Pilotaggio

Il mistero del volo

Com'è possibile il volo?
L'aquilone fa parte dei “mezzi più pesanti dell'aria”. I tecnici parlano di “Aerodina”: significa che per volare ha bisogno di un flusso di aria in movimento (le mongolfiere, al contrario si chiamano “Aerostati”). Spiegato così, il concetto è ancora piuttosto oscuro: per fare chiarezza proveremo a seguire un un approccio più “magico” che scientifico, servendoci di un esperimento fisico senza entrare troppo nei dettagli.
Procuratevi un foglio: va bene qualunque tipo di carta, purchè sia rettangolare e non stropicciato; per comodità e per evitare lunghe ricerche potete prenderne in prestito uno dalla vostra stampante.
Appoggiate il bordo del foglio al vostro labbro inferiore e provate a soffiare con forza: noterete che la parte libera del foglio tenderà a sollevarsi. Fin qui la magia: se il procedimento non vi è chiaro o non avete voglia di soffiare (pigri!), osservate l'animazione qui a destra: ci sono voluti due giorni per crearla, quindi saranno graditi i vostri apprezzamenti! :-)

Scherzi a parte, che diavolo è successo? La spiegazione non ha niente di magico: nel XVIII secolo il signor Daniel Bernoulli, matematico e fisico svizzero autore di importanti studi sull'idrodinamica, si accorse di un fatto strano: più un fluido si muove velocemente, minore è la sua pressione (detta Pressione Dinamica).

Ecco spiegato il fenomeno: l'aria è un fluido e, quando è ferma, la sua pressione è uniforme quindi il foglio penzola nel vuoto secondo la Legge di Newton (che, ci pare giusto ricordarlo, stabilisce che tutto tende a cadere a terra, soprattutto le mele).
Soffiando, l'aria che si trova sulla faccia superiore del foglio inizia a moversi e la sua pressione diminuisce. Sulla faccia inferiore, invece, l'aria è rimasta ferma e la sua pressione è invariata (la carta ha impedito alla nostra fiatata di passare dall'altra parte). A questo punto è logico che l'aria che si trova nei punti in cui la pressione è maggiore (la parte sotto al foglio) inizierà a “spingere” in direzione dei punti in cui la pressione è più bassa, cioè verso l'alto. Quando questa spinta è sufficiente a vincere il Peso del foglio, ecco che questo si solleva: abbiamo creato una forza chiamata Portanza; il foglio si è trasformato in una Superficie Portante, in grado, cioè, di sviluppare portanza.

Gli aquiloni e gli aeroplani sfruttano lo stesso principio, solo che l'aria scorre su entrambe le facce delle superfici portanti. In questo caso si fa in modo che la velocità dell'aria rispetto alle ali (o alla vela) sia differente sulle superfici superiore ed inferiore. Questo si ottiene, sugli aerei, dando alle ali il caratteristico profilo, piatto (o quasi) sulla superficie inferiore e bombato su quella superiore.
Negli aquiloni, specialmente quelli della famiglia del Parafoil, la vela gonfiata dal vento assume un profilo alare e si comporta come un'ala a tutti gli effetti.

L'immagine qui sopra raffigura un profilo alare: il flusso d'aria, prima di investire l'ala, si muove di moto “laminare”: significa che le particelle che ad esso appartenenti vanno tutte nella stessa direzione. In pratica è possibile rappresentare il flusso attraverso le “lamine” (o “filetti”) che lo compongono: sono le linee azzurre che potete vedere nella stessa immagine.
L'aria che passa sulla parte superiore dell'ala deve percorrere una distanza maggiore rispetto a quello che finisce sulla parte inferiore, ma impiegando lo stesso tempo: è quindi “obbligata” ad accelerare, diminuendo la sua pressione dinamica: sappiamo già qual'è la conseguenza...
In prossimità del bordo d'uscita si crea una zona di turbolenza: sono i cosiddetti “scarichi”. Se un'altra ala o vela viene a trovarsi al suo interno, perde efficacia perchè la corrente d'aria che la raggiunge non è uniforme: si dice che il moto del fluido (nel nostro caso l'aria, ma vale lo stesso per l'acqua) non è più laminare ma “turbolento”.
Se la turbolenza iniziasse a formarsi molto prima del bordo d'uscita, l'ala smetterebbe di funzionare, entrando in “Stallo”.

Lo stallo avviene di solito quando la velocità dell'aria è insufficiente a generare la portanza o quando l'ala viene a trovarsi troppo inclinata rispetto alla direzione del vento (condizioni di eccessiva cabrata): in seguito al suo verificarsi, l'aeroplano inizia a perdere quota ed è difficilmente manovrabile; l'aquilone, invece, sfrutta la portanza per sostentarsi solo quando si trova quasi sulla verticale del pilota: in tutte le altre posizioni si trova in stallo!

Perchè gli aquiloni volano?
In molti aquiloni statici, la forza di sollevamento è generata più dalla spinta del vento sulla superficie inferiore della vela che dalla portanza vera e propria (non mancano, ovviamente, le eccezioni, come il già citato Parafoil): la regolazione delle briglie e del punto di aggancio del cavo di traino permettono di far assumere almodello l'angolo di attacco giusto.
Aquiloni del genere sono, il più delle volte, instabili: per questo motivo si utilizzano le code, che funzionano come dei timoni, o si ricorre ad altri sistemi di stabilizzazione, come l'aumento del diedro (aquiloni Eddy e Delta) o la realizzazione di cellule (Conyne e Tetraedro di Bell).

Per maggiori informazioni, vi invitiamo a consultare la pagina che parla delle briglie, nella sezione Consigli.

A titolo di curiosità, citiamo altre applicazioni del fenomeno descritto in questa pagina:

• Nautica: la randa delle barche a vela non è altro che una superficie portante disposta in verticale. In questo caso il vento non produce una forza di sollevamento, ma fa avanzare l'imbarcazione;

• Automobilismo: si usano le cosiddette “superfici deportanti”, note anche come Spoiler o Alettoni. Si tratta di vere e proprie ali “rovesciate”: la portanza non solleva la vettura ma tende a spingerla verso il suolo, aumentandone l'aderenza e la tenuta di strada;

• Aeronautica: le pale delle eliche e delle turbine hanno un profilo alare. In questo caso non è l'aria che le spinge: sono loro a muoverla con la loro rotazione ma l'effetto è sempre il medesimo.
  
  
  

Questa pagina non ha alcuna pretesa di spiegare nei particolari la teoria dell'aerodinamica: chi fosse interessato alle dimostrazioni o desiderasse informazioni più dettagliate, può facilmente trovarle sui manuali di Fisica, al capitolo Idrodinamica/Meccanica dei fluidi.

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