è più corto del 12 per cento (19,4 metri, cioè 0,25 secondi, contro 21,8 metri, 0,28 secondi), l'ampiezza è minore e lo smorzamento più rapido, anche un po' più di quanto prevede il calcolo. Senza alette la freccia resta stabile ma oscilla con un periodo di circa 80 metri, e a 15 metri si pianta 4,5 centimetri a destra di quella impennata, contro i 4,4 previsti.

  Arrow behaviour in free flight · J L Park

• 2012
  Contesto Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Freccia Easton A/C/E in galleria del vento: il coefficiente di portanza cresce con l'angolo d'attacco con pendenza di circa 0,69 per grado e quello del momento di beccheggio con pendenza di circa meno 0,31 per grado, a numero di Reynolds 1,1 per 10 alla quarta, entrambi indipendenti dalla forma della punta. Il centro di portanza cade circa 30 cm dietro il centro di massa, cioè circa 3 cm davanti alle alette: sono loro a fornire quasi tutta la forza che raddrizza la freccia. Spiega il meccanismo, non confronta alette.

  Aerodynamic properties of an archery arrow · Takeshi Miyazaki, Keita Mukaiyama, Yuta Komori, Kyouhei Okawa, Satoshi Taguchi, Hiroki Sugiura

• 2013
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Frecce Easton A/C/E provate con due alette diverse in volo libero e nella galleria a sospensione magnetica: con le Gas Pro la freccia non ruotava e lo strato d'aria restava laminare fino al massimo numero di Reynolds provato, con un coefficiente di resistenza intorno al valore laminare di 1,6, mentre con le Spin Wing ruotava e lo strato passava a turbolento. La soglia di angolo d'attacco oltre la quale il passaggio avviene è di circa 0,6 gradi con le Spin Wing e un po' più alta con le Gas Pro, uguale per punta ogivale e affusolata. È il primo confronto diretto fra due alette commerciali, da un solo banco.

  Free Flight and Wind Tunnel Measurements of the Drag Exerted on an Archery Arrow · K. Okawa, Y. Komori, T. Miyazaki, S. Taguchi, H. Sugiura

• 2014
  Contesto Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Prove statiche su un modello di freccia con e senza alette e con alette a diversi angoli, in un atto di convegno con criteri editoriali dubbi: con le alette portanza e momento di beccheggio cambiano di molto, e cambiando l'angolo delle alette cambia di molto la portanza, ma l'articolo non dà valori numerici e non misura il raddrizzamento in volo. Conferma che sono le alette a dare stabilità, senza confrontare tipi diversi.

  Experimental Hydro- and Aerodynamics Research on Arrow Sede dubbia · Xiao An Long

• 2015
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Frecce A/C/E con Spin Wing e Gas Pro, galleria a sospensione magnetica, volo libero con lanciatore ad aria e calcolo numerico: in volo a numero di Reynolds 1,5 per 10 alla quarta le Spin Wing tengono l'incidenza più piccola e la fanno oscillare più in fretta, e la pendenza del momento di beccheggio è maggiore con loro, cioè stabilizzano meglio; la simulazione su 70 m va nello stesso senso a tutte le velocità. Sono invece le Gas Pro a fare girare più in fretta la freccia (parametro di rotazione 0,039 contro 0,029). Nel calcolo dello scostamento verticale a 70 m lo scostamento scende al crescere della pendenza del momento di richiamo e al calare di quella della portanza, cioè l'aletta buona per la precisione è quella che genera poca portanza e molto richiamo. Va in direzione opposta al confronto del 2013 su quale aletta sia la migliore.

  The relation between the boundary layer transition and the attitude of archery arrow · T. Matsumoto, R. Ando, J. Ortiz, T. Miyazaki, S. Taguchi

• 2016
  Contesto Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Frecce A/C/E con alette Spin Wing e Gas Pro nella galleria a sospensione magnetica della JAXA, angolo variato fra meno tre e più tre gradi: portanza e momento di beccheggio restano proporzionali all'angolo e la pendenza non dipende quasi dal numero di Reynolds, tanto che per i calcoli sono stati usati i valori a 7,7 per 10 alla terza per entrambe le alette. Lo smorzamento proprio dell'oscillazione risulta trascurabile, dell'ordine di 10 alla meno sei. Stesso programma di prove del lavoro del 2015, quindi non è una conferma indipendente.

