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.

RESISTENZA AERODINAMICA

Simboli
kg  = kg massa
ρ   = densità (kg/m³)
δ     = spessore strato limite
V     = velocità (m/s)
x     = distanza lungo la superficie
μ     = coefficiente di viscosità dinamica o assoluta (N*s/m²)
S     = Superficie
Cr   = Coefficiente di resistenza aerodinamica
Cra = Coefficiente di resistenza d’attrito
Crf = Coefficiente di resistenza di forma
INTRODUZIONE
Filetti fluidi
Masse di fluido di piccolissima sezione che scorrono gli uni sugli altri.
Vena fluida
Insieme di infiniti filetti fluidi che scorrono all’interno di un tubo di flusso.
Tubo di flusso
Superficie tubolare che non viene attraversata dal fluido.
Strato limite
Consideriamo una superficie piana su cui scorre, parallelamente ad essa dell’aria. Per effetto dell’attrito si forma a contatto con la lastra un sottile strato, dove la velocità dell’aria varia da 0 al suo valore reale.
Questo spiega la presenza di polvere sulle superfici dell’auto.
Al di fuori dello strato limite il l’aria è considerata non viscosa (priva di attrito).
I fattori che influenzano lo strato limite sono la:

• Densità, ρ> → δ>
• Velocità, V> → δ<
• Distanza lungo la superficie, x> → δ>
• Viscosità, μ> → δ>

Il moto del fluido segue le seguenti fasi:

1. Laminare
   I filetti fluidi scorrono paralleli tra loro. Questo comporta:
   • piccolo spessore dello strato limite
   • basse velocità ed energia vicino alla superficie
   • graduale variazione della velocità
   • basso attrito superficiale
   • scarsa capacità di ritardare la separazione della vena fluida dall’oggetto
2. Transizione
   Man mano che l’aria procede sulla superficie perde energia, i filetti fluidi esercitano tra loro un’azione frenante, a causa delle forze tangenziali variabili provocate dall’attrito. Il tutto provoca una rotazione del flusso d’aria.
3. Turbolento
   Infine si produce un moto intricato dell’aria, con notevole scambio di energia. Questo comporta:
   • alto spessore dello strato limite
   • alte velocità ed energia vicino alla superficie
   • alta variazione della velocità vicino alla superficie
   • alto attrito superficiale
   • buona capacità di ritardare la separazione della vena fluida dall’oggetto

Numero di Reynolds
Il numero adimensionale di Reynolds determina il tipo di moto in un fluido: flusso laminare o turbolento.L = lunghezza caratteristica (nel caso dell’ala è la corda media alare)
Fisicamente è il rapporto tra le forze che spingono in avanti il fluido Fi (d’inerzia) e quelle che tendono a rallentarlo Fa (viscose o attrito).   
coefficiente di resistenza di una sfera in funzione del numero di Reynolds

• Re< → attrito>
• Re> → attrito< (ma c’è comunque resistenza)

Se si conduce un’esperienza aerodinamica allo stesso numero di Reynolds su oggetti geometricamente simili, ma di scala diversa, si ottengono le medesime forze viscose e d’inerzia.
Le gallerie aerodinamiche sono una applicazione della similitudine aerodinamica del numero di Reynolds.
Resistenza d’ATTRITO
Da quanto si evince dall’argomento trattato precedentemente, essa è dovuta all’attrito per forze viscose dello strato limite.
Resistenza di FORMA o SCIA o PRESSIONE
Lastra piana verticaleLe linee di flusso a monte si  separano in due flussi e quando superano la piastra vengono risucchiate, con un effetto ventosa, nella zona di ristagno (situazione di depressione) del retro del corpo. Si creano dei vortici, il cui effetto è di resistenza al moto.
SferaNella zona posteriore della sfera c’è la separazione del flusso, ma in modo meno evidente della lastra.
Nella fattispecie questo fenomeno è più evidente nel moto laminare che nel moto turbolento. Ciò è dovuto al fatto, che nel moto laminare l’aria tende a continuare il suo percorso per strati paralleli, staccandosi subito a valle della sfera, mentre nel moto turbolento l’aria segue più facilmente la superficie del corpo. Tant’è che le palline da golf sono fatte appositamente con le fossette, per creare turbolenza.Profili aerodinamiciIn questo caso il flusso si mantiene aderente su quasi tutta la superficie, consentendo di ridurre la scia e di conseguenza la resistenza di pressione.
Riassumendo

Corpi Tozzi Resistenza attrito: poco importante Resistenza di forma: importante Strato limite desiderato: turbolento

Corpi aerodinamici Resistenza attrito: molto importante, Resistenza di forma: importante Strato limite desiderato: laminare

RESISTENZA
                                                 R = Ra + Rf
                                             R = ½ Cr ρ S V²
                                              Cr = Cra + Crf
R   = resistenza totale
Ra = resistenza d’attrito
Rf = resistenza di forma
S    = Sezione maestra: proiezione dell’area di un corpo su un piano perpendicolare alla dirazione del moto (superficie alare per i velivoli)
Cr  = numero che misura la capacità di un oggetto di avanzare nel fluidoResistenza INDOTTA
Questa resistenza è già stata trattata in un precedente articolo:
link: Resistenza indotta
RESISTENZA TOTALE AERODINAMICA