Caratteristiche dei PROFILI ALARI

GEOMETRIA

• Bordo d’attacco: il punto geometricamente più avanzato del profilo;
• Bordo d’uscita: il punto geometricamente più arretrato del profilo;
• Corda: la linea retta che unisce il bordo d’attacco con il bordo d’uscita;
• Extradosso (Dorso): la linea che delimita superiormente il profilo;
• Intradosso (Ventre): la linea che delimita inferiormente il profilo;
• Linea curvatura media: la linea che unisce i punti equidistanti tra dorso e ventre;
• Spessore: la distanza tra dorso e ventre misurata perpendicolarmente alla corda o alla linea di inarcamento medio;
• Freccia (Massima curvatura): distanza tra linea media e corda misurata perpendicolarmente alla corda;
• Angolo d’attacco geometrico (Incidenza geometrica): angolo formato dalla corda con la direzione della corrente indisturbata;
• Linea di portanza nulla: linea lungo la quale è investito il profilo senza generare portanza;
• Angolo di portanza nulla: angolo formato tra la corda e la direzione di portanza nulla;
• Incidenza aerodinamica: angolo formato dalla linea di portanza nulla con la direzione della corrente indisturbata;
• Centro di pressione: punto in cui possiamo immaginare applicata la risultante delle forze aerodinamiche; al variare dell’angolo d’attacco, varia la posizione del centro di pressione.

Andamento portanzaAll’aumentare dell’incidenza la portanza aumenta in maniera lineare, fino allo stallo (portanza nulla) ed il centro di pressione si sposta in avanti.
TIPI

• Biconvesso simmetrico: l’angolo di portanza nulla è 0°, possiede portanza e resistenza modesti, con piccoli spessori è impiegato in aerei a reazione, acrobatici (hanno le stesse caratteristiche nel volo rovescio) e nei piani di coda;
• Biconvesso asimmetrico: garantisce una bassa resistenza ed una portanza media, utilizzato nella maggior parte degli aerei;
• Piano convesso: tipo di profilo non ottimale, ma economico, impiegato nei veleggiatori da volo libero ed in alcuni aerei da turismo.
• Concavo convesso: sia l’intradosso che l’estradosso hanno la parte centrale della curvatura più in alto rispetto ai punti di ingresso e di uscita. Possiede portanza alta, è utilizzato in alcuni ultraleggeri e con grossi spessori in aerei lenti;
• Autostabile: l’argomento verrà approfondito in un articolo futuro. Viene impiegato negli aerei tutt’ala.
• Laminari: il massimo spessore del profilo viene spostamento verso il bordo di uscita, in modo che il flusso laminare si mantenga su una parte rilevante della corda; entro un intervallo dell’angolo di incidenza la resistenza è bassa.

LA PORTANZA in soldoni

La portanza è la forza, generata dalle ali, che è in grado di sollevare e di far mantenere in volo l’aereo, superando ed eguagliando la forza peso.
Simboli
α = Angolo incidenza geometrica = angolo formato dalla corda alare e la direzione della corrente fluida
Corda alare = segmento immaginario che unisce il bordo d’attacco al bordo d’uscita di un profilo alare
ρ = densità dell’aria
S = superficie alare
V = Velocità
Cp = Coefficiente di portanza (dipende dal profilo alare e dall’angolo d’incidenza)
Leggi fisiche
Continuità
La portata di un fluido incomprimibile attraverso un tubo di sezione variabile resta costante. Significa se il condotto si stringe la velocità del fluido aumenta.
Principio di Bernoulli
Esprime la legge di conservazione dell’energia, argomento trattato nell’articolo ANCE per strumenti a fiato
Spiegazione
Come si evince dalla figura sotto, la vena fluida che scorre sul dorso, è costretta a passare attraverso sezioni decrescenti; questo provoca l’accelerazione della corrente (legge di continuità).Se il profilo possiede un angolo d’incidenza, la velocità della vena fluida sul dorso aumenta ulteriormente, mentre la corrente sul ventre diminuisce, in pratica sull’estradosso l’aria scorre più velocemente rispetto all’intradosso.A questo punto subentra il principio di Bernoulli, che, nel rispetto della legge di conservazione dell’energia, ad un aumento di velocità fa corrispondere una diminuzione di pressione e viceversa.
In conclusione l’ala risulta in depressione sul dorso ed in pressione sul ventre.Facendo la sommatoria delle forze complessive che si creano sull’ala si ottiene la PORTANZA.Il valore totale della portanza è pari a circa 1/3 sul ventre e di 2/3 sul dorso, in pratica il velivolo viene prevalentemente risucchiato verso l’alto.
La sua direzione è sempre ortogonale a quella del moto.
Formula Portanza
P = ½ ρ S V² Cp