  The boundary layer transition and the attitude of archery allow · Takamasa Matsumoto, Ryu Ando, Takeshi Miyazaki, Satoshi Taguchi, Hiroki Sugiura

• 2017
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Frecce A/C/E con alette Spin Wing e Gas Pro nella galleria a sospensione magnetica, a numero di Reynolds 7,7 per 10 alla terza: le pendenze di portanza e momento di beccheggio valgono 40,2 e 16,2 per radiante con le Spin Wing, 29,6 e 11,1 con le Gas Pro, in un rapporto (0,74 e 0,69) vicino a quello delle superfici delle due alette (0,75). Nella simulazione su 70 metri la freccia con le Spin Wing oscilla a 3,95 hertz contro 3,28 e smorza l'oscillazione a 0,92 contro 0,68 al secondo: l'aletta più grande la raddrizza più in fretta.

  Indeterminacy of drag exerted on an arrow in free flight: arrow attitude and laminar-turbulent transition · T Miyazaki, T Matsumoto, R Ando, J Ortiz, H Sugiura

• 2018
  Contesto Modello Pubblicata dopo

  Simulazione del volo di una freccia A/C/E su 70 m, con i parametri aerodinamici presi dalle misure di galleria: con vento laterale di 3 m/s l'angolo d'attacco massimo è di 3,0 gradi, oscilla a 3,59 hertz e si smorza a 0,87 al secondo per effetto delle alette, con l'oscillazione più marcata nei primi venti metri, cioè nei primi quattro decimi di secondo. Il tasso di smorzamento non cambia con l'intensità del vento laterale. È un calcolo, non una misura nuova.

  Trajectory and attitude of an archery arrow in free flight:: estimation of the influence of the background wind. · Julio Ortiz, Masato Ando, Takeshi Miyazaki

• 2019
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Modello di freccia da 100 mm rilasciato da 45 gradi d'incidenza in galleria del vento a 20 m/s, otto alette commerciali e trentadue prototipi. Tempo per tornare a zero più o meno il cinque per cento: 0,934 s con l'aletta più diffusa al mondo contro 1,283 s di un'aletta commerciale media. Le alette senza passo in punta perdono giri quando l'oscillazione si è smorzata (37,31 giri al secondo durante l'oscillazione contro 24,75 a regime, meno 33,7 per cento; con il passo in punta 42,74 contro 34,97, meno 18,2 per cento), perché l'angolo d'attacco delle alette torna a zero. Fra i prototipi, quasi tutti più grandi delle alette commerciali, le superfici più ampie si stabilizzano prima, e la tendenza fra giri e tempo di stabilizzazione è inversa. Le trentadue alette con la sola texture superficiale, senza curvatura, non mostrano differenze nette fra texture e in sette casi su trentadue non ruotano o non convergono affatto. Nessun test statistico, sede regionale, e 20 m/s sono circa un terzo della velocità reale della freccia.

  A consideration on the relationship between the vain shape and the rotation and vibration of shaft of Archery · Takanori Hirano

• 2019
  A favore Revisione Pubblicata dopo

  Rassegna sugli effetti dell'atmosfera sul tiro di precisione: il contributo principale al comportamento della freccia in volo viene dalla portanza delle alette, che agiscono con un braccio di leva molto più lungo di quello della resistenza, e il periodo di oscillazione in beccheggio e imbardata calcolato su questa base combacia con quello misurato, come il tasso con cui l'ampiezza si smorza. Dà la ragione fisica, non un confronto fra alette.

  The impact of the atmosphere on target archery · James L Park

• 2020
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Frecce A/C/E 1206 con alette diritte Easton Diamond da 175 e da 280, galleria a sospensione magnetica a numero di Reynolds 1,0 per 10 alla quarta, volo libero a 55 m al chiuso con un sensore inerziale dentro l'asta e simulazione tarata sulle misure: passando dalle piccole alle grandi il coefficiente legato alla portanza va da 39,1 a 62,1 per radiante (circa il 60 per cento in più) e quello del momento di beccheggio da 18,8 a 33,9 (circa l'80 per cento in più). Con velocità iniziale di 56 m/s la freccia oscilla a 5,3 hertz invece di 4 e l'angolo d'attacco massimo scende da 0,36 a 0,27 gradi. Nelle simulazioni, con il momento di beccheggio portato vicino a zero l'oscillazione quasi scompare e l'angolo d'attacco supera i tre gradi, dieci volte i valori reali. È la misura più quantitativa del legame fra dimensione dell'aletta e velocità di raddrizzamento, sempre senza arcieri.

