Come vola un aereo?

 

Le forze

In volo le forze che si riscontrano sono quattro e interagiscono tra di loro a coppie.

La portanza che si oppone al peso, la trazione che si oppone alla resistenza.

 

Portanza

Questa forza è sviluppata dall'ala sopra una certa velocità relativa (avendo sempre come riferimento la velocità dl vento) ed è diretta verso l’alto. Questa è la forza che si oppone alla forza di gravità e al peso dell’aereo.

 

Funzionamento delle ali

-         Leggi di circolazione dell’aria

-         Teorema di Bernoulli

Le ali sostengono l’aereo deflettendo l’aria verso il basso.

 

Angolo di incidenza

L’angolo di incidenza non riguarda l’inclinazione del muso rispetto l’orizzonte, ma è l’angolo con cui l’ala incontra il flusso d’aria…

In poche parole è la differenza tra la direzione in cui punta l’ala e quella in cui va.

 

Modifica della quantità di portanza

La portanza può essere regolata mediante due fattori:

-         velocità

-         angolo d’incidenza

Se la velocità è bassa, per deflettere l’aria si dovrà usare un angolo d’incidenza ampio, stesso discorso se la velocità è alta, allora si dovrà usare un angolo d’incidenza più piccolo.

Se la velocità è molto bassa l’angolo d’incidenza sarà maggiormente ampio, ma c’è da fare attenzione perché se quest’angolo sarà troppo accentuato l’aria non riuscirà a scorrere più sulla superficie dell’ala, in questo caso quindi, si avrà un angolo critico d’incidenza che provocherà lo stallo.

Per aumentare la portanza si possono estendere i flap che ampliano la superficie dell’ala deflettendone un maggiore volume, i flap causano anche aumento della resistenza.

 

Peso

Il peso è la forza che si oppone alla portanza, ovvero la spinta verso il basso causata dalla forza di gravità.

Per consentire all’aereo di volare, le ali devono sviluppare sufficiente portanza da controbilanciare il peso.

Il “peso reale” dell’aereo può cambiare solo con l’esaurimento del carburante, ma si verificano anche variazioni di peso o della “gravità apparente” misurate in forza G causate da manovre in volo.

Una virata ad es. di 60° causa una forza di 2G e al pilota sembrerà di pesare il doppio.

Compensazione dell’accelerazione di gravità

Nell’effettuare delle manovre è necessario modificare la portanza per compensare le variazioni di gravità.

Ad es. in una virata con elevato "banco" è necessario alzare il muso per mantenere invariata l’altezza, aumentando l’angolo d’incidenza, e dare più spinta al motore dato che dall'aumento dell'angolo di incidenza ne consegue un aumento della resistenza.

 

"Blackout" e “visione rossa”

Sono gli effetti collaterali derivanti rispettivamente da sovraccarico di elevati G positivi e G negativi da parte del pilota. Per G si intente la forza di gravità che varia a causa di determinate e particolari manovre in volo.

 

G positivi

Salite veloci e forti inclinazioni causano accelerazioni di gravità che spingono verso il fondo dell’aereo.

Se l’accelerazione è forte succede che il flusso del sangue nel cervello diminuisce riducendo il campo visivo fino a un black-out dove il pilota può perdere conoscenza.

 

G negativi

Al contrario forti discese o particolari manovre creano un’accelerazione verso la parte alta dell’aereo, che può provocare nausea, mal di testa, un disturbo della vista causato dal troppo afflusso di sangue agli occhi, noto come “vista rossa”, e la perdita di conoscenza.

Spesso si ha più difficoltà a sopportare i G negativi di G positivi.

 

Trazione

La trazione viene effettuata dall’elica che "tira" in avanti l'aereo, ed è quella forza che si oppone alla resistenza.

L’elica, che in tutti i monomotori è destrorsa (ruota verso destra), provoca, quando la potenza aumenta, un imbardata nella direzione opposta, e questo movimento si accentua perché il flusso a spirale dell’elica va a scontrarsi con la parte sinistra della deriva.

Resistenza

La resitenza va scomposta in quattro tipi:

-         resistenza d’attrito

-         resistenza indotta

-         resitenza di profilo

-         resistenza totale

 

Resistenza d'attrito

Quando si parla di resistenza d’attrito non è corretto dire che è solo l’attrito che l’aria fa incontrando la superficie dell’ala.

Quando l’aria incontra l’ala forma sulla superficie uno strato limite di circa 2 mm dove altri numerosissimi strati d’aria fanno attrito tra di loro.

Il primo strato, resta perfettamente aderente sull’ala ma il secondo strato, scorre sul primo ad una velocità poco inferiore a quella dell’ala.

Il terzo strato, scorre sul secondo ad una velocità poco inferiore a quella di quest’ultimo e così via con gli altri strati.

Questo attrito tra l’aria nello strato limite forma appunto la resistenza d’attrito.

 

Resistenza indotta

La resistenza indotta è provocata principalmente dalla differenza di pressione tra dorso e ventre dell’ala e diminuisce all’aumentare della velocità.

La depressione presente sul dorso fa si che, quando l’aria incontra l’ala sul ventre dove c’è alta pressione, tende a portarsi verso le estremità alari per passare sul dorso dove la pressione è minore.

Questo fenomeno provoca dei vortici che causano la cosiddetta turbolenza di scia, motivo di molti incidenti aerei in aeroporti.

Vortici che, in assenza di vento tendono, quando lasciano l’ala, a scendere di quota ad una velocità di circa 400/500 piedi al minuto, di aumentare di diametro e di allontanarsi l’uno dall’altro ad una velocità di 5 nodi.

I vortici più pericolosi sono in decollo e in atterraggio, e se in presenza di vento traverso, il vortice contro vento tende a stazionare sulla pista.

Per questo negli aeroporti, dopo che un aereo di grosse dimensioni e peso ha usato la pista, si richiede ad aerei leggeri, di attendere qualche minuto per far dissolvere questa turbolenza prima di riusare la pista.

 

Resistenza di profilo

E’ causata appunto dalla sezione maestra esposta al vento relativo, e aumenta all’aumentare della velocità.

 

Resistenza totale

E’ la somma tra la resistenza indotta e la resistenza di profilo.