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come aumentare l'efficienza di un'ala
nome
come aumentare l'efficienza di un'ala
descrizione
articolo base sui concetti di aerodinamica, portanza e deportanza
autori
annina motta, antonella ponti, clarissa steiner, Dario Colombo, debby viganò, jessica alberti, Maria Fumagalli, Michele De Angelis, ottorino piccinato, piero bertè, russel davidson
come sempre premettiamo che questa pagina è stata redatta con lo scopo di illustrare i principi generali che regolano le leggi dell'aerodinamica, e l'efficienza delle ali in modo discorsivo e non scientifico

prima di affrontare l'argomento ti invitiamo a leggere queste tre pagine:

- l'effetto venturi

- la forma aerodinamica per ottenere informazioni utili alla comprensione di questa pagina

- perché un aereo vola
la forma gialla rappresentata qui sopra è un'ottima forma aerodinamica perché permette all'oggetto di avanzare (verso sinistra) senza vortici e con flussi regolari

ora ci interessa che, sempre per una miglior comprensione di questa pagina, tu dia un'occhiata alla nostra pagina che spiega il tubo di venturi e che tratta, per sommi capi, le differenze di pressione che un fluido dove subire mentre attraversa un tubo a sezione variabile

in pratica avviene che, contrariamente a quanto si potrebbe immaginare, la pressione diminuisce lungo la strozzatura, mentre invece aumenta la velocità: non a caso questo principio viene chiamato viene chiamato paradosso idrodinamico, perché sembra andare contro ogni senso logico comune
dove la sezione del tubo è maggiore abbiamo una pressione maggiore (+p) e una velocità inferiore (-v) rispetto alla strozzatura in cui la pressione scende (-p) e la velocità aumenta (+v)

torniamo alla nostra forma ad ala, che d'ora in poi chiameremo "ala", ripresentandoti i due nostri cari amici; sono i due mosquito pino e gino

per noi saranno semplicemente pino e gino e verranno rappresentati come due cerchietti/puntini neri

ultima premessa: ricorda sempre che, per semplicità di rappresentazione, consideriamo che siano i flussi d'aria a muoversi attorno l'oggetto, mentre invece è quest'ultimo che si sta avanzando all'interno del fluido (guarda la freccia rossa) come se fossimo all'interno di una galleria del vento in cui l'oggetto sta fermo e l'ara si muove
come evidenziato nell'immagine sopra, la forma a goccia o ad ala è la migliore

se poi aggiungiamo velocità e asimmetria del profilo alare (a>b) otteniamo una spinta verso l'alto dovuta alla differenza di pressione tra la zona sopra l'ala e quella sotto l'ala, come abbiamo detto nell'articolo "perché un aereo vola"

nella prossima immagine ti proponiamo un'ala leggermente inclinata verso l'alto, cioè con il bordo d'attacco (la parte frontale) più alta del bordo d'uscita (il profilo appuntito della coda)
ricordiamo che pino e gino devono trovarsi nella stessa posizione dopo il passaggio dell'ala

in questo caso l'ala viene spinta verso l'alto sia dalla forma asimmetrica (freccia a) sia dal fatto che l'aria colpisce l'ala nella parte inferiore, generando una spinta verso l'alto (freccia b): la spinta verso l'alto è maggiore di quano l'ala è in posizione orizzontale

però si verifica una controindicazione: dietro all'oggetto si crea una sorta di "vuoto" che "aspira" l'ala all'indietro (freccia rossa tratteggiata) rallentando l'ala

qualora questo rallentamento risultasse eccessivo, la velocità scenderebbe al punto da non garantire il sostentamento dell'ala: questa particolare situazione viene detta "stallo"

si tratta quindi di un momento particolare in cui, se non vi fosse un immediato aumento di velocità (esempio: spinta dei motori in avanti) l'aereo potrebbe precipitare perché vengono a mancare velocità e differenza di pressione

ma se siamo in fase di decollo e la velocità non può essere aumentata (perché le piste non sono lunghe all'infinito) come possiamo aumentare la spinta verso l'alto?

