Premessa

Questo scritto è tratto da un libro ormai introvabile, “Giochi della Gioventù di Aeromodellismo” edito dall’Aeroclub d’Italia. E’ stato scritto da Loris Kanneworf uno dei grandi nomi dell’aeromodellismo italiano. Il libro veniva distribuito nelle scuole, assieme ad alcune scatole di montaggio di un veleggiatore a volo libero, per i corsi di aeromodellismo. La parte di aerodinamica è molto semplice, ma da una infarinatura di come vola un aeromodello.

Come vola un aeromodello

Per far volare con successo un aeromodello, è necessario conoscere alcune regole fondamentali, che cercheremo di insegnarvi, senza lunghi e noiosi discorsi teorici.

Anzitutto, sapete perché vola un aeroplano? Non certo perché esso galleggia nell'aria, come un pallone, in quanto i moderni quadrimotori a reazione pesano decine di tonnellate. Però l'aria, pur avendo una densità molto bassa (circa mille volte meno dell'acqua), è in grado di sviluppare, quando viene attraversata a forte velocità, una forza sostentatrice, chiamata « portanza », capace di mantenere in volo un aeroplano.

Per rendervi conto di questo fenomeno, appena vi capiterà di fare una gita in treno o in macchina, prendete un rettangolo di cartoncino rigido, e fatelo sporgere dal finestrino. Se lo terrete orizzontale, cioè parallelo al senso del moto, non avvertirete alcuna forza. Se però alzate il bordo anteriore, in modo da fargli incontrare l'aria con un angolo positivo, il cartoncino tenderà a sollevarsi. Se invece abbassate il bordo anteriore, il cartoncino tenderà ad abbassarsi. Se infine lo terrete verticale, sentirete solo una forte resistenza all'avanzamento.

In figura 1 potete vedere la spiegazione di questo fenomeno. Nel primo caso la forza aerodinamica, provocata dall'urto dell'aria sulla superficie del cartoncino, è inclinata verso l'alto, e quindi può essere scomposta in due forze, una diretta in senso contrario al movimento, che è la « resistenza », e l'altra diretta verso l'alto, che è la « portanza », che tende a sollevare il cartoncino.

Nel secondo caso la forza aerodinamica è invece inclinata in basso, e quindi, oltre alla resistenza, determina una forza diretta verso il basso, cioè una « departanza », che tende ad abbassare il cartoncino- Infine, nel terzo caso, si ha solo una resistenza, più forte che nei primi due casi. Tali forze sono tanto più sensibili quanto più grande è la superficie del cartoncino e maggiore la velocità.Osservate ora la fig. 2, nella quale è schematizzato un aereo, visto di fianco, con l'ala in sezione, che ha, rispetto alla direzione del movimento, un certo angolo positivo, chiamato « incidenza », come nel vostro cartoncino. Pertanto anche qui si sviluppano una portanza ed una resistenza.

Perché l'aereo possa volare orizzontalmente, occorre che la portanza sia uguale al peso dell'aereo, in modo che le due forze si equilibrino. Pertanto occorre aumentare la velocità, finché la portanza non arriva ad eguagliare il peso. Per fare ciò occorre disporre di una forza che vinca la resistenza, cioè una « trazione », che viene fornita dall'elica, azionata dal motore, oppure dal getto dei motori a reazione.

Si deve, cioè, raggiungere una condizione di equilibrio, in cui la portanza sia uguale al peso e la trazione uguale alla resistenza. In tali condizioni l'aereo può volare orizzontalmente, con la velocità necessaria, sostenendosi sull'aria come su una superficie solida.

La velocità di sostentamento dipende in gran parte dal rapporto fra il peso dell'aereo e la superficie dell'ala, cioè dal « carico alare ». Quanto maggiore è il peso e minore la superficie dell'ala, cioè più elevato il carico alare, tanto più forte deve essere la velocità di sostentamento (per l'esattezza diremo che la velocità di sostentamento è in funzione della radice quadrata del carico alare, ciò in quanto la portanza sviluppata dall'ala varia in funzione del quadrato della velocità).