  Experimental and Computational Study of Archery Arrows Fletched with Straight Vanes · Julio Ortiz, Atsushi Serino, Toshinari Hasegawa, Takahito Onoguchi, Hiroki Maemukai, Takeshi Miyazaki, Hiroki Sugiura

• 2020
  A favore Prove sull'attrezzatura Pubblicata dopo

  Frecce di legno tirate da un arco di olmo da 48 libbre fissato su un dispositivo meccanico, velocità a 1 e a 6 metri: delle due frecce senza impennaggio una si rompe al primo impatto e l'altra dà una sola misura valida, la più veloce all'uscita di tutte (44,93 metri al secondo) ma con un volo così instabile che la prova viene interrotta, e perde il 12,70 per cento dell'energia in 5 metri, più della freccia con l'impennaggio più grande. Gli autori notano anche che un impennaggio piccolo raddrizza la freccia meno in fretta di uno grande. Non misura l'assetto, e non c'è statistica inferenziale.

  The important role of bow choice and arrow fletching in projectile experimentation. A ballistic approach · Christian Lepers, Veerle Rots

Storia dello stato

1. 2011 Riportato Le prime misure arrivano da due laboratori. In galleria del vento a sospensione magnetica la portanza cresce in proporzione all'angolo d'attacco e la producono quasi solo le alette, che generano un momento che riallinea la freccia al flusso. Nel Regno Unito, la stessa freccia tirata da una macchina con due alette diverse risponde alla domanda in modo diretto: con alette più grandi del 24 per cento il periodo dell'oscillazione si accorcia del 12 per cento e lo smorzamento è più rapido. È un solo confronto fra alette, su due modelli, quindi l'evidenza a favore c'è ed è limitata: riportato.
2. 2012 Riportato Si misura da dove nasce la forza che raddrizza la freccia, non ancora la differenza fra alette: il centro di pressione cade pochi centimetri davanti all'impennaggio, quindi sono le alette a fornire quasi tutta la forza di richiamo, e il momento che riallinea l'asta cresce in proporzione all'inclinazione. Sulla domanda, cioè se un'aletta raddrizzi più in fretta di un'altra, non c'è ancora evidenza, e lo stato resta dov'era.
3. 2013 Riportato Il primo confronto fra due alette in galleria: con le Gas Pro la freccia non ruota e tiene lo strato d'aria attaccato fino alla velocità massima provata, e serve un angolo d'attacco maggiore che con le Spin Wing per perderlo. Le due alette non si comportano allo stesso modo, ma la prova guarda la rotazione e lo strato limite, non la velocità del raddrizzamento, quindi lo stato resta dov'era.
4. 2014 Riportato Un atto di convegno con criteri editoriali dubbi trova, in prove statiche, che con le alette portanza e momento cambiano di molto e che l'angolo delle alette cambia molto la portanza, senza valori numerici e senza misurare il raddrizzamento in volo. Conferma il ruolo delle alette ma non confronta tipi diversi, e una sede dubbia non sposta lo stato.
5. 2015 Riportato Arriva il secondo confronto diretto sulla velocità del raddrizzamento, da un laboratorio diverso da quello del 2011: nella galleria a sospensione magnetica le Spin Wing tengono l'incidenza più piccola e la fanno oscillare più in fretta delle Gas Pro, e la simulazione su settanta metri va nello stesso senso; il calcolo indica anche che l'aletta buona per la precisione genera poca portanza e molto momento di richiamo. Due laboratori vanno ora nella stessa direzione, ma il confronto del 2011 riguarda due sole alette e quello di galleria esce dal gruppo che firma quasi tutte le altre prove, senza una statistica sulle differenze: l'evidenza resta limitata e lo stato resta riportato.
6. 2016 Riportato Portanza e momento di beccheggio crescono in proporzione all'angolo d'attacco, con una pendenza che non cambia con la velocità della freccia: è il meccanismo con cui l'aletta la raddrizza, valido in tutto l'intervallo di velocità di gara. Spiega il come e non aggiunge un confronto fra alette, quindi lo stato tiene.
7. 2017 Riportato Lo stesso filone di galleria misura le due alette commerciali una accanto all'altra: le Spin Wing danno più portanza e più momento di richiamo delle Gas Pro, in proporzione alla loro superficie, e nella simulazione oscillano a 3,95 invece di 3,28 hertz e smorzano l'oscillazione più in fretta. Va nella direzione del 2015 e scioglie il dubbio lasciato dal confronto del 2013, che guardava la rotazione e non il raddrizzamento. È però lo stesso programma di prove del 2015 e del 2016, quindi non porta un laboratorio in più: lo stato resta riportato.
8. 2018 Riportato Un calcolo mette un numero sullo smorzamento dovuto alle alette, 0,87 al secondo con vento laterale, e trova che non dipende da quanto vento c'è. È una simulazione tarata su misure di galleria, quindi lascia lo stato dov'era.
9. 2019 Riportato Arriva il confronto largo: otto alette commerciali e trentadue prototipi nella stessa galleria. L'aletta più diffusa al mondo riporta la freccia da quarantacinque gradi di inclinazione a zero in 0,934 secondi contro 1,283 di un'aletta commerciale media; le alette senza passo in punta perdono un terzo dei giri quando l'oscillazione si è smorzata; le alette di superficie più ampia si stabilizzano prima, e quelle che fanno girare di più la freccia non sono quelle che la raddrizzano prima. Fra le trentadue con la sola texture superficiale, senza curvatura, una su quattro non ruota o non si stabilizza affatto. Una rassegna dello stesso anno aggiunge il meccanismo: conta la portanza delle alette, che lavorano con un braccio di leva molto più lungo di quello della resistenza. Molte prove concordi, una sola galleria, nessun arciere: resta riportato.
10. 2020 Riportato La misura si fa quantitativa: passando da alette diritte piccole a grandi la portanza cresce di circa il sessanta per cento e il momento di beccheggio di circa l'ottanta, la freccia oscilla a 5,3 invece di 4 hertz e l'inclinazione massima scende da 0,36 a 0,27 gradi. Dal Belgio arriva il caso limite: una freccia di legno senza impennaggio, tirata a macchina, vola così instabile che la prova viene interrotta, e gli autori notano che un impennaggio piccolo raddrizza la freccia meno in fretta di uno grande. Tre laboratori vanno ora nella stessa direzione, ma nessuna di queste prove ha una statistica sulle differenze fra alette, le prove fuori dalla galleria sono due e la seconda non misura l'assetto, e su arcieri non c'è niente: lo stato resta riportato.

Collegamenti

Articoli correlati

• Fishtailing e porpoising: cosa dice il volo della frecciaLa freccia scodinzola di lato o ondeggia su e giù? Cosa causa fishtailing e porpoising, quale correggere per primo e come confermarlo col bare shaft test.
• Il paradosso dell'arciere: la fisica della freccia che si piegaPerché a pieno allungo la freccia punta di lato e arriva al centro: come si flette e supera il riser nei primi venti millesimi di secondo, e come lo spine la accorda all'arco.
• Quanto frena l'aria una freccia, e che cosa cambia davvero la resistenzaQuanta velocità perde la freccia in volo, quanto pesano asta, alette e punta sulla resistenza dell'aria e che cosa ne arriva davvero al bersaglio.

Filoni di ricerca

• 32 studiAerodinamica della freccia: resistenza, strato limite, alette
• 29 studiIl paradosso dell'arciere nella ricerca: dal 1987 a oggi

Altre affermazioni di questo dominio

• CorroboratoAll'uscita dall'arco la freccia si flette e aggira il riser invece di partire dritta19 studi · 47 arcieri misuratiStato dal 2012
• CorroboratoLungo il volo la freccia perde una parte apprezzabile della velocità con cui è partita12 studiStato dal 2011
• RiportatoA settanta metri la freccia di un arciere d'élite arriva in poco più di un secondo, a una media fra cinquanta e sessanta metri al secondo3 studi · 59 arcieri misuratiStato dal 2005
• RiportatoA spine vicino, un'asta in alluminio pesa più di una in carbonio2 studiStato dal 2019
• RiportatoAnche un arco semplice lancia la freccia più veloce di quanto un propulsore lanci il suo dardo1 studioStato dal 1988

Vedi tutte le affermazioni su attrezzatura e messa a punto