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Uccelli come elicotteri? Uccelli come elicotteri? Le ali battenti formano vortici a forma di anello DA sempre l'uomo ha cerca�to di imitare il volo degli uccelli. Ma solo quando ha trovato il coraggio di staccar�si dal modello naturale! sepa�rando la funziono portante di un'ala rigida dalla funziono pro�pulsiva affidata all'elica è riuscito a sollevarsi da terra co un mezzo più pesante dell'aria. Da questa sostanzialo e .sofferto compromesso anticipato dai modelli volanti dell'inglese Cayloy (1773-1857) e portato al successa dai fratelli Wright (1003) ha avuto origino l'aero�dinamica «stazionaria», un capi�tolo della dinamica dei fluidi che studia le forze; agenti su un corpo immerso in un flusso in un caso specifico: quello in cui velocita o pressioni, pur diverse da punto a punto del campo di moto, in ciascun suo punto restane) costanti noi tempo; che ò quel che accado nel caso di un aereo quando vola a velocita e quota costanti, Ma l'aerodinamica staziona�ria salve; casi particolari tra cui il vole) planato non ò applicabile al ve)lo degli uccelli, Di epii l'esigenza per i biofisici di un diverso approccio all'in�terpretazione del volo naturale: un approccio che; rappresenti il flusso attorno all'ala battente in mode) coerente con la sua natura non stazionaria. A que�sta esigenza risponde.' un motoelo sufjge:rilo da Hayneu' (1070) che; spiega le; proprietà aerodinamiche dell'ala eleigli uccelli in base; ai vortie:i elio da osse si staccano al termine di ciascuna battuta. Si può far capire la teoria di Rayner in modo intuiti�vo tramite una analogia. Quan�do un rematore dopo un poten�te colpo di remo solle-va la pala dall'acqua provoca un vortice visibile; alla superficie. Dietro a una barca con più rematori si pue) notaro una ordinata schie�ra di questi vort.ie:i. Ned caso di un uccello che batto le ali la vorticità non si vede; ma, per analogia e:eju la situazione! sopra descritta, possiamo immagina�re che la ve)rlie:itie slaccala alla fine! di ciascuna battuta prenda la forma di un vortice!a ciambel�la, simile agli anelili di fumo che si staccano da una sigaretta e|iiuncle) l'aria i: calma. Inizialmente la vorticità e:lu! si stacca dall'ala prende la for�ma di una superficie complessa che man mano si avve)l(;e! su se! stessa a formare un vortice ad e)}',iii battuta. Nel volo a punto fisso tipico i! queille) dell e:e)libri fermo in aria a succhiare il nettare dal calice di un Imre la vorticità generata da ciascuna battuta si organizza in una fitta successione di anelli circolari coassiali; invece nel volo trasla�to gli anelli assumono forma ellittica, sono più distanziati e presentano l'asse! inclinalo ri�spetto alla veirticale. Mentre nel caso dell'aerodi�namica stazionaria le forze! agenti sull'ala sono ottenute sperimentalmente su modelli in galleria deil vento o calcolate in baso alla distribuzione dedlo velocità o delle pressioni sulla superficie portatilo, nella teoria vorticosa dell'aerodinamica non stazionaria l'equilibrio tra potenza fornita e; forza sostentatrico si cerca a partire dalla accelerazione indotta nella scia dalle: battute! deMle; ali. l.'accoleraziuno impressa dai vortici alla massa fluida della scia de!vo generare le.forze di sostentazio�ne e! propulsivo necessarie al volo, il lavoro effettuato dalle ali dell'uccello por generare gli anelli corrisponde all'aumento di energia cinetica cledla se;ia, l'or quantificare i termini del�l'eguaglianza sono stale! defini�te speciali formulo che legano i parametri caratteristici del vo�lo dell'uccello (apertura e superficir alare, frequenza od escur�sione dei battiti) alle forze gene�rato por sostenere le varie fasi deil volo. L'impostazione concet�tuale; e; la formulazione; matema�tica del metodo proposto da Rayner hanno forti analogie con un approccio teorico di base adottato nello studio del volo dell'elicottero (teoria del disco attuatore), Noi caso del volo stazionario a punto fisso, ad altissima fre�quenza delle! battute alari, i due metodi portano agli stessi risul�tati mentre un cortej scostamen�to prendo consistenza via via e;he; il ritmo dolio battute dell'uc�cello rallenta. La teoria di Ray�ner consento di evidenziare lo relazioni tra la cinematica delle ali dogli uccelli o il costo energe�tico del volo. Un uccello riesco a ridurre il consumo energetico quanto più adatta la frequenza e l'escursio�ne dedla battuta ad ogni partico�lare condizione di volo. Ad esempio noi volo lento servo una battuta ampia e ad alta frequenza mentre noi volo voloco una battuta di modesta am�piezza riduce; il consumo d'ener�gia: un procedimento che ricorela l'adattamento del passo e dei giri dolio eliche degli aerei alle diverse; condizioni del volo. Mario Bernardi Si deve a un lavoro di Rayner del 1979 la teoria che ci permette di capire meglio il volo naturale e quello degli aerei Uccelli come elicotteri? Le ali battenti formano vortici a forma di anello DA sempre l'uomo ha cerca�to di imitare il volo degli uccelli. Ma solo quando ha trovato il coraggio di staccar�si dal modello naturale! sepa�rando la funziono portante di un'ala rigida dalla funziono pro�pulsiva affidata all'elica è riuscito a sollevarsi da terra co un mezzo più pesante dell'aria. Da questa sostanzialo e .sofferto compromesso anticipato dai modelli volanti dell'inglese Cayloy (1773-1857) e portato al successa dai fratelli Wright (1003) ha avuto origino l'aero�dinamica «stazionaria», un capi�tolo della dinamica dei fluidi che studia le forze; agenti su un corpo immerso in un flusso in un caso specifico: quello in cui velocita o pressioni, pur diverse da punto a punto del campo di moto, in ciascun suo punto restane) costanti noi tempo; che ò quel che accado nel caso di un aereo quando vola a velocita e quota costanti, Ma l'aerodinamica staziona�ria salve; casi particolari tra cui il vole) planato non ò applicabile al ve)lo degli uccelli, Di epii l'esigenza per i biofisici di un diverso approccio all'in�terpretazione del volo naturale: un approccio che; rappresenti il Si deve a un lavoro di Rayner del 1979 la teoria che ci permette di capire meglio il volo naturale e quello degli aerei miche dell'ala eleigli uccelli in base; ai vortie:i elio da osse si staccano al termine di ciascuna battuta. Si può far capire la teoria di Rayner in modo intuiti�vo tramite una analogia. Quan�do un rematore dopo un poten�te colpo di remo solle-va la pala dall'acqua provoca un vortice visibile; alla superficie. Dietro a una barca con più rematori si pue) notaro una ordinata schie�ra di questi vort.ie:i. Ned caso di un uccello che batto le ali la vorticità non si vede; ma, per analogia e:eju la situazione! sopra descritta, possiamo immagina�re che la ve)rlie:itie slaccala alla fine! di ciascuna battuta prenda la forma di un vortice!a ciambel�la, simile agli anelili di fumo che si staccano da una sigaretta e|iiuncle) l'aria i: calma. Inizialmente la vorticità e:lu! si stacca dall'ala prende la for�ma di una superficie complessa vorticità generata da ciascuna battuta si organizza in una fitta successione di anelli circolari coassiali; invece nel volo trasla�to gli anelli assumono forma ellittica, sono più distanziati e presentano l'asse! inclinalo ri�spetto alla veirticale. Mentre nel caso dell'aerodi�namica stazionaria le forze! agenti sull'ala sono ottenute sperimentalmente su modelli in galleria deil vento o calcolate in baso alla distribuzione dedlo velocità o delle pressioni sulla superficie portatilo, nella teoria vorticosa dell'aerodinamica non stazionaria l'equilibrio tra potenza fornita e; forza sostentatrico si cerca a partire dalla accelerazione indotta nella scia dalle: battute! deMle; ali. l.'accoleraziuno impressa dai vortici alla massa fluida della scia de!vo generare le.forze di sostentazio�ne e! propulsivo necessarie al te speciali formulo che legano i parametri caratteristici del vo�lo dell'uccello (apertura e superficir alare, frequenza od escur�sione dei battiti) alle forze gene�rato por sostenere le varie fasi deil volo. L'impostazione concet�tuale; e; la formulazione; matema�tica del metodo proposto da Rayner hanno forti analogie con un approccio teorico di base adottato nello studio del volo dell'elicottero (teoria del disco attuatore), Noi caso del volo stazionario a punto fisso, ad altissima fre�quenza delle! battute alari, i due metodi portano agli stessi risul�tati mentre un cortej scostamen�to prendo consistenza via via e;he; il ritmo dolio battute dell'uc�cello rallenta. La teoria di Ray�ner consento di evidenziare lo relazioni tra la cinematica delle ali dogli uccelli o il costo energe�tico del volo. Un uccello riesco a ridurre il consumo energetico quanto più adatta la frequenza e l'escursio�ne dedla battuta ad ogni partico�lare condizione di volo. Ad esempio noi volo lento servo una battuta ampia e ad alta frequenza mentre noi volo voloco una battuta di modesta am�piezza riduce; il consumo d'ener�NON DISTURBATA AVAid L'aria lndfe»ffbata a monte del rcrtore (velocità Vo) viene accelerata a V t attraverso fe pale deP'e&ortsro assimcndo ti valorÈ V2maggiore di Vi nelSa sezione ristrstta a valle Rayner spiega il volo degli uccelli in base all'accelerazione subita dalla massa d'aria battuta dalle ali. Il metodo è analogo a quello usato nello studio di partenza della sostentazione dell'elicottero assimilando la frequenza di battuta delle ali alla frequenza d�transito delle pale.