Alzi la mano chi non si sia mai chiesto, almeno una volta perchè un aereo vola. Quella di volare, fin dai tempi di Icaro, è sempre stata una delle sfide più ardite dell’essere umano, superata solo da quella dell’immortalità. Ciò che davvero rende un velivolo diverso da qualsiasi altro veicolo, sono i profili alari. Se eliminiamo i casi di razzi, palloni aerostatici e simili, che volano ma non sono direzionabili tramite comandi manuali, tutto ciò che vola e si mantiene in volo seguendo rotte, cambi di direzione orizzontali o verticali, è dotato di profili alari. In natura l’esempio più lampante è qyuello degli uccelli, da cui l’uomo ha preso ispirazione.
Il profilo alare.
Per capire il funzionamento di un profilo alare dobbiamo prima spiegare cos’è un “tubo di Venturi”. G.B. Venturi, fisico italiano vissuto a cavallo tra il ‘700 e l’800, scoprì per primo l’effetto idrodinamico. In base a questo principio la pressione, in una corrente fluida, aumenta al diminuire della velocità e viceversa. Ora, considerato che l’aria è un fluido, l’ala di un velivolo, costruita con un determinato profilo alare, a determinate velocità verrà sottoposta a questo principio, che ne provocherà l’abbassamento o l’innalzamento. Innanzitutto diciamo che esistono vari tipi di profilo alare: semplificando possiamo dire che vengono classificati in base alla concavità o convessità della loro forma. Guardando la figura è molto più semplice che spiegarlo a parole.
La portanza.
Prendiamo ad esempio il secondo profilo, che vediamo essere quello che crea portanza (“lift” in inglese). Dato per dimostrato, grazie agli esperimenti di Venturi, che la quantità di fluido, ovvero la portata, deve rimanere costante tra l’inizio e la fine del profilo, ne consegue che il flusso superiore (si parla di “filetto fluido”) avrà una velocità maggiore di quello inferiore. Infatti sul dorso (parte superiore) deve percorre una superficie più estesa rispetto al ventre (parte inferiore). E’ come se avessimo due auto che devono arrivare insieme allo stesso punto, ma seguendo due percorsi differenti, dei quali uno più lungo dell’altro. Chiaramente quella nel percorso più lungo dovrà correre di più per arrivare insieme all’altra. Per il principio di Venturi, dove c’è maggior velocità avremo minore pressione e viceversa. Guardando il nostro profilo alare, avremo quindi una depressione, o deportanza, sul dorso, e una pressione, o portanza sul ventre, che spingeranno il profilo verso l’alto.
La resistenza.
Sfortunatamente esiste un’altra forza, che conosciamo tutti meglio, la resistenza. Ovvero ogni corpo in movimento in un fluido, è sottoposto ad una forza contraria alla sua direzione di spostamento. L’intensità di questa forza dipende non solo dalla velocità, ma anche dalle caratteristiche fisiche del corpo stesso, ovvero dimensioni, massa e forma. Questo è il motivo per cui nella progettazione di corpi che devono muoversi in un fluido, si tengono in gran considerazione tutti questi parametri, e si parla di aerodinamicità del corpo, o del suo coefficiente aerodinamico (cx). Anche la progettazione del profilo alare deve rispondere a questi requisiti.
La forza aerodinamica.
Alla luce di quanto sopra, ne consegue che la forza che realmente sostenta un corpo con una velocità relativa rispetto ad un fluido, nel nostro caso il profilo alare e quindi l’aereo, è data dalla risultante di queste due forze: la portanza, diretta verso l’alto, e la resistenza, con direzione contraria a quella di spostamento del corpo stesso. Questa si chiama “forza aerodinamica” (nell’immagine seguente indicata con “R”). E’ interessante notare, riferendoci al profilo numero tre della precedente immagine, che è possibile creare anche una deportanza, ovvero una forza che spinga il corpo verso il basso, semplicemente invertendo la forma del profilo. A cosa serve ? Pensiamo alle macchine di Formula uno: necessitano di rimanere il più possibile “incollate” alla pista, specialmente quando affrontano curve ad altissime velocità, che tenderebbero a farle “volare via” a causa della forza centrifuga. La deportanza aiuta a tenerle il più possibile aderenti contrastando in parte proprio la forza centrifuga. Possiamo avere un esempio di forza aerodinamica quando mettiamo la nostra mano fuori dal finestrino di un’auto in corsa (alzi la mano chi non l’ha mai fatto…) : la mano posizionata di taglio orizzontalmente, sarà sottoposta a questa forza, che se notate non sarà esattamente verticale verso l’alto, ma tende diagonalmente verso l’alto ma anche verso il retro, cioè in direzione contraria a quella del movimento dell’auto.
