Alette dritte corte o lunghe sulla freccia: Ortiz 2020

Lo studio confronta due frecce identiche tranne che per le alette: tre alette dritte di plastica Easton Diamond in misura 175 (corte) o 280 (lunghe). In galleria del vento, a un numero di Reynolds di 12.000, il coefficiente di resistenza era 1,56 con le alette corte e 2,05 con quelle lunghe. In volo, un accelerometro inserito nell'asta ha misurato la decelerazione: in un lancio a 56,4 m/s, durato 1,04 secondi, la freccia ha perso circa l'8% della velocità. La decelerazione era in media di 0,65 g nei primi 0,40 secondi e di circa 0,30 g dopo 0,45 secondi, un calo che gli autori leggono come passaggio da strato limite turbolento a laminare, avvenuto quando l'angolo d'attacco calcolato era sceso sotto 0,3 gradi.

Nelle misure in volo il coefficiente di resistenza stava intorno a 1,35 con numeri di Reynolds sotto 18.000 e intorno a 2,45 sopra 18.500. Le alette lunghe danno più portanza e un momento stabilizzante più forte: nelle simulazioni l'angolo d'attacco massimo era 0,36 gradi con le corte e 0,27 con le lunghe, e l'oscillazione della freccia attorno alla traiettoria aveva una frequenza di 4 Hz contro 5,3 Hz. Gli autori concludono che le alette lunghe danno un volo più stabile.

Le frecce avevano asta Easton A/C/E 1206 della serie H/1000 (carbonio avvolto su un tubo di alluminio), punta a bulbo, lunghezza di 0,638 m e massa di 14,2 grammi con le alette corte e 15,3 con le lunghe. Il sensore (Logical Product LP-UUEC002, 1,37 grammi con supporti e batteria) stava nella parte anteriore dell'asta e registrava accelerazioni e velocità angolari a 200 Hz.

I lanci sono stati fatti in un campo coperto di 55 metri con un lanciatore ad aria compressa, a pressioni tra 4,5 e 7 MPa e velocità iniziali tra 48 e 57 m/s, con la ventilazione spenta; una telecamera veloce a 1 metro dal lanciatore misurava velocità e angolo di partenza. Le forze statiche sono state misurate nella galleria del vento a sospensione magnetica della JAXA (60 per 60 cm), che tiene la freccia sospesa senza supporti. Infine, con i valori di portanza e momento misurati, gli autori hanno simulato il volo trattando la freccia come un corpo rigido, senza flessione e senza vento.

La freccia è lanciata ad aria compressa, infilata sull'ugello del lanciatore, e gli autori stessi scrivono che così manca la flessione che si avrebbe con un arco ricurvo. Mancano quindi il paradosso dell'arciere, il rilascio e le oscillazioni della prima parte del volo, che con l'arco incidono proprio sull'angolo d'attacco da cui dipende la resistenza. Le alette sono dritte, mentre molti arcieri le montano con un po' di inclinazione o di elica, e il confronto con il tiro di un arciere d'élite (coefficiente 2,69 con alette curve) viene da un altro lavoro.

La transizione in volo è mostrata su un solo lancio, il numero totale di lanci non è indicato e l'angolo d'attacco che dovrebbe spiegarla è calcolato dal modello, non misurato. I valori di galleria riportati sono a numeri di Reynolds di 10.000 e 12.000, circa la metà di quello tipico di una freccia da ricurvo, che gli autori collocano da 20.000 in su. È un contributo di sei pagine a un congresso, con i dati riassunti nei grafici.

Per chi prepara le frecce il dato più concreto è il compromesso tra resistenza e stabilità: le alette più grandi frenano di più (coefficiente 2,05 contro 1,56 in galleria) ma riportano la freccia in asse con più forza e la fanno oscillare con angoli più piccoli. Lo studio aggiunge che la resistenza non è costante lungo il volo: dipende da quanto la freccia è allineata con la propria traiettoria, e una freccia che si allinea bene può passare durante il volo a un regime più scorrevole.

Non dice quale aletta scegliere, né quanto cambino la caduta o il punteggio a una distanza di gara: le prove sono senza arco e senza arciere, a velocità un po' più basse di quelle di un ricurvo d'élite, e le simulazioni trattano la freccia come rigida. Quello che se ne ricava resta qualitativo. È coerente con l'idea che una freccia che esce dall'arco con meno oscillazioni incontri meno resistenza, ma quanto pesi questo effetto su una freccia tirata con l'arco lo studio non lo misura.