Feb 092018
 

Da sempre l’uomo ha desiderato di poter volare, ma la natura non lo ha fornito degli strumenti adatti a compiere questa azione. Dallo studio, però, dei volatili, dalle loro caratteristiche e dalla loro conformazione, ha cercato di carpire i segreti che consentono a questi esseri di librarsi e di spostarsi in aria. Oggi, dopo decenni di sperimentazione e tentativi, l’uomo vola liberamente da una parte all’altra del mondo attraverso degli strumenti, miracoli di ingegneria, che si chiamano aerei.

Ma com’è possibile volare? In realtà, si tratta di un fenomeno puramente fisico, ed una volta compreso il segreto di come questo avviene, riuscire a realizzarlo è diventato relativamente semplice, anzi ci si è spinti oltre realizzando aerei più grandi e veloci (vedi Il Gigante dei Cieli: AIRBUS A380), pieni zeppi di tecnologie e comfort.

LA PORTANZA

Il prodigio del volo, è possibile grazie ad un fenomeno fisico chiamato Portanza. Si definisce come “la spinta perpendicolare alla direzione del moto che si produce per effetto del flusso dell’aria intorno all’ala“. Questo fenomeno, sostiene in aria, i grandi aerei ma allo stesso modo anche gli alianti o gli uccelli.

Il segreto sta nella differenza di pressione tra la parte superiore e quella inferiore dell’ala, ma questo è solo un aspetto del fenomeno che consente agli aerei di restare in aria. L’altro aspetto importante, è l’angolo di inclinazione. L’ala, infatti, deve risultare inclinata verso l’alto di un angolo chiamato angolo di attacco per poter creare una sufficiente portanza in grado di far superare all’aereo la forza di gravità. La dimensione di quest’angolo deve essere studiata attentamente in modo da massimizzare la portanza e rendere massima la differenza di velocità dell’aria tra la faccia superiore e quella inferiore dell’ala.

L’AEREO E LE SUE ALI

E’ proprio la sagoma dell’ala che, fa in modo (come si vede dalle figure precedenti) che l’aria scorra più velocemente su una superficie (superiore) rispetto che sull’altra (inferiore). Anzi, le curve di flusso nella parte superiore, sempre a causa della forma, tendono a schiacciarsi una vicino all’altra. Quindi data la maggiore distanza da compiere, l’aria nella parte superiore è costretta ad accelerare. Aumentando la velocità, cala la pressione. Al contrario, nella parte inferiore, l’aria passa più lentamente  e la pressione aumenta.

Per un principio della fisica, se sulla faccia superiore dell’ala, chiamata dorso, la pressione dell’aria è minore che in quella inferiore chiamata ventre, la forza risultante crea un effetto di risucchio verso l’alto, che aumentando, supera l’intensità della forza di gravità, consentendo all’aereo di librarsi in aria e mantenersi in volo.

Durante un volo, sono 4 le forze che agiscono sul velivolo. La portanza, ossia il risucchio verso l’alto dovuto alla differenza di pressione sull’ala che, compensa le forze che trascinerebbero l’aereo verso il basso cioè il suo peso e la forza di gravità. E poi, la forza motrice o trazione, ossia la spinta data dai motori che deve compensare l’attrito o resistenza causato dall’aria che impatta sulla superficie dell’aereo.

Una volta superate le fasi iniziali, durante quello che viene chiamato volo orizzontale, le forze debbono essere a due a due uguali. La forza motrice dovrà essere uguale all’attrito, mentre la portanza dovrà essere uguale al peso. Se la spinta dei motori aumenta, l’aereo accelera, se la portanza cresce, l’aereo sale di quota.

Bisogna comunque tener presente anche un altro fattore, la rarefazione dell’aria. Infatti, salendo di quota, l’aereo incontra aria sempre più rarefatta, con conseguente diminuzione dell’attrito. Questo lo porta, a parità di spinta, ad accelerare ma è anche costretto a mantenere questa maggiore velocità per compensare la perdita di portanza che lo costringerebbe inevitabilmente a perdere quota.

La portanza che entra in gioco durante tutto il volo, dipende da due fattori chiave: da un lato la velocità dell’aereo rispetto all’aria e dall’altro dalla conformazione e inclinazione dell’ala.

Ma la velocità dell’aereo cambia durante tutte le fasi del volo, quindi bisognerà adattare l’ala a questi differenti momenti.

Schema parti mobili dell’ala

Per questo è dotata di tutta una serie di parti mobili come gli slat e i flap o ipersostentatori che alle estremità anteriori o bordo d’attacco e posteriori o bordo di uscita o di fuga, cambiano alla bisogna il profilo alare e la sua superficie in modo da consentire all’aereo di adattarsi a tutte le situazioni del volo.

Ala con parti mobili chiuse ed estese

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