Molta importanza ha anche la sezione dell'ala, chiamata « profilo », che non è una lastra piana, come il cartoncino del nostro esperimento. Ad esempio un'ala a sezione curva ha una portanza maggiore di una piana. Ma l'ala degli aerei, anche per esigenze costruttive, ha un certo spessore, ed è sagomata, in sezione, secondo un determinato profilo. Ora quanto più spesso è il profilo, tanto maggiori sono, in linea generale, sia la portanza che la resistenza. Dalla forma del profilo, oltre che dalla sua incidenza, dipende anche il rapporto fra la portanza e la resistenza, cioè l’« efficienza », che è molto importante, in quanto se un profilo ha un'efficienza elevata, basta una trazione bassa per raggiungere la velocità di sostentamento; mentre se l'efficienza è bassa, occorre una trazione maggiore, cioè un motore di potenza più elevata, che consuma più carburante.

In figura 3 si vedono alcuni tipi di profili, sottili e spessi; concavi,piani e convessi. Per aerei destinati a volare a forte velocità, si deve dare la preferenza a profili sottili e poco concavi, o addirittura biconvessi. Invece per aerei lenti, oppure destinati a portare forti carichi, e che quindi hanno bisogno di una notevole portanza, si sceglieranno profili spessi e concavi.

Senza entrare in particolari tecnici, vi diremo che in un profilo concavo si determina un risucchio sulla superficie superiore ed una pressione su quella inferiore, che complessivamente determinano una sensibile spinta verso l'alto, cioè una portanza indipendente dall'incidenza positiva. Infatti un'ala con questi profili risulta portante anche ad incidenze leggermente negative, ed a parità di incidenza fornisce una portanza assai superiore a quella di una lastra piana.

Queste caratteristiche si vanno man mano attenuando passando ai profili piani ed ai biconvessi asimmetrici. Quelli simmetrici si comportano all'incirca come la lastra piana, ma con migliore rendimento. Naturalmente anche la resistenza risulta superiore nei profili più portanti, che vengono quindi usati su modelli da durata, che devono volare lentamente, mentre per i modelli da velocità sono più adatti quelli biconvessi, spesso usati anche per i piani di coda.

Per finire, occorre ricordare l'importanza dell'angolo di incidenza. Dagli esperimenti fatti con il cartoncino, avrete capito che, aumentando l'angolo di incidenza, entro certi limiti, aumentano sia la portanza che la resistenza. Oltre un certo angolo (10-15°, a seconda del profilo e di altri fattori) si verifica, però, una brusca riduzione della portanza, a causa del distacco dei filetti fluidi dal dorso dell'ala. È questa la condizione chiamata di « stallo », che determina la caduta dell'aereo. Lo stesso avviene per un'ala profilata, per cui un aereo può variare la velocità cambiando la posizione rispetto alla linea di volo, detta « assetto », cioè variando l'angolo di incidenza dell'ala, facendo però attenzione a non raggiungere l'incidenza di stallo.

Pertanto in decollo ed in atterraggio l'aereo si dispone con l'ala a forte incidenza, per potersi sostenere ad una velocità relativamente bassa (fig. 4); mentre in volo orizzontale si dispone con l'ala all'incidenza di massima efficienza, che permette di ottenere il minimo consumo di carburante; oppure all'incidenza che permette di raggiungere la massima velocità, che è inferiore a quella di massima efficienza.

Appare anche chiaro come l'aereo possa salire o scendere. Infatti se, nelle condizioni di volo orizzontale, si applica una maggiore trazione, aumentando il numero dei giri del motore, aumenterà la velocità di volo, e quindi la portanza che, risultando maggiore del peso, permetterà all'aereo di assumere una traiettoria ascensionale. Se invece si diminuisce la trazione, portando il motore al minimo, l'aereo scende lentamente. La salita può essere tanto più veloce e ripida, quanto maggiore è la potenza del motore rispetto al peso dell'aereo.

E’ però possibile volare anche senza organo propulsore come nel caso dell’aliante o del modello veleggiatore, che plana con un angolo discendente, tanto più piccolo quanto maggiore è la sua efficienza, sfruttando il suo peso come una sfera che rotola su un piano inclinato (fig. 5).