un sistema che ci aiuta è la presenza di appendici aerodinamiche posteriori chiamate ipersostentatori, o anche flap; queste appendici aumentano la spinta in alto per tre motivi principali
1- la superficie alare aumenta

2- l'angolo dei flap è molto accentuato rispetto all'orizzontale

3- vi è un sottilissimo passaggio d'aria nel punto tra ala e flap (il flusso blu centrale): cioè i flap sono leggermente distaccati dal bordo di uscita dell'ala e quindi, essendoci una forte strozzatura, l'aria aumenta la propria velocità creano una depressione, cioè una forte spinta in direzione delle frecce bianche (è la traiettoria di gino)
(vedi figura sotto)
quindi, grazie a questi accorgimenti, l'aereo può decollare anche a velocità relativamente basse

poiché queste appendici non sono fisse ma mobili, il pilota le ritrae una volta che l'aereo ha preso quota, altrimenti queste frenerebbero l'avanzamento dell'aereo (vedi figura sotto)
ciò avviene perché abbiamo visto che un oggetto aerodinamico, per essere tale, non deve presentare superfici sporgenti che creano vortici e quindi diminuzione di velocità: ecco il motivo per cui, nella figura sopra, ad un aumento delle frecce bianche corrisponde un aumento delle frecce rosse tratteggiate che corrispondono, appunto, alla tendenza dell'ala a ridurre la propria velocità

quindi è tutta una questione di equilibri e di compromessi: velocità, forme dell'ala, frazionamento dell'ala, angoli, ecc...

certamente hai notato anche la presenza del mosquito dino, il nuovo compare, che segue una traiettoria decisamente anomala lungo il profilo inferiore dell'ala: prima o poi si ricongiunge con pino e gino, anche se nella realtà ciò avviene a distanze molto superiori a quelle rappresentate in figura (si tratta sempre di schemi esemplificativi volti a semplificare il più possibile dei principi che semplici non sono)

infatti voliamo soltanto da poco più di un secolo e lo stesso leonardo, ineguagliabile scienziato geniale e intuitivo, non c'è mai riuscito
figura sopra: e allora, se la soluzione dei flap, fissi o mobile, funziona, è normale pensare di aggiungerne altri

abbiamo il mosquito vino che percorre traiettorie sempre più "improbabili": dietro al flap più basso viene coinvolto in vortici talmente forti da renderlo ubriaco (da qui il nome vino); questi vortici aumentano l'effetto di portanza, cioè la spinta verso l'alto, ma creano anche forti rallentamenti (frecce rosse tratteggiate) che impongono grandi spinte in avanti da parte dei motori

se pensi agli aerei della prima guerra mondiale ti vengono in mente i bellissimi biplani, e anche triplani, a elica, come il fokker del barone rosso

il biplano/triplano è così disegnato per aumentare l'effetto portante; l'aumento però non è il doppio ma circa il 20-30% in più, sufficiente comunque a far decollare un aereo con poca potenza
nel nostro schema qui sotto abbiamo introdotto delle protagoniste femminili, fabiana, miriana e doriana, che replicano le traiettorie dei colleghi in una seconda ala in mod da ottenere un biplano

in realtà è possibile che tra un'ala e l'altra si creino dei vortici difficilmente inseribili in uno schema come questo, ma all'atto pratico ciò non è rilevante
e ci fermiamo qui

se desideri approfondire l'argomento, ma al contrario, vai alla pagina "ali e alettoni in formula 1" per capire come una vettura da competizione sia un aereo capovolto perché non deve volare ma stare molto attaccata all'asfalto

nessun animale è stato maltrattato durante la produzione di questo articolo: tutti i mosquito godono tuttora di ottima salute