La Stampa - Consultazione Archivio

Si progettano aerei più economici Si progettano aerei più economici L L W ALTO prezzo della velocità di un moderno aereo di linea (oltre 200 hp per tonnellata, da confrontarsi con 100 hp/ton per gli autoveicoli e 40 hp/ton per la trazione ferroviaria) è solo per un terzo imputabile al lavoro effettuato dall'ala per creare la forza sostentatrice. La maggior parte del combustibile viene spesa per vincere le forze che si oppongono all'avanzamento: resistenza di forma e resistenza di attrito. La prima è dovuta al fatto che le linee di corrente, non riuscendo a seguire l'intera superficie del corpo in movimento, a un certo punto se ne distaccano, creando a valle una zona turbolenta a bassa pressione: la differenza di pressione tra la faccia esposta al vento e la zona turbolenta a valle origina la resistenza di forma. Il progettista ha imparato ben presto a ridurla: mentre le controventature dei vecchi biplani disperdevano nel vento oltre la metà della potenza dei loro motori, la resistenza di forma di un moderno aereo di linea non arriva al 10 per cento della resistenza totale. A questo punto ciò che rimane da fare è ridurre la resistenza d'attrito, che alle attuali velocità di crociera assorbe quasi il 60 per cento della potenza dei propulsori. Lo sforzo in questa direzione è basato sulla teoria dello «strato limite» enunciata da Prandtl nel 1904. Quando un corpo si muove in un fluido a bassa viscosità, come l'aria o l'acqua, la viscosità interessa solo un sottile spessore prossimo alla superficie bagnata. Entro tale spessore la velocità del fluido varia dal valore zero a contatto della superficie solida cui aderisce fermamente, per crescere gradualmente via via che se ne scosta fino a raggiungere il valore della velocità della corrente libera a piccola distanza dalla parete. Ciascuna particella fluida in movimento è in equilibrio sotto l'azione di forze di massa (proporzionali alla velocità e alla densità del fluido) e di forze viscose che la frenano. Fino a un determinato valore del rapporto tra forza di massa e viscosità del fluido i filetti fluidi si mantengono paralleli a velocità crescente dalla parete al limite esterno dello strato limite; oltre un determinato valore di detto rapporto lo strato limite diviene turbolento. E qui le cose si complicano perché in presenza di uno strato limite turbolento la resistenza diviene 10 volte superiore a quella generata da uno strato limite laminare. I tentativi per eliminare o quantomeno spostare a velocità superiori la transizione dallo strato limite laminare a quello turbolento hanno inizio fin dal 1939, con risultati tenuti segreti per il loro interesse militare. In Usa, Germania e Giappone con l'ausilio delle gallerie del vento si modificano i profili alari in modo da spostare la zona a bassa pressione il più in¬ dietro possibile; il richiamo d'aria che ne deriva aumenta la velocità locale estendendo la laminarità del flusso lungo il profilo dell'ala. Un altro tentativo cosiddetto «naturale», tuttora in atto, prende spunto dal sistema escogitato dal «progettista» dei pesci che, per aumentare la velocità degli squali, ne ha modificato la pelle dotandola di lunghe striature longitudinali. Prove in galleria del vento hanno dimostrato che analoghe striature ricavate su lastre piane riducono la resistenza d'attrito. Nonostante le prevedibili difficoltà di manutenzione derivanti dall'accumulo di sporcizia, insetti, pioggia e neve nelle finissime striature, un esteso programma di prove in volo è stato intrapreso da Airbus Industrie con applicazione di rivestimenti sintetici striati in corrispondenza di parti significative di ali e fusoliere. Oggi però la posta in gioco sta diventando troppo importante perché ci si possa accontentare dei modesti vantaggi ottenuti con metodi di laminarizzazione «naturale» dello strato limite. L'importanza socioeconomica del trasporto aereo e l'esigenza tecnica di far volare senza scalo aerei da 600-1000 passeggeri da un capo all'altro del mondo richiedono un salto deciso verso la riduzione dei consumi; un gradino tecnologico che, attra¬ verso una sostanziosa riduzione della resistenza d'attrito, saldi il debito energetico contratto dalla propulsione con il passaggio dall'elica al getto. A tale scopo sono stati recentemente rinverditi studi ed esperienze in atto fino dagli Anni 50 consistenti nell'aspirazione dello strato limite attraverso fori e fessure nel rivestimento alare. Con questo sistema si contiene la crescita dello strato limite, che resta laminare anche alle alte velocità di volo e la resistenza viene notevolmente ridotta. Poiché l'energia necessaria per aspirare lo strato limite è molto inferiore all'energia propulsiva risparmiata grazie alla riduzione di resistenza all'avanzamento, il bilancio è largamente positivo. A metà degli Anni 60 chi scrive ebbe l'occasione di assistere sulla pista di Cambridge a prove di aspirazione dello strato limite effettuate sull'ala di un Auster (un piccolo aereo a pistoni) appositamente modificato dalla ditta Marshall. Purtroppo la sperimentazione si concluse con la perdita del velivolo e la morte del pilota Brian Wass, al cui ricordo è dedicata questa nota. Oggi però gli studi vengono ripresi: il bilancio energetico appare particolarmente promettente nel caso di grossi velivoli «tutt'ala» con forma in pianta «a delta». Infatti, mentre nelle architetture tradizionali a forte allungamento alare l'aspirazione dell'ala corrisponderebbe a non più del 30 per cento della superficie interessata dalla resistenza d'attrito, nel «tutt'ala a delta» la riduzione della resistenza d'attrito interesserebbe pressoché l'intera superficie dell'aereo. Studi parametrici degli inglesi Denning, Alien ed Armstrong sottolineano i vantaggi di questa configurazione. Secondo gli autori, con l'aspirazione dello strato limite essa consentirebbe una riduzione del 50 per cento della resistenza d'attrito. Ne conseguirebbero una consistente riduzione della potenza installata e un aumento del 38 per cento dell'autonomia. Rispetto ai velivoli convenzionali di pari peso si stima una maggiore capacità interna da utilizzare a vantaggio dei passeggeri (cuccette, sale ritrovo, bar) su prevedibili tratte di 20 ore. Al minore inquinamento acustico e gassoso derivante dalla riduzione della potenza si accompagnerebbe un minor danno alla fascia di ozono. Infatti, a parità di tutte le altre condizioni l'aspirazione dello strato limite consentirebbe il volo di crociera a quote ridotte rispetto a quelle che ottimizzano l'autonomia dei velivoli convenzionali. Mario Bernardi Il flusso si mantiene laminare soltanto su una piccolissima superficie anteriore dell'ala ^Fk^o^mma^e^ Flusso turbolento < ALA A FLUSSO LAMINARE 7 < ALA A FLUSSO LAMINARV/S///7//SSS/S Aspirando lo strato limite il flusso rimane laminare su buona porte della superficie alare «TUTTALA A DELTA» con aspirazione dello "strato limite" ...vantaggioso anche per il minore ingombro nei parcheggi...