WINGLET o Alette d’estremità

Profilo alare

• Bordo d’attacco: il punto geometricamente più avanzato del profilo
• Bordo d’uscita: il punto geometricamente più arretrato del profilo
• Corda: la linea retta che unisce il bordo d’attacco con il bordo d’uscita
• Estradosso (dorso): la linea che delimita superiormente il profilo
• Infradosso (ventre): la linea che delimita inferiormente il profilo

Resistenza indotta
In un’ala affinché ci sia portanza, l’aria che scorre lungo il ventre (superficie inferiore) deve avere una pressione maggiore dell’aria che scorre lungo il dorso (superficie superiore).
La conseguenza di questo fatto è che il fluido tende a muoversi dal ventre al dorso dell’ala.
Questa rotazione genera un flusso d’aria che va dalla radice all’estremità alare sul ventre, viceversa sul dorso, questo scorrimento va a sommarsi al flusso d’aria che scorre dal bordo d’entrata a quello d’uscita.
Più si è vicini all’estremità alare e più questo flusso incrociato è evidente: morale si generano i vortici d’estremità.
Questa turbolenza produce un aumento di resistenza che viene chiamata resistenza indotta

Ri  = ½ Cri V² ρ S
Cri =Cp²/πλ
λ    = L/lm

Ri  = resistenza indotta
V   = velocità relativa
ρ    = densità
Cri = coefficiente di resistenza indotta
Cp = coefficiente di portanza
λ = allungamento
L = apertura alare
lm = corda media
La resistenza indotta è tanto più pronunciata tanto più grande è la portanza (depressioni e pressioni elevate esaltano il moto dal ventre al dorso) e tanto minore se l’allungamento è alto; infatti se l’ala ha una grande apertura alare ed è stretta, la portanza diminuisce gradatamente dalla radice all’estremità alare e genererà dei vortici di piccola intensità.WINGLET
Alcuni uccelli hanno le estremità alari con le remiganti (lunghe e robuste penne inserite a ventaglio all’estremità delle ali).Esse sono in grado di ridurre l’intensità dei vortici d’estremità, permettendo un volo più economico.
Prendendo spunto da questa soluzione sono stati progettati i winglet.
Le alette d’estremità sono un’estensione verticale o angolata dell’estremità alare; essa agiscono realizzando un’estensione virtuale dell’allungamento alare, ma senza di fatto accrescere l’apertura alare stessa.

Caratteristiche geometriche

• convergenza o piede (toe), svergolamento alla base della winglet, tra la corda e l’asse longitudinale del velivolo
• freccia (sweep)
• campanatura (cant), inclinazione dell’asse dell’aletta rispetto all’orizzonte

Vantaggi

• contenimento dell’apertura alare
• riduzione dei consumi del 2-3%, con conseguente aumento dei chilometri di autonomia o di incremento del carico trasportato
• riduzione della turbolenza di scia e di conseguenza della sicurezza dell’aereo
• riduzione di peso a parità di efficienza aerodinamica (Cp/Cr).

Svantaggi

• leggermente più pesante e più rigida della stessa ala sprovvista di essa
• progettazione e realizzazione è un po’ complessa
• costosa.

Tipi
Gli principali esemplari sono quelli in figura sotto.Facendo un confronto si evince che il tipo migliore è il blended + elliptica winglet

